Tilpasning af titanlegeringsmaterialer til den menneskelige krop og typer af titaniummaterialer til medicinsk brug

På det medicinske område skal brugen af ​​metalmaterialer være uskadelig for den menneskelige krop. Når metallet korroderer, kan det opløse metalioner, som påvirker cellevævet i levende organismer (menneskekroppen), så det er nødvendigt at bruge metalmaterialer, der ikke er lette at korrodere og er meget modstandsdygtige over for korrosion, titanium er en slags meget korrosionsbestandigt materiale. Til medicinske metalmaterialer fra rustfri stålserier til koboltbaserede og serie af titanium-baserede legeringer, er forholdet mellem titanium og titanlegering stigende. Mængden af ​​titanium, der bruges i den medicinske industri på verdensplan, er omkring 1,000 om året.

1. Titaniums tilpasningsevne til den menneskelige krop (forenelighed af titanium med levende organismer)
For at observere metalioners respons på menneskelig tilpasningsevne, udførte vi en metode til evaluering af celletilpasningsevne i et laboratorium ved hjælp af celler, der er følsomme over for metalioner, såsom muselungefibroblaster (V79-celler) og musefibroblastvæv (I929-celler), som bruges til medicinske eksperimenter i Kina, og et uafhængigt administrativt organ (den tekniske komité for standardisering af biologisk evaluering af medicinsk udstyr). Vi skelner mellem elementære monomerioners reaktioner på den menneskelige krop (organismer) leveret af det tekniske grundlag for evaluering af medicinsk udstyrsbiologi (standardiseret teknisk udvalg for biologisk evaluering af medicinsk udstyr).
Vanadium (V), nikkel (Ni), kobber (Cu) etc., som er meget giftige, forårsager celledød inden for kort tid ved et begrænset niveau på ppm (×10-6). I tilfælde af vanadium (V) og nikkel (N) er resultaterne af eksperimentet på V79-celler vist i figuren. Resultaterne af en uges nedsænkningstest viste, at alle celler døde, når nikkel var omkring 10×10-6 (pm = ppm), mens vanadium (V) var to cifre mindre, og alle celler døde, når det var omkring 0.6× 10-6. For det andet, da det hårde væv (knogler) og blødt væv (sener) fra små dyr såsom rotter og kaniner blev indlejret i metalplader til test, forårsagede disse meget giftige metaller helt sikkert nekrose i det hårde væv (knogler) og blødt væv (sener) ) i kontaktdelen.

Den anden gruppe for indikation af skadelige, i implantation af den vedhæftede tilstand, i det fibrøse væv på kontaktstedet, dannelsen af ​​en slags biologisk legeme til kroppen for at udlede reaktionen, jern, aluminium, guld, sølv, og så videre er så manifesteret. Generelle metalmaterialer som SUS 304L rustfrit stål og SUS 36L rustfrit stål samt kobolt-kromlegeringer hører til denne kategori. Metalstykket, der er indlejret i det hårde væv, smelter ikke sammen med knoglecellerne, og når fjernelsestesten udføres et par uger senere, fjernes det uden modstand.
Den tredje gruppe er den mindst reaktive med levende organismer og er velegnet til implantation og vedhæftning af titanium, zirconium, niobium, tantal, platin og så videre. Når disse metaller er implanteret i eller knyttet til levende organismer, er de tæt bundet til det hårde og bløde væv, hvilket viser et kropslignende fænomen.

Som et resultat er titanium et sikkert metal, fordi det er mindre sandsynligt, at det forårsager skade på levende organismer. Når der anvendes titanlegeringer, er korrosionsbestandigheden af ​​titanlegeringer, afhængig af de anvendte legeringselementer, lavere end for rent titanium, og når der opstår korrosion, kan legeringselementerne udvaskes. Det er nødvendigt at vælge legeringselementer, der er korrosionsbestandige og ikke-invasive. I titanlegeringer har Ti-6AI-4V legering været brugt i lang tid i flyfremstilling og havvandsbestandigt ingeniørudstyr og har en lang række eksempler på brug. På det medicinske område har man længe brugt ELI-legeringer, som har god korrosionsbestandighed (lavt indhold af jern, oxygen og brint). For nylig, som en del af forskningen og udviklingen af ​​titanlegeringer til implantation og placering, er Ti-13Nb-13Zr-legeringen imidlertid blevet standardiseret ved at erstatte vanadium (V) med niobium (Nb), som er en ikke-skadelig legering, baseret på om rapporten om monomerens mutagenicitet (ASTM, ISO). Der er også en legering, der aktivt udleder aluminium, som snart vil blive frigivet.

2, titanium materiale til medicinsk brug
Den amerikanske ASTM-standard (F-kode) til medicinsk brug svarer til verdensstandarden, og i Europa bliver ISO-standarden og ASTM-standarden frasorteret og lagt sammen i den europæiske standard. I Japan er vi i gang med at konsolidere nationale standarder og er begyndt at formulere standarder baseret på ISO-standarder ved at konsolidere de standarder, der svarer til ASTM- og ISO-standarder.
De titaniummaterialer, der er specificeret i ASTM-standarden for implantater og vedhæftede filer, såsom kunstige knæled og hofteled (inklusive lårbenshoveder) er angivet efter deres former. I lang tid er rent titanium og Ti-6AI-4V-legeringer, inklusive pulveriserede materialer, blevet brugt til at fremstille forskellige former for dele og komponenter.

3、 Medicinske titanium applikationer
Titan bruges i en lang række dele såsom kunstige lårbensled, kunstige knæled og knogleskinner, og bruges også i ortopædkirurgi. Ved at deformere ledbetændelse Gigt [udtales "Rumatisme", hvilket betyder alvorlige led- og senesmerter, men også for en allergisk sygdom – Oversætternotat] og andre årsager til stærke smerter, der resulterer i gangbesvær, vil lide af denne sygdom patienter Patienter lider af denne tilstand får kunstige lårbensled og kunstige knæproteser, som kan fjerne smerten og give dem mulighed for at gå. I Japan udføres 80,000 lårbensudskiftninger og 40,000 knæudskiftninger på et enkelt år (statistikker fra 2005). I fremtiden, efterhånden som samfundet ældes, forventes det, at efterspørgslen efter kunstige led vil stige med en stor procentdel.
Titanium er ikke egnet til alle kunstige leddele. I fugedelen, hvor der er meget bevægelse, er titanium ikke egnet, fordi det let slides (keramik og koboltlegeringer foretrækkes), og titanlegeringer bruges til implanterede dele. Overfladen af ​​titanlegeringer er ujævn og belagt med apatit og knoglefølsomme materialer såsom bioglas for at sikre tidlig integration med biologisk knogle. Til brudfiksering anvendes desuden intramedullære negle af titanlegering og plader af titanlegering.

Der er også en stigende tendens inden for tandlægeområdet, hvor der anvendes implantater og vedhæftede filer. Titan bruges i mindre mængder, men der er titanlegeringer og rene titanlegeringer i form af plader, gevind, fatninger og kurve som vist på figuren. Disse dele drives direkte ind i kæbeknoglen og belægges med apatit, som er repræsentativt for knoglens sammensætning, for at blive fikseret i tandkødsdelen af ​​tanden. Titanium er velegnet til metalimplantater i almen tandpleje. Der er to metoder, præcisionsstøbemetoden og den superplastiske formningsmetode, og den er lettere i vægt og smager ikke dårligt af sure fødevarer sammenlignet med de tidligere kobolt- og kromlegeringer, men da brugen af ​​titanium ikke er omfattet af sygesikring diagnose og behandling, prisen er dyrere.

Som implanterbart tilbehør til intern medicin kan en pacemaker implanteres, når en patient lider af lav puls. En elektrodeledning indsættes fra venen subclavia til hjertet, og denne elektrode sender et elektronisk signal til pacemakeren, hvilket gør den til en pacemaker. For nylig er der udviklet pacemakere med en masse på 20 g og en tykkelse på 6 mm, som er lille nok til at blive forbundet med en elektrodeledning og begravet under huden. Batteriet og kontrolkredsløbet er indeholdt i en lille beholder (medaljon) lavet af rent titanium, som er ikke-invasivt for levende organismer. Batteriet skal holde i mindst 6 år, så beholderen (medaljonen) skal være stabil og sikker i lang tid. I øjeblikket er næsten 5,000 mennesker i Japan nydt godt af.

Titanium bruges også i kirurgiske instrumenter. Især ved lange hjerne- og neurokirurgiske operationer, der varer mere end 10 timer, kræves det, at pincet er let, og titaniumprodukter anvendes til hæmostatisk pincet og lignende. Titanium bruges også i mange tandbehandlingsinstrumenter såsom implantater, kirurgiske instrumenter til vedhæftede filer og vibratorer til fjernelse af tandsten. Udover implantation og fastgørelse, såsom hjælpeudstyr og kørestole, bliver der også brugt titanium. Når en del af et lem mangler på grund af sygdom eller en ulykke, laves en protese for at genoprette funktionen, og da hovedparten af ​​protesen er lavet af metal, bliver den påført med hensyn til lethed, holdbarhed (hovedsageligt korrosion og træthedsresistens) og kompatibilitet med levende organismer (Ni, Cr osv.). Ved kørestole er hovedmålet at gøre hele kørestolen lettere, så i nogle tilfælde bruges titanium til næsten alle metaldele i konstruktionen, såsom stel og hjul.