具開放性孔隙之無毒元素添加鈦基金屬玻璃多孔材之研發(3/3)

在近二十年來，金屬材料被快速地發展於醫療器具上的使用，是因為發現鈦金屬對人體擁有良好的生物相容性，而目前最普遍的使用是在於手術外科的骨骼植入材，例如CP Ti、Ti64 和Ti6Al7Nb。近年來研發出新型材料-鈦基金屬玻璃，它有相當優越於一般結晶材料的生物相容特性，因為它沒有結晶構造上的缺陷，例如差排、晶界和雙晶，所以材料所呈現的是均勻的化學組成、高強度、低楊氏係數和良好的抗腐蝕能力，雖然從生物醫療的觀點來看，鈦基金屬玻璃是優秀於一般的結晶材料，但以上兩種材料在長時間使用的狀態下仍存在著一些疑慮，而主要問題點在於(1)不匹配的楊氏係數(皮質骨10~30 GPa，Ti64 110~120 GPa，鈦基金屬玻璃 80~90 GPa)，當植入材受到彈性的彎曲變形時，容易造成骨頭無法均勻將負載分散在植入材料上造成所謂的遮蔽效應，這會引起人體組織的受損，以及增加恢復的時間，(2)經化學腐蝕或是磨耗釋出有毒金屬離子或顆粒的可能性，在鈦基金屬材料中往往為了增加機械性質或是玻璃形成能力，而添加對人體不友善的元素，例如Ti64 中的Al 和V，鈦基金屬玻璃的Ni 和Cu。本研究將設計出具有高玻璃形成能力、寬廣過冷液相區間、高強度、良好的抗腐蝕能力的無毒性元素添加鈦基金屬玻璃(Ti-Zr-(Ta, Nb)-(Sn, Co)-(Si, B, P))，並且利用過冷液相區的超塑性質熱壓成多孔材料，來製作出與人骨相似的楊氏係數、高強度和提供骨細胞生長空間的金屬基仿生植入材。第一年將設計及改良具有高速冷卻銅輪的薄帶製造設備，來設計製作無毒性元素添加之鈦基金屬玻璃，並探討其微結構、機械性質、玻璃形成能力與熱性質。第二年將聚焦於無毒性鈦基金屬玻璃的粉體製作和熱塑成型能力(黏度，流變應力等)之研究，探討熱壓成形後顯微結構的變化和最佳實驗參數的建立。第三年將依據前一年所獲得之過冷液相温度區間的熱成形條件，依不同孔隙率評估成品表面形貌，機械性質和抗腐蝕能力，並選擇適當的孔隙率和孔隙大小來調配出仿生的金屬基植入骨材，期望能將多孔鈦基金屬玻璃材料推廣至商業生醫植入材。