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有離子釋放，金屬離子長期釋放至人體，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，當含氟的牙膏或藥劑滲進口腔內(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)域的氟濃度將會增高，這些高濃度的氟離子對鈦及鈦合金表面所形成的保護氧化層極具破壞性，進而造成腐蝕作用（見圖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，鈦對氫脆的敏感性很高，進而易促成SCC發(fā)生過程中裂縫的形成。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）也可能會發(fā)生SCC。

　　口腔環(huán)境的酸堿值約在6.5~7.0，但因個人體質(zhì)、飲食或衛(wèi)生習(xí)慣的不同，使得口腔局部區(qū)域的酸堿值可能會低于4（例如飲用可樂時的酸堿值可能為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。

　　牙科臨床實驗方面，對使用超彈性鎳鈦矯正線治療的病人進行研究，發(fā)現(xiàn)在口腔環(huán)境中少量的鎳離子釋放即會引起生物反應(yīng)。牙科矯正臨床個案報告中亦指出，有些人對金屬離子（尤其是鎳離子）敏感，當這些人使用含鎳成份的金屬矯正線時，鎳離子的釋出便可能造成齒齦炎等過敏反應(yīng)。亦有研究指出，鎳是金屬中最容易引起過敏反應(yīng)的元素之一，因此對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、過敏甚至發(fā)炎反應(yīng)。

　　另一方面，雖然鈦對人體基本上是不具毒性，但是當鈦離子釋出量增加時，鈦基矯正線表面鈍化膜的保護性降低，進而導(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)境中酸堿度對鎳鈦矯正線亦有顯著影響。

　　腐蝕性質(zhì)的評估方法

　　金屬生醫(yī)材料腐蝕性質(zhì)試驗的目的是要根據(jù)材料退化的情形來評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。腐蝕試驗通常需包括：無機環(huán)境中的體外（in vitro）腐蝕試驗；無機與有機混合環(huán)境中的in v itro腐蝕試驗；生物組織（包括細胞、組織及器宮）中的in vitro腐蝕試驗；動物體內(nèi)（in vitro）的腐蝕試驗。下面就in vitro及in vitro試驗進行簡要說明。

　　In vitro腐蝕試驗

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

　　上述方法的試驗結(jié)果有時并不能完全讓人滿意，故近年來許多學(xué)者開始嘗試結(jié)合電化學(xué)技術(shù)與細胞生物研究法，發(fā)展出能夠在生物組織環(huán)境中量測材料腐蝕的體外試驗，此裝置可原位（in situ）監(jiān)控細胞、蛋白質(zhì)或細菌在金屬材料表面的成長過程，并分析材料表面的電化學(xué)反應(yīng)機理，如圖2所示。

　　圖2 原位（in situ）監(jiān)測細胞成長過程的電化學(xué)系統(tǒng)示意圖

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