Anpassungsfähigkeit von Titanlegierungsmaterialien an den menschlichen Körper und Arten von Titanmaterialien für medizinische Zwecke

Im medizinischen Bereich muss die Verwendung von Metallmaterialien für den menschlichen Körper unbedenklich sein. Wenn das Metall korrodiert, kann es Metallionen auflösen, was sich auf das Zellgewebe lebender Organismen (menschlicher Körper) auswirkt. Daher müssen Metallmaterialien verwendet werden, die nicht leicht korrodieren und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Titan ist eine Art von Metall hoch korrosionsbeständiges Material. Für medizinische Metallmaterialien von Edelstahlserien bis hin zu kobaltbasierten und Titanbasierte Legierungsserie, das Verhältnis von Titan und Titanlegierung nimmt zu. Die Menge an Titan, die in der medizinischen Industrie weltweit verwendet wird, beträgt etwa 1,000 ta pro Jahr.

1. Anpassungsfähigkeit von Titan an den menschlichen Körper (Verträglichkeit von Titan mit lebenden Organismen)
Um die Reaktion von Metallionen auf die Anpassungsfähigkeit des Menschen zu beobachten, haben wir in einem Labor eine Methode zur Bewertung der Zellanpassungsfähigkeit durchgeführt und dabei Zellen verwendet, die gegenüber Metallionen empfindlich sind, wie z. B. Lungenfibroblasten der Maus (V79-Zellen) und Fibroblastengewebe der Maus (I929-Zellen), die für verwendet werden medizinische Experimente in China und ein unabhängiges Verwaltungsorgan (das Technische Komitee für die Standardisierung der biologischen Bewertung von Medizinprodukten). Wir unterscheiden zwischen den Reaktionen elementarer Monomerionen auf den menschlichen Körper (Organismen), die von der Technical Base for Evaluation of Medical Device Biology (Standardised Technical Committee for Biological Evaluation of Medical Devices) bereitgestellt werden.
Vanadium (V), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) usw., die hochgiftig sind, verursachen innerhalb kurzer Zeit bei einer begrenzten Menge an Teilen pro Million (×10-6) den Zelltod. Im Fall von Vanadium (V) und Nickel (N) sind beispielsweise die Ergebnisse des Experiments an V79-Zellen in der Abbildung dargestellt. Die Ergebnisse des einwöchigen Tauchtests zeigten, dass alle Zellen starben, wenn der Nickelgehalt etwa 10×10-6 (pm = parts per million) betrug, während der Vanadiumgehalt (V) zwei Ziffern niedriger war und alle Zellen starben, wenn er etwa 0.6× betrug 10-6. Zweitens verursachten diese hochgiftigen Metalle mit Sicherheit Nekrose im Hartgewebe (Knochen) und Weichgewebe (Sehnen), wenn das Hartgewebe (Knochen) und das Weichgewebe (Sehnen) von Kleintieren wie Ratten und Kaninchen zu Testzwecken in Metallbleche eingebettet wurden ) im Kontaktbereich.

Die andere Gruppe für die Indikation von Schädigung, bei der Implantation des anhaftenden Zustands, im faserigen Gewebe an der Kontaktstelle, der Bildung einer Art biologischem Körper, um den Körper zur Auslösung der Reaktion zu bewegen, Eisen, Aluminium, Gold, Silber, und so weiter sind so manifestiert. Zu dieser Kategorie gehören allgemeine Metallmaterialien wie Edelstahl SUS 304L und Edelstahl SUS 36L sowie Kobalt-Chrom-Legierungen. Das im Hartgewebe eingebettete Metallstück verbindet sich nicht mit den Knochenzellen und lässt sich beim Entnahmetest einige Wochen später ohne Widerstand entfernen.
Die dritte Gruppe reagiert am wenigsten mit lebenden Organismen und eignet sich für die Implantation und Befestigung von Titan, Zirkonium, Niob, Tantal, Platin usw. Wenn diese Metalle in lebende Organismen implantiert oder daran befestigt werden, binden sie eng an das Hart- und Weichgewebe und zeigen ein körperähnliches Phänomen.

Daher ist Titan ein sicheres Metall, da es bei lebenden Organismen weniger Schaden anrichtet. Bei der Verwendung von Titanlegierungen ist die Korrosionsbeständigkeit von Titanlegierungen je nach verwendeten Legierungselementen geringer als die von reinem Titan und bei Korrosion kann es zum Auslaugen der Legierungselemente kommen. Es ist notwendig, Legierungselemente auszuwählen, die korrosionsbeständig und nichtinvasiv sind. Bei Titanlegierungen wird die Ti-6AI-4V-Legierung seit langem im Flugzeugbau und bei seewasserbeständigen technischen Geräten eingesetzt und weist eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen auf. Im medizinischen Bereich werden seit langem ELI-Legierungen verwendet, die eine gute Korrosionsbeständigkeit (geringer Gehalt an Eisen, Sauerstoff und Wasserstoff) aufweisen. Kürzlich wurde jedoch im Rahmen der Forschung und Entwicklung von Titanlegierungen zur Implantation und Platzierung die Ti-13Nb-13Zr-Legierung standardisiert, indem Vanadium (V) durch Niob (Nb), eine nicht schädliche Legierung, ersetzt wurde zum Bericht über die Mutagenität des Monomers (ASTM, ISO). Es gibt auch eine Legierung, die Aluminium aktiv abgibt, die bald auf den Markt kommen wird.

2、Titanmaterial für medizinische Zwecke
Der amerikanische ASTM-Standard (F-Code) für medizinische Zwecke entspricht dem Weltstandard, und in Europa werden der ISO-Standard und der ASTM-Standard aussortiert und zum europäischen Standard zusammengeführt. In Japan sind wir dabei, inländische Standards zu konsolidieren und haben begonnen, Standards auf der Grundlage von ISO-Standards zu formulieren, indem wir die Standards konsolidieren, die den ASTM- und ISO-Standards entsprechen.
Die im ASTM-Standard spezifizierten Titanmaterialien für Implantate und Anbauteile wie künstliche Kniegelenke und Hüftgelenke (einschließlich Femurköpfe) sind nach ihrer Form aufgelistet. Seit langem werden reines Titan und Ti-6AI-4V-Legierungen, einschließlich pulverförmiger Materialien, zur Herstellung verschiedener Formen von Teilen und Komponenten verwendet.

3、Medizinische Titananwendungen
Titan wird in einer Vielzahl von Teilen wie künstlichen Oberschenkelgelenken, künstlichen Kniegelenken und Knochenschienen verwendet und wird auch in der orthopädischen Chirurgie eingesetzt. Durch deformierende Gelenkentzündungen, Rheuma [ausgesprochen „Rumatismus“, was schwere Gelenk- und Sehnenschmerzen bedeutet, aber auch für eine allergische Erkrankung – Anm. d. Übersetzers] und andere Ursachen für starke Schmerzen, die zu Gehschwierigkeiten führen, werden Patienten unter dieser Krankheit leiden Patienten, die an dieser Erkrankung leiden, erhalten künstliche Oberschenkelgelenke und künstliche Kniegelenke, die die Schmerzen beseitigen und ihnen das Gehen ermöglichen können. In Japan werden in einem einzigen Jahr 80,000 Oberschenkelgelenksersatzoperationen und 40,000 Kniegelenkersatzoperationen durchgeführt (Statistik von 2005). Es ist damit zu rechnen, dass die Nachfrage nach künstlichen Gelenken im Zuge der zunehmenden Alterung der Gesellschaft um ein Vielfaches zunehmen wird.
Titan ist nicht für alle künstlichen Gelenkteile geeignet. Im Gelenkbereich, wo viel Bewegung stattfindet, ist Titan nicht geeignet, da es sich leicht abnutzt (bevorzugt werden Keramik und Kobaltlegierungen), und für implantierte Teile werden Titanlegierungen verwendet. Die Oberfläche von Titanlegierungen ist uneben und mit Apatit und knochenempfindlichen Materialien wie Bioglas beschichtet, um eine frühzeitige Integration in den biologischen Knochen zu gewährleisten. Darüber hinaus werden zur Frakturfixierung Marknägel aus Titanlegierung und Platten aus Titanlegierung verwendet.

Auch im Bereich der Zahnheilkunde gibt es einen zunehmenden Trend, wo Implantate und Geschiebe zum Einsatz kommen. Titan wird in kleineren Mengen verwendet, es gibt jedoch Titanlegierungen und reine Titanlegierungen in Form von Platten, Gewinden, Fassungen und Körben, wie in der Abbildung dargestellt. Diese Teile werden direkt in den Kieferknochen eingetrieben und mit Apatit beschichtet, das für die Zusammensetzung des Knochens repräsentativ ist, um im Zahnfleischbereich des Zahns fixiert zu werden. Titan eignet sich für Metallimplantate in der allgemeinen Zahnheilkunde. Es gibt zwei Verfahren, das Präzisionsgussverfahren und das superplastische Umformverfahren. Im Vergleich zu den bisherigen Kobalt- und Chromlegierungen ist es leichter und schmeckt gegenüber sauren Lebensmitteln nicht schlecht, da die Verwendung von Titan jedoch nicht durch das Verfahren abgedeckt ist Krankenversicherung Diagnose und Behandlung, der Preis ist teurer.

Als implantierbares Hilfsmittel für die Innere Medizin kann ein Herzschrittmacher implantiert werden, wenn ein Patient unter einer niedrigen Herzfrequenz leidet. Ein Elektrodendraht wird von der Vena subclavia zum Herzen eingeführt und diese Elektrode gibt ein elektronisches Signal an den Herzschrittmacher ein und macht ihn so zu einem Herzschrittmacher. Kürzlich wurden Herzschrittmacher mit einer Masse von 20 g und einer Dicke von 6 mm entwickelt, die klein genug sind, um mit einem Elektrodendraht verbunden und unter der Haut vergraben zu werden. Die Batterie und die Steuerschaltung sind in einem kleinen Behälter (Medaillon) aus reinem Titan untergebracht, der für lebende Organismen nicht invasiv ist. Die Batterie muss mindestens 6 Jahre halten, daher muss der Behälter (Medaillon) lange stabil und sicher sein. Derzeit haben fast 5,000 Menschen in Japan davon profitiert.

Titan wird auch in chirurgischen Instrumenten verwendet. Besonders bei langen Gehirn- und neurochirurgischen Eingriffen von mehr als 10 Stunden ist ein geringes Gewicht der Pinzetten erforderlich, bei blutstillenden Pinzetten und dergleichen kommen Titanprodukte zum Einsatz. Titan wird auch in vielen zahnärztlichen Behandlungsinstrumenten wie Implantaten, chirurgischen Instrumenten für Aufsätze und Vibratoren zur Entfernung von Zahnstein verwendet. Neben Implantationen und Befestigungen wie Hilfsmitteln und Rollstühlen kommt auch Titan zum Einsatz. Wenn aufgrund einer Krankheit oder eines Unfalls ein Teil einer Gliedmaße fehlt, wird eine Prothese angefertigt, um die Funktion wiederherzustellen. Da der Hauptteil der Prothese aus Metall besteht, wird sie im Hinblick auf Leichtigkeit, Haltbarkeit (hauptsächlich Korrosion und Korrosion) eingesetzt Ermüdungsbeständigkeit) und Verträglichkeit mit lebenden Organismen (Ni, Cr usw.). Bei Rollstühlen besteht das Hauptziel darin, den gesamten Rollstuhl leichter zu machen. Daher wird in einigen Fällen Titan für fast alle Metallteile der Struktur verwendet, beispielsweise für den Rahmen und die Räder.