قابلية مواد سبائك التيتانيوم للتكيف مع جسم الإنسان وأنواع مواد التيتانيوم للاستخدام الطبي

وفي المجال الطبي يجب أن يكون استخدام المواد المعدنية غير ضار بجسم الإنسان. عندما يتآكل المعدن فإنه يمكن أن يذيب أيونات المعدن مما يؤثر على الأنسجة الخلوية للكائنات الحية (جسم الإنسان)، لذلك لا بد من استخدام مواد معدنية ليس من السهل أن تتآكل وتتميز بمقاومتها العالية للتآكل، ويعتبر التيتانيوم أحد أنواع المعادن. مادة مقاومة للتآكل للغاية. للمواد المعدنية الطبية من سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى القائمة على الكوبالت و سلسلة سبائك التيتانيوم، نسبة التيتانيوم وسبائك التيتانيوم آخذة في الازدياد. تبلغ كمية التيتانيوم المستخدمة في الصناعة الطبية في جميع أنحاء العالم حوالي 1,000 طن سنويًا.

1. قدرة التيتانيوم على التكيف مع جسم الإنسان (توافق التيتانيوم مع الكائنات الحية)
لمراقبة استجابة أيونات المعادن لقدرة الإنسان على التكيف، أجرينا طريقة لتقييم قدرة الخلايا على التكيف في المختبر باستخدام خلايا حساسة للأيونات المعدنية، مثل الخلايا الليفية في رئة الفأر (خلايا V79) وأنسجة الخلايا الليفية في الفأر (خلايا I929)، والتي تستخدم لـ التجارب الطبية في الصين، وهيئة إدارية مستقلة (اللجنة الفنية لتوحيد التقييم البيولوجي للأجهزة الطبية). نحن نفرق بين تفاعلات أيونات المونومر العنصرية مع جسم الإنسان (الكائنات الحية) المقدمة من القاعدة الفنية لتقييم بيولوجيا الأجهزة الطبية (اللجنة الفنية الموحدة للتقييم البيولوجي للأجهزة الطبية).
الفاناديوم (V)، النيكل (Ni)، النحاس (Cu)، وما إلى ذلك، وهي مواد شديدة السمية، تسبب موت الخلايا خلال فترة زمنية قصيرة عند مستوى محدود من أجزاء في المليون (×10-6). وفي حالة الفاناديوم (V) والنيكل (N) على سبيل المثال، تظهر نتائج التجربة على خلايا V79 في الشكل. أظهرت نتائج اختبار الغمر لمدة أسبوع واحد أن جميع الخلايا ماتت عندما كان النيكل حوالي 10×10-6 (pm = أجزاء في المليون)، في حين كان الفاناديوم (V) أقل برقمين وماتت جميع الخلايا عندما كان حوالي 0.6×. 10-6. ثانيًا، عندما تم دمج الأنسجة الصلبة (العظام) والأنسجة الرخوة (الأوتار) للحيوانات الصغيرة مثل الجرذان والأرانب في صفائح معدنية للاختبار، تسببت هذه المعادن شديدة السمية بالتأكيد في نخر الأنسجة الصلبة (العظام) والأنسجة الرخوة (الأوتار) ) في جزء الاتصال.

المجموعة الأخرى للدلالة الضارة، في زرع الحالة المرفقة، في الأنسجة الليفية في مكان الاتصال، تكوين نوع من الجسم البيولوجي للجسم لتفريغ التفاعل، الحديد، الألومنيوم، الذهب، الفضة، وهكذا تتجلى ذلك. المواد المعدنية العامة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ SUS 304L والفولاذ المقاوم للصدأ SUS 36L، وكذلك سبائك الكوبالت والكروم، تنتمي إلى هذه الفئة. القطعة المعدنية المغروسة في الأنسجة الصلبة لا تندمج مع الخلايا العظمية، وعندما يتم إجراء اختبار الإزالة بعد بضعة أسابيع، يتم إزالتها دون مقاومة.
المجموعة الثالثة هي الأقل تفاعلاً مع الكائنات الحية وتصلح لزراعة وربط التيتانيوم والزركونيوم والنيوبيوم والتنتالوم والبلاتين وغيرها. عندما يتم زرع هذه المعادن في الكائنات الحية أو الارتباط بها، فإنها ترتبط بشكل وثيق بالأنسجة الصلبة والرخوة، مما يظهر ظاهرة تشبه الجسم.

ونتيجة لذلك، يعتبر التيتانيوم معدنًا آمنًا لأنه أقل عرضة للتسبب في إصابة الكائنات الحية. عند استخدام سبائك التيتانيوم، اعتمادًا على عناصر السبائك المستخدمة، تكون مقاومة التآكل لسبائك التيتانيوم أقل من مقاومة التيتانيوم النقي، وعندما يحدث التآكل، يمكن ترشيح عناصر السبائك. من الضروري اختيار عناصر صناعة السبائك المقاومة للتآكل وغير الغازية. في سبائك التيتانيوم، تم استخدام سبائك Ti-6AI-4V لفترة طويلة في تصنيع الطائرات والمعدات الهندسية المقاومة لمياه البحر ولديها عدد كبير من أمثلة الاستخدام. في المجال الطبي، تم استخدام سبائك ELI، التي تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل (محتوى منخفض من الحديد والأكسجين والهيدروجين)، منذ فترة طويلة. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، كجزء من البحث والتطوير لسبائك التيتانيوم للزرع والتنسيب، تم توحيد سبيكة Ti-13Nb-13Zr عن طريق استبدال الفاناديوم (V) بالنيوبيوم (Nb)، وهي سبيكة غير ضارة، تعتمد على بشأن تقرير طفرات المونومر (ASTM، ISO). هناك أيضًا سبيكة تعمل على تفريغ الألمنيوم بشكل نشط، وسيتم إصدارها قريبًا.

2 、 مادة التيتانيوم للاستخدام الطبي
إن معيار ASTM الأمريكي (F-code) للاستخدام الطبي يعادل المعيار العالمي، وفي أوروبا، يتم فرز معيار ISO ومعيار ASTM ودمجهما في المعيار الأوروبي. في اليابان، نقوم بعملية توحيد المعايير المحلية وبدأنا في صياغة معايير بناءً على معايير ISO من خلال دمج المعايير المقابلة لمعايير ASTM وISO.
يتم إدراج مواد التيتانيوم المحددة في معيار ASTM للزرعات والمرفقات مثل مفاصل الركبة الاصطناعية ومفاصل الورك (بما في ذلك رؤوس الفخذ) وفقًا لأشكالها. لفترة طويلة، تم استخدام سبائك التيتانيوم النقي وTi-6AI-4V، بما في ذلك المواد المسحوقة، لصنع أشكال مختلفة من الأجزاء والمكونات.

3 、 تطبيقات التيتانيوم الطبية
ويستخدم التيتانيوم في عدد كبير من الأجزاء مثل مفاصل الفخذ الاصطناعية، ومفاصل الركبة الاصطناعية، والجبائر العظمية، كما يستخدم في جراحة العظام. عن طريق تشويه التهاب المفاصل الروماتيزم [تلفظ "روماتيزم" وتعني آلام شديدة في المفاصل والأوتار، ولكنها أيضًا لمرض تحسسي - ملاحظة المترجم] وغيرها من أسباب الألم الشديد، مما يؤدي إلى صعوبات في المشي، سوف يعاني من هذا المرض المرضى الذين يعانون من هذه الحالة يتم إعطاؤهم مفاصل فخذية صناعية وبدائل ركبة صناعية، والتي يمكن أن تقضي على الألم وتسمح لهم بالمشي. في اليابان، يتم إجراء 80,000 عملية استبدال لمفصل الفخذ و40,000 عملية استبدال للركبة في عام واحد (إحصائيات عام 2005). في المستقبل، مع تقدم المجتمع في السن، من المتوقع أن يزداد الطلب على المفاصل الصناعية بنسبة كبيرة.
التيتانيوم غير مناسب لجميع أجزاء المفاصل الصناعية. في الجزء المفصلي، حيث يوجد الكثير من الحركة، لا يكون التيتانيوم مناسبًا لأنه يبلى بسهولة (يفضل السيراميك وسبائك الكوبالت)، وتستخدم سبائك التيتانيوم للأجزاء المزروعة. سطح سبائك التيتانيوم غير متساوٍ ومغطى بمادة الأباتيت والمواد الحساسة للعظام مثل الزجاج الحيوي لضمان التكامل المبكر مع العظام البيولوجية. بالإضافة إلى ذلك، لتثبيت الكسر، يتم استخدام مسامير داخل النخاع من سبائك التيتانيوم وألواح من سبائك التيتانيوم.

هناك أيضًا اتجاه متزايد في مجال طب الأسنان، حيث يتم استخدام زراعة الأسنان والمرفقات. ويستخدم التيتانيوم بكميات أقل، ولكن هناك سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم النقي على شكل ألواح وخيوط ومقابس وسلال كما هو موضح في الشكل. يتم دفع هذه الأجزاء مباشرة إلى عظم الفك وتغليفها بمادة الأباتيت، التي تمثل تركيبة العظم، ليتم تثبيتها في الجزء اللثوي من السن. التيتانيوم مناسب للزراعة المعدنية في طب الأسنان العام. هناك طريقتان، طريقة الصب الدقيق، وطريقة التشكيل الفائق اللدونة، وهي أخف وزنا ولا يكون طعمها سيئا بالنسبة للأطعمة الحمضية مقارنة بسبائك الكوبالت والكروم السابقة، ولكن بما أن استخدام التيتانيوم لا يشمله التأمين الصحي التشخيص والعلاج، والثمن هو أكثر تكلفة.

كملحق قابل للزرع في الطب الباطني، يمكن زرع جهاز تنظيم ضربات القلب عندما يعاني المريض من انخفاض معدل ضربات القلب. يتم إدخال سلك كهربائي من الوريد تحت الترقوة إلى القلب، ويقوم هذا القطب بإدخال إشارة إلكترونية إلى جهاز تنظيم ضربات القلب، مما يجعله جهاز تنظيم ضربات القلب. في الآونة الأخيرة، تم تطوير أجهزة تنظيم ضربات القلب بكتلة 20 جرامًا وسمك 6 مم، وهو صغير بما يكفي لتوصيله بسلك كهربائي ودفنه تحت الجلد. توجد البطارية ودوائر التحكم في حاوية صغيرة (منجدة) مصنوعة من التيتانيوم النقي، وهو غير ضار للكائنات الحية. يجب أن تدوم البطارية 6 سنوات على الأقل، لذلك يجب أن تكون الحاوية (القلادة) مستقرة وآمنة لفترة طويلة. وقد استفاد حاليًا ما يقرب من 5,000 شخص في اليابان.

يستخدم التيتانيوم أيضًا في الأدوات الجراحية. خاصة في حالة عمليات المخ والأعصاب الطويلة التي تستمر لأكثر من 10 ساعات، يجب أن يكون الملقط خفيف الوزن، ويتم استخدام منتجات التيتانيوم لملاقط مرقئ وما شابه. يستخدم التيتانيوم أيضًا في العديد من أدوات علاج الأسنان مثل زراعة الأسنان، والأدوات الجراحية للمرفقات، والهزازات لإزالة جير الأسنان. بالإضافة إلى عمليات الزرع والربط، مثل المعدات المساعدة والكراسي المتحركة، يتم أيضًا استخدام التيتانيوم. عندما يُفقد جزء من الطرف بسبب مرض أو حادث، يتم تصنيع طرف صناعي لاستعادة الوظيفة، وبما أن الجزء الرئيسي من الطرف الاصطناعي مصنوع من المعدن، فإنه يتم تطبيقه من حيث الخفة والمتانة (بشكل رئيسي التآكل والتآكل). مقاومة التعب)، والتوافق مع الكائنات الحية (Ni، Cr، إلخ). في حالة الكراسي المتحركة، فإن الهدف الرئيسي هو جعل الكرسي المتحرك بأكمله أخف وزنًا، لذلك في بعض الحالات، يتم استخدام التيتانيوم في جميع الأجزاء المعدنية تقريبًا في الهيكل، مثل الإطار والعجلات.