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金屬生醫(yī)材料在口腔環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)

2013-06-01 00:00:00 作者：黃何雄來(lái)源：《腐蝕防護(hù)之友》分享至：

　　摸擬口腔環(huán)境中的腐蝕范例

　　雖然醫(yī)用金屬材料均需具有優(yōu)良的耐蝕性質(zhì)，但在生物環(huán)境中仍然會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。不論是貴性或是鈍化的材料，所有的金屬表面均會(huì)有離子釋放，金屬離子長(zhǎng)期釋放至人體，或是金屬離子與生物分子（例如蛋白質(zhì)及酵素）結(jié)合，便可能產(chǎn)生組織毒性、刺激及過(guò)敏。因此，生醫(yī)用金屬材料在生物環(huán)境中的耐蝕性質(zhì)是非常重要。

　　在口腔環(huán)境中，當(dāng)含氟的牙膏或藥劑滲進(jìn)口腔內(nèi)一些狹小的縫隙中，這些地方通常并不容易清潔，所以局部區(qū)域的氟濃度將會(huì)增高，這些高濃度的氟離子對(duì)鈦及鈦合金表面所形成的保護(hù)氧化層極具破壞性，進(jìn)而造成腐蝕作用（見(jiàn)圖1）。

圖1 Ti表面經(jīng)研磨后狀態(tài)（a）及受氟離子侵蝕后的腐蝕形態(tài)（b）

　　另一方面，在臨床應(yīng)用上，金屬生醫(yī)材料可能是處在受應(yīng)力狀態(tài)下。除了在少數(shù)特殊的環(huán)境中（例如含鹵化物的溶液），純鈦通常是不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）。然而，在酸性環(huán)境中時(shí)，鈦對(duì)氫脆的敏感性很高，進(jìn)而易促成SCC發(fā)生過(guò)程中裂縫的形成。有學(xué)者亦曾發(fā)現(xiàn)在酸性含氟環(huán)境中鈦矯正線會(huì)發(fā)生氫脆現(xiàn)象；純鈦在酸性含氟水溶液中（固定應(yīng)變量下）也可能會(huì)發(fā)生SCC。

　　口腔環(huán)境的酸堿值約在6.5~7.0，但因個(gè)人體質(zhì)、飲食或衛(wèi)生習(xí)慣的不同，使得口腔局部區(qū)域的酸堿值可能會(huì)低于4（例如飲用可樂(lè)時(shí)的酸堿值可能為2.1左右）。偏酸的環(huán)境不但容易造成蛀牙，倘若口腔中有金屬裝置，該裝置亦可能遭受到酸的侵蝕。微酸的口腔環(huán)境中，唾液的酵素作用、組織酸及細(xì)菌叢在口腔縫隙處提供了腐蝕發(fā)生的良好環(huán)境。

　　牙科臨床實(shí)驗(yàn)方面，對(duì)使用超彈性鎳鈦矯正線治療的病人進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在口腔環(huán)境中少量的鎳離子釋放即會(huì)引起生物反應(yīng)。牙科矯正臨床個(gè)案報(bào)告中亦指出，有些人對(duì)金屬離子（尤其是鎳離子）敏感，當(dāng)這些人使用含鎳成份的金屬矯正線時(shí)，鎳離子的釋出便可能造成齒齦炎等過(guò)敏反應(yīng)。亦有研究指出，鎳是金屬中最容易引起過(guò)敏反應(yīng)的元素之一，因此對(duì)鎳離子易敏感的患者使用這些含鎳合金后，便可能陸續(xù)出現(xiàn)紅腫、過(guò)敏甚至發(fā)炎反應(yīng)。

　　另一方面，雖然鈦對(duì)人體基本上是不具毒性，但是當(dāng)鈦離子釋出量增加時(shí)，鈦基矯正線表面鈍化膜的保護(hù)性降低，進(jìn)而導(dǎo)致鈦基矯正線內(nèi)其它金屬離子的加速釋出，這就表示材料的耐蝕性質(zhì)變差。此外，口腔環(huán)境中酸堿度對(duì)鎳鈦矯正線亦有顯著影響。

　　腐蝕性質(zhì)的評(píng)估方法

　　金屬生醫(yī)材料腐蝕性質(zhì)試驗(yàn)的目的是要根據(jù)材料退化的情形來(lái)評(píng)估金屬材料的生物兼容性，也就是了解金屬生醫(yī)材料與周圍生物環(huán)境的交互作用。腐蝕試驗(yàn)通常需包括：無(wú)機(jī)環(huán)境中的體外（in vitro）腐蝕試驗(yàn)；無(wú)機(jī)與有機(jī)混合環(huán)境中的in v itro腐蝕試驗(yàn)；生物組織（包括細(xì)胞、組織及器宮）中的in vitro腐蝕試驗(yàn)；動(dòng)物體內(nèi)（in vitro）的腐蝕試驗(yàn)。下面就in vitro及in vitro試驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　In vitro腐蝕試驗(yàn)

　　在in vitro腐蝕試驗(yàn)中，常會(huì)利用電化學(xué)技術(shù)量測(cè)電位一電流曲線（即極化曲線），了解金屬生醫(yī)材料在測(cè)試環(huán)境中的極化行為，求取腐蝕速率及各項(xiàng)腐蝕參數(shù)。配合電化學(xué)交流阻抗頻譜（EIS）量測(cè)、電化學(xué)噪聲應(yīng)用等技術(shù)，分析金屬生醫(yī)材料的腐蝕機(jī)理，進(jìn)而尋求防蝕的方法。有關(guān)評(píng)估金屬生醫(yī)材料腐蝕性質(zhì)的方法，可參考各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。若再考慮生醫(yī)材料在生物環(huán)境中的磨耗性質(zhì)，則需進(jìn)行在生物環(huán)境中的磨耗試驗(yàn)（或稱磨耗腐蝕試驗(yàn)）。

　　上述方法的試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)并不能完全讓人滿意，故近年來(lái)許多學(xué)者開(kāi)始嘗試結(jié)合電化學(xué)技術(shù)與細(xì)胞生物研究法，發(fā)展出能夠在生物組織環(huán)境中量測(cè)材料腐蝕的體外試驗(yàn)，此裝置可原位（in situ）監(jiān)控細(xì)胞、蛋白質(zhì)或細(xì)菌在金屬材料表面的成長(zhǎng)過(guò)程，并分析材料表面的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，如圖2所示。