提到鈦，有人說它是一種礦巖，有人想到網絡熱詞“鈦合金眼”，有人猜它可以用做工業材料，當然也有人問：鈦是什么？盡管鈦的一些性能并沒有被公眾所熟知，但這并不能阻止它有一番大作為。這不，最近它又被3D打印技術制成“人工腦殼”用來代替人的顱骨。

　　消息一出，人們議論紛紛： 鈦緣何能做“人工腦殼”？用鈦制品做醫用材料靠譜嗎？與其它材料相比有啥不一樣？在推廣中遇到哪些瓶頸？除此之外鈦還有什么用途？就這些疑問，中科院金屬研究所研究員徐東生為讀者答疑釋惑。

　　鈦為什么能植入人體？ 無毒、耐腐蝕、彈性好、強度高

　　將一種物質植入人體可不像說的這般輕松。徐東生說：“將物質植入人體需要幾個條件，首先要求這種物質必須無毒，與人體無不良反應；其次是一般不能腐蝕；再次是如果作為骨替代物需要強度高、耐疲勞、同時和彈性模量要與人骨接近。

　　將鈦合金用于人工骨制移植，在醫學上應用的越來越廣泛。是什么原因讓鈦從眾多備選材料中脫穎而出？徐東生說：“從前用的骨替代用金屬如不銹鋼等，其彈性模量大多很高，與骨之間彈性模量不匹配，使得載荷不能由植體很好地傳遞到相鄰骨組織，出現‘應力屏蔽’現象，從而導致種植體周圍發生骨吸收，導致局部骨質疏松，最終引起種植體松動或附近的骨斷裂。

　　“鈦是少有的幾個對人體無害的元素金屬之一。就目前看，鈦可能是放在人體里最好的骨替代材料”徐東生說，“尤其是一些新發明的低模量鈦合金，彈性模量和人骨非常接近，這樣就不會產生應力屏蔽，給人體帶來一些諸如骨質疏松這樣的問題，也不需要像其他骨制品幾年就得更換一次。這類合金與人體力學相容性非常好，會隨著自身骨頭的變形而變形。而其他像是鐵、鎳等合金骨制品則會隨著時間的推移，導致一些諸如過敏、發炎、生銹等問題。有些金屬雖然與人體沒有反應，如金、鎳等，但是強度及彈性等方面遠不及鈦。

　　將鈦植入人體有何風險？ 生物相容性是關鍵

　　鈦制品植入人體風險究竟有多大？這是老百姓關心的熱點。徐東生說：“很多人擔心骨質移植會不會造成病變的發生。實際上在我們所的研究初期就已考慮到這點。確實有些材料移植到體內會加速細胞增長，甚至導致癌癥。十幾年前我們就開始與他人合作進行生物相容性研究，通過一些實驗觀察細胞如何在鈦移植體上生長、蛋白質會不會沉積。經過無數次的試驗觀察和臨床經驗證明，這種鈦合金的生物相容性很好。

　　據國外研究表明，某些鈦合金植入體內后，合金中的V等離子會擴散到其周圍的軟組織中，引起發炎等癥狀。這項研究是否說明鈦制品骨質移植存在一些無法避免的漏洞？

　　有關資料顯示，正常人的體液中含有水、葡萄糖、蛋白質以及類脂肪等物質，正常狀態下pH值為7.4，這些特性就決定了人體環境具有一定的腐蝕性。而生物體環境的復雜性決定了種植體組織之間反應的復雜性。徐東生說：“我們的鈦合金去除了對人體有害的V等元素，采用Nb， Zr， Sn等無毒元素，同時鈦具有很大的惰性，相較于不銹鋼及其他合金，鈦的抗腐蝕性能是非常出色的，當前它仍是已知最適合制造種植體的材料。當然，關于鈦的醫用材料還有很多問題有待進一步探索，包括它的設計方法、制備工藝、性能測試等問題。

　　3D打印鈦合金骨骼難在哪兒？ 造價高，臨床有待驗證，技術亟待完美

　　相比傳統方式，3D打印在實體制造中省去了冗長而昂貴的模具制造過程，這一顯著優勢使得它被各行業爭相投入運用。在醫用方面，骨骼3D打印已不再是神話。徐東生說：“骨骼3D打印簡單來說，首先需要對需復制的骨骼或者對身體上的對稱骨骼進行3D成像，然后輸入3D打印機層層疊加，直至形成3D的實體。這意味著骨骼的3D打印技術成功地解決了根據個體需求進行結構設計這一難題。但將鈦合金骨骼3D打印技術要想被廣泛運用，估計還得等上一段時間。

　　在人們的印象中，只要和鈦扯上關系，似乎就注定價值不菲。那么，這是不是造成推廣運用難的原因？對此徐東生表示，造價高確實是一個問題，但這并不是唯一的原因。需要用大量的科學研究和臨床試驗來證明這項技術的安全可靠，也是一個關鍵因素。

　　徐東生強調說：“就目前來看，用鈦原料打印出來的部件并不是非常完美，一般都會帶有一些缺陷——表面上比較粗糙，內部會有一些微孔等，對外觀或強度上會造成一定的影響。實際上，想要合金疲勞性能好同時又具有低模量是非常困難的。因為合金的彈性模量比較低的話，它的強度常常也會下降。通過什么辦法設計出既具有高強度又具有低彈性模量的鈦合金是制作良好種植體的關鍵，這是我們所多年來的努力方向。

　　熱播劇《永不磨滅的番號》里，主人公“鐵腦殼”因為腦殼上修補了一塊鐵片而給人印象深刻。白求恩國際和平醫院神經外科有一名罕見腫瘤患者，因為腦殼受到腫瘤細胞包裹侵蝕，3/4的腦殼都要更換為鈦合金的“人工腦殼”。如此大面積更換“人工腦殼”的手術非常少見，手術風險和難度也特別大。金屬腦殼是如何替換的，患者今后生活有何影響？

　　半月前，52歲的患者楊順利（化名）因頭痛、眼眶脹痛，在家人的陪同下來到白求恩國際和平醫院治療，卻意外得知，頭部長了一個巨大腫瘤，再不進行手術可能會危及生命。

　　白求恩國際和平醫院神經外科主任樊豐勢說，經過診斷分析，患者必須立即手術。而由于巨瘤包裹、侵蝕顱骨，因此必須要將顱骨更換成人工頭顱。在一半腫瘤和顱骨成功切除后，隨后，經過對剩余顱骨和“人工腦殼”重新塑型，卯上鈦釘，金屬腦殼被牢牢固定。最后，醫生將隔開的腦膜和頭皮紛紛修復縫合好，鈦合金人工頭顱順利替換。經過整整13個小時，手術順利結束。

　　問：手術用的金屬腦殼是怎么做的？

　　樊豐勢：這個金屬腦殼分前后兩片，是用兩個鈦合金網做成的。這個“人工腦殼”是在手術之前做好的，利用3D技術按照成年人的平均參數制作的。這種金屬與人體相容性好，表面包上病人自己的組織之后像骨頭一樣，進入體內不會生銹。

　　問：如果患者再需治療，還能打開腦殼嗎？

　　樊豐勢：因為“人工腦殼”是用鈦釘卯上去的，所以還可以拆卸。

　　問：金屬腦殼功能跟原來的腦殼一樣嗎？

　　樊豐勢：腦殼的主要功能就是保護大腦，鈦合金質地比較硬，所以比之前的顱骨還要結實。而且，設計時，后半部分質地相對比前方更硬，怎么壓也不會變形。此外，因為頭皮完整，所以不會讓大腦太敏感，散熱、存熱等大腦調節功能也不受影響。

　　問：以后還能長頭發嗎？

　　樊豐勢：當然能長頭發，因為頭發生長主要在于頭皮。手術過程中，病人的頭皮組織并未受損。等頭發長了，頭皮上的手術痕跡也被擋住了，與正常人看起來沒有明顯區別。