Adaptabilita materiálů slitiny titanu na lidské tělo a typy materiálů titanu pro lékařské použití

V lékařské oblasti musí být použití kovových materiálů neškodné pro lidský organismus. Při korozi kovu může rozpouštět kovové ionty, což ovlivňuje buněčné tkáně živých organismů (lidské tělo), proto je nutné používat kovové materiály, které snadno nekorodují a jsou vysoce odolné vůči korozi, titan je druh materiál vysoce odolný proti korozi. Pro lékařské kovové materiály od řady nerezových ocelí až po kobaltové a série slitin na bázi titanuse poměr titanu a slitiny titanu zvyšuje. Množství titanu používaného v lékařském průmyslu po celém světě je asi 1,000 XNUMX ročně.

1. Adaptabilita titanu na lidské tělo (kompatibilita titanu s živými organismy)
Abychom pozorovali reakci kovových iontů na lidskou adaptabilitu, provedli jsme v laboratoři metodu hodnocení adaptability buněk s použitím buněk citlivých na kovové ionty, jako jsou myší plicní fibroblasty (buňky V79) a myší fibroblastové tkáně (buňky I929), které se používají pro lékařské experimenty v Číně a nezávislý správní orgán (Technický výbor pro standardizaci biologického hodnocení zdravotnických prostředků). Rozlišujeme reakce iontů elementárních monomerů na lidský organismus (organismy), které poskytuje Technická báze pro hodnocení biologie zdravotnických prostředků (Standardized Technical Committee for Biological Evaluation of Medical Devices).
Vanad (V), nikl (Ni), měď (Cu) atd., které jsou vysoce toxické, způsobují buněčnou smrt během krátké doby na omezené úrovni ppm (×10-6). V případě vanadu (V) a niklu (N) jsou například výsledky experimentu na článcích V79 na obrázku. Výsledky týdenního ponorného testu ukázaly, že všechny buňky zemřely, když bylo niklu kolem 10×10-6 (pm = částice na milion), zatímco vanad (V) byl o dvě číslice méně a všechny buňky zemřely, když bylo kolem 0.6× 10-6. Za druhé, když byly tvrdé tkáně (kosti) a měkké tkáně (šlachy) malých zvířat, jako jsou krysy a králíci, zabudovány do kovových plechů pro testování, tyto vysoce toxické kovy jistě způsobily nekrózu v tvrdých tkáních (kosti) a měkkých tkáních (šlachy). ) v kontaktní části.

Druhá skupina pro indikaci poškozujícího, při implantaci přichyceného stavu, ve vazivové tkáni v místě kontaktu, vytvoření jakéhosi biologického tělíska do těla k vybití reakce, železo, hliník, zlato, stříbro, a tak dále se tak projevují. Do této kategorie patří obecné kovové materiály jako nerezová ocel SUS 304L a nerezová ocel SUS 36L a také slitiny kobaltu a chrómu. Kovový kus zapuštěný do tvrdé tkáně se nespojí s kostními buňkami, a když se o několik týdnů později provede test odstranění, odstraní se bez odporu.
Třetí skupina je nejméně reaktivní s živými organismy a je vhodná pro implantaci a upevnění titanu, zirkonu, niobu, tantalu, platiny a tak dále. Když jsou tyto kovy implantovány do živých organismů nebo k nim připojeny, jsou těsně vázány na tvrdé a měkké tkáně, což ukazuje jev podobný tělu.

V důsledku toho je titan bezpečným kovem, protože je méně pravděpodobné, že způsobí zranění živým organismům. Při použití slitin titanu je v závislosti na použitých legovacích prvcích korozní odolnost slitin titanu nižší než u čistého titanu a při výskytu koroze mohou být legující prvky vyluhovány. Je nutné volit legující prvky, které jsou odolné proti korozi a neinvazivní. V titanových slitinách se slitina Ti-6AI-4V již dlouhou dobu používá při výrobě letadel a strojírenských zařízeních odolných vůči mořské vodě a má velké množství příkladů použití. V lékařské oblasti se již dlouho používají slitiny ELI, které mají dobrou odolnost proti korozi (nízký obsah železa, kyslíku a vodíku). V poslední době však v rámci výzkumu a vývoje titanových slitin pro implantaci a umístění došlo ke standardizaci slitiny Ti-13Nb-13Zr nahrazením vanadu (V) niobem (Nb), což je slitina nepoškozující zdraví, na bázi o zprávě o mutagenitě monomeru (ASTM, ISO). Existuje také slitina, která aktivně vybíjí hliník, který bude brzy uvolněn.

2、Titanový materiál pro lékařské použití
Americká norma ASTM (F-code) pro lékařské použití je ekvivalentní světové normě a v Evropě se norma ISO a norma ASTM třídí a slučují do evropské normy. V Japonsku jsme v procesu konsolidace domácích norem a začali jsme formulovat normy založené na normách ISO konsolidací norem odpovídajících normám ASTM a ISO.
Titanové materiály specifikované v normě ASTM pro implantáty a nástavce, jako jsou umělé kolenní klouby a kyčelní klouby (včetně hlavic stehenních kostí), jsou uvedeny podle jejich tvarů. K výrobě různých tvarů dílů a součástek se již dlouhou dobu používá čistý titan a slitiny Ti-6AI-4V včetně práškových materiálů.

3、Lékařské aplikace titanu
Titan se používá ve velkém množství dílů, jako jsou umělé stehenní klouby, umělé kolenní klouby a kostní dlahy, a používá se také v ortopedické chirurgii. Deformací kloubního zánětu Revmatismus [vyslovuje se „Rumatismus“, což znamená silné bolesti kloubů a šlach, ale také pro alergické onemocnění – pozn. překladatele] a další příčiny silných bolestí vedoucích k potížím s chůzí budou trpět tímto onemocněním pacienti Pacienti trpícím tímto stavem dostávají umělé stehenní klouby a umělé náhrady kolena, které dokážou odstranit bolest a umožnit jim chodit. V Japonsku se za jediný rok provede 80,000 40,000 náhrad stehenního kloubu a 2005 XNUMX náhrad kolenního kloubu (statistika z roku XNUMX). V budoucnu, jak společnost stárne, se očekává, že poptávka po umělých kloubech vzroste o velké procento.
Titan není vhodný pro všechny části umělých kloubů. V kloubní části, kde dochází k velkému pohybu, není titan vhodný, protože se snadno opotřebovává (upřednostňuje se keramika a slitiny kobaltu), pro implantované části se používají slitiny titanu. Povrch titanových slitin je nerovný a potažený apatitem a materiály citlivými na kosti, jako je biosklo, aby byla zajištěna časná integrace s biologickou kostí. Kromě toho se pro fixaci zlomeniny používají intramedulární hřeby ze slitiny titanu a dlahy ze slitiny titanu.

Stoupající trend je také v oboru stomatologie, kde se uplatňují implantáty a nástavce. Titan se používá v menším množství, ale existují slitiny titanu a slitiny čistého titanu ve formě desek, závitů, objímek a košíčků, jak je znázorněno na obrázku. Tyto části jsou zaraženy přímo do čelistní kosti a potaženy apatitem, který je reprezentativní pro složení kosti, aby byly fixovány v gingivální části zubu. Titan je vhodný pro kovové implantáty ve všeobecné stomatologii. Existují dvě metody, metoda přesného lití a metoda superplastického tvarování, a je lehčí a nechutná špatně kyselým potravinám ve srovnání s předchozími slitinami kobaltu a chrómu, ale protože použití titanu není pokryto zdravotní pojišťovna diagnostika a léčba, cena je dražší.

Jako implantovatelné příslušenství pro vnitřní lékařství lze implantovat kardiostimulátor, když pacient trpí nízkou srdeční frekvencí. Z podklíčkové žíly se do srdce zavede elektrodový drát a tato elektroda přivede elektronický signál do kardiostimulátoru, čímž se stane kardiostimulátorem. Nedávno byly vyvinuty kardiostimulátory s hmotností 20 g a tloušťkou 6 mm, což je dostatečně malé na to, aby bylo možné je připojit elektrodovým drátem a zahrabat pod kůži. Baterie a řídicí obvody jsou obsaženy v malé nádobce (medailonku) vyrobeném z čistého titanu, který je neinvazivní pro živé organismy. Baterie musí vydržet minimálně 6 let, proto je potřeba, aby nádoba (medailonek) byla stabilní a bezpečná po dlouhou dobu. V současné době má v Japonsku prospěch téměř 5,000 XNUMX lidí.

Titan se také používá v chirurgických nástrojích. Zejména v případě dlouhých operací mozku a neurochirurgických operací trvajících více než 10 hodin je vyžadována lehkost kleští, titanové výrobky se používají na hemostatické kleště a podobně. Titan se také používá v mnoha nástrojích pro zubní ošetření, jako jsou implantáty, chirurgické nástroje pro nástavce a vibrátory pro odstraňování zubního kamene. Kromě implantace a připevnění, jako jsou pomocná zařízení a invalidní vozíky, se používá také titan. Při chybění části končetiny v důsledku nemoci nebo úrazu se vyrábí protéza pro obnovení funkce, a protože hlavní část protézy je kovová, uplatňuje se z hlediska lehkosti, odolnosti (hlavně korozi a odolnost proti únavě) a kompatibilitu s živými organismy (Ni, Cr atd.). V případě invalidních vozíků je hlavním cílem odlehčit celý vozík, takže v některých případech je titan použit na téměř všechny kovové části v konstrukci, jako je rám a kola.