在生物醫用金屬材料中，鈦及鈦合金憑借優良的綜合性能，成為人工關節(髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關節等)、骨創傷產品(髓內釘、鋼板、螺釘等)、 脊柱矯形內固定系統、牙種植體、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫用內植物產品的材料。

醫用鈦合金制成的置換用人工髖關節

由于人體髖部的球窩關節高強度的工作，鈦金屬會隨著時間流逝而慢慢磨損并進入血液。雖然鈦本身無毒，但是血液中的鈦含量水平能夠幫助醫療服務提供者了解植入體降解的程度。因此，監控植入人工髖關節的患者血清或髖關節抽出物中鈦含量十分重要。

但是由于種種因素限制（包括濃度低、眾多潛在的光譜干擾和復雜的人體體液基質）想要準確測量血清中的鈦含量比較困難。本研究將探索如何分析血清中的鈦含量，尋找有助于克服這種困難的儀器參數和方法。本實驗僅用于研究用途，不用作診斷評價。

樣品

認證的標準物質：正常水平微量元素的血清（UTAK® Laboratories Inc., Valencia,California, USA）

患者樣品（血清和髖關節抽出物）來自University Hospital Saint-Louis -Lariboisière - Fernand-Widal, Paris, France。

實驗

血清和抽出物均使用0.2% HNO3稀釋20 倍。  

總鈦分析時使用標準加入法，其中校準曲線的基質是稀釋了20 倍的血清。

所有分析都在PerkinElmer NexION® 2000 ICP-MS 上進行，分析條件如下表。所有分析和數據處理均通過ICP-MS 軟件的Syngistix™和Syngistix 納米顆粒應用模塊來進行。

由于鈦同位素存在諸多潛在干擾，因此分析過程中使用氨作為反應氣體，將鈦轉換為Ti-NH3 簇/[TiNH(NH3)4]（m/z 131）。

實驗結果

樣品中總鈦分析使用標準加入法，標準曲線使用的20倍稀釋的UTAK 血清中加入0.5、1 和2 μg/L 鈦標準溶液。

下圖展示了曲線的相關系數為0.99996。

對三個樣品進行了分析。它們（稀釋20 倍）的結果參見下表。對UTAK 血清中進行鈦加標0.5 μg/L，回收率為98%，證明此方法是準確的。患者樣品中的鈦含量更高，特別是在血清中。

使用NIST認證的1898 TiO2 納米微粒，我們對0.2% HNO3 中的1 μg/L TiO2 納米顆粒懸浮液進行分析。下圖顯示實時信號與時間曲線圖、粒徑與頻率柱狀圖，說明大概率粒徑為80 nm，與NIST 認證中所示的71-83 nm 非常接近。

接下來，對UTAK血清、患者抽出物和患者血清進行Ti納米顆粒和溶解態鈦評估。

UTAK血清三次獨立分析的SP-ICP-MS結果如下表。幾乎沒有檢測到鈦顆粒。此結果與所有測量數據均保持一致。

患者樣品的SP-ICP-MS結果如下表，其顆粒含量遠遠高于標準物質，很可能是由于人工髖關節中鈦磨損所致。除此之外，患者血清中溶解鈦濃度與總鈦分析的測量結果十分相近。

結論

利用NexION 2000 ICP-MS 的反應- 質量轉移分析功能可準確測量血清中低含量的鈦。通過將NH3 作為反應池氣體，Ti+ 能夠高效反應形成TiNH(NH3)4+（m/z 13+ 同位素的一般干擾。該反應還能夠有效測量血清中的鈦納米顆粒。結果表明，鈦同時以溶解態和顆粒物狀態存在于取自患者人工髖關節的樣品中。初步研究顯示，使用SP-ICP-MS 進行植入體磨損的早期檢測，有很大希望。

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