Adaptabilidad de los materiales de aleación de titanio al cuerpo humano y tipos de materiales de titanio para uso médico.

En el campo médico, el uso de materiales metálicos debe ser inofensivo para el cuerpo humano. Cuando el metal se corroe, puede disolver los iones metálicos, lo que afecta los tejidos celulares de los organismos vivos (cuerpo humano), por lo que es necesario utilizar materiales metálicos que no sean fáciles de corroer y que sean altamente resistentes a la corrosión, el titanio es un tipo de material altamente resistente a la corrosión. Para materiales metálicos médicos, desde series de acero inoxidable hasta a base de cobalto y Serie de aleación a base de titanio., la proporción de titanio y aleación de titanio está aumentando. La cantidad de titanio utilizada en la industria médica en todo el mundo es de aproximadamente 1,000 toneladas al año.

1. Adaptabilidad del titanio al cuerpo humano (compatibilidad del titanio con organismos vivos)
Para observar la respuesta de los iones metálicos a la adaptabilidad humana, llevamos a cabo un método de evaluación de la adaptabilidad celular en un laboratorio utilizando células sensibles a los iones metálicos, como fibroblastos de pulmón de ratón (células V79) y tejidos de fibroblastos de ratón (células I929), que se utilizan para experimentos médicos en China y un organismo administrativo independiente (el Comité Técnico para la Normalización de la Evaluación Biológica de Dispositivos Médicos). Diferenciamos entre las reacciones de los iones monómeros elementales al cuerpo humano (organismos) proporcionadas por la Base Técnica para la Evaluación de la Biología de Dispositivos Médicos (Comité Técnico Estandarizado para la Evaluación Biológica de Dispositivos Médicos).
El vanadio (V), el níquel (Ni), el cobre (Cu), etc., que son muy tóxicos, provocan la muerte celular en poco tiempo en un nivel limitado de partes por millón (×10-6). En el caso del vanadio (V) y el níquel (N), por ejemplo, los resultados del experimento con células V79 se muestran en la figura. Los resultados de la prueba de inmersión de una semana mostraron que todas las células morían cuando el níquel estaba alrededor de 10×10-6 (pm = partes por millón), mientras que el vanadio (V) era dos dígitos menos y todas las células morían cuando estaba alrededor de 0.6× 10-6. En segundo lugar, cuando los tejidos duros (huesos) y los tejidos blandos (tendones) de animales pequeños como ratas y conejos se incrustaron en láminas de metal para realizar pruebas, estos metales altamente tóxicos ciertamente causaron necrosis en los tejidos duros (huesos) y tejidos blandos (tendones). ) en la parte de contacto.

El otro grupo para la indicación de daños, en la implantación del estado adherido, en el tejido fibroso en el sitio de contacto, la formación de una especie de cuerpo biológico en el cuerpo para descargar la reacción, hierro, aluminio, oro, plata, y así sucesivamente se manifiestan así. Los materiales metálicos generales como el acero inoxidable SUS 304L y el acero inoxidable SUS 36L, así como las aleaciones de cobalto-cromo, pertenecen a esta categoría. La pieza de metal incrustada en el tejido duro no se fusiona con las células óseas, y cuando se realiza la prueba de extracción unas semanas después, se retira sin resistencia.
El tercer grupo es el menos reactivo con los organismos vivos y es adecuado para la implantación y fijación de titanio, circonio, niobio, tantalio, platino, etc. Cuando estos metales se implantan o se adhieren a organismos vivos, quedan estrechamente unidos a los tejidos duros y blandos, mostrando un fenómeno similar al del cuerpo.

Como resultado, el titanio es un metal seguro porque es menos probable que cause daños a los organismos vivos. Cuando se utilizan aleaciones de titanio, dependiendo de los elementos de aleación utilizados, la resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio es menor que la del titanio puro, y cuando se produce corrosión, los elementos de aleación pueden lixiviarse. Es necesario seleccionar elementos de aleación que sean resistentes a la corrosión y no invasivos. En las aleaciones de titanio, la aleación Ti-6AI-4V se ha utilizado durante mucho tiempo en la fabricación de aviones y en equipos de ingeniería resistentes al agua de mar y tiene una gran cantidad de ejemplos de uso. En el campo médico, las aleaciones ELI, que tienen buena resistencia a la corrosión (bajo contenido de hierro, oxígeno e hidrógeno), se utilizan desde hace mucho tiempo. Sin embargo, recientemente, como parte de la investigación y desarrollo de aleaciones de titanio para implantación y colocación, se ha estandarizado la aleación Ti-13Nb-13Zr reemplazando el vanadio (V) por niobio (Nb), que es una aleación no nociva, basada en sobre el informe sobre la mutagenicidad del monómero (ASTM, ISO). También hay una aleación que libera activamente aluminio y que se lanzará próximamente.

2 、 material de titanio para uso médico.
La norma ASTM estadounidense (código F) para uso médico es equivalente a la norma mundial, y en Europa, la norma ISO y la norma ASTM se están separando y fusionando en la norma europea. En Japón, estamos en el proceso de consolidar las normas nacionales y hemos comenzado a formular normas basadas en las normas ISO mediante la consolidación de las normas correspondientes a las normas ASTM e ISO.
Los materiales de titanio especificados en la norma ASTM para implantes y accesorios como articulaciones de rodilla y cadera artificiales (incluidas las cabezas femorales) se enumeran según sus formas. Durante mucho tiempo, se han utilizado titanio puro y aleaciones Ti-6AI-4V, incluidos materiales en polvo, para fabricar piezas y componentes de diversas formas.

3 、 aplicaciones médicas de titanio
El titanio se utiliza en una gran cantidad de piezas, como articulaciones femorales artificiales, articulaciones de rodilla artificiales y férulas óseas, y también se utiliza en cirugía ortopédica. Los pacientes con esta enfermedad padecen reumatismo [pronunciado “rumismo”, que significa dolor intenso en las articulaciones y tendones, pero también una enfermedad alérgica – Nota del traductor] y otras causas de dolor intenso que provocan dificultades para caminar, debido a la inflamación deformante de las articulaciones. Quienes padecen esta afección reciben articulaciones femorales artificiales y reemplazos artificiales de rodilla, que pueden eliminar el dolor y permitirles caminar. En Japón, se realizan 80,000 reemplazos de articulaciones femorales y 40,000 reemplazos de rodilla en un solo año (estadísticas de 2005). En el futuro, a medida que la sociedad envejezca, se espera que la demanda de articulaciones artificiales aumente en un gran porcentaje.
El titanio no es adecuado para todas las partes de articulaciones artificiales. En la parte de la articulación, donde hay mucho movimiento, el titanio no es adecuado porque se desgasta fácilmente (se prefieren la cerámica y las aleaciones de cobalto), y para las piezas implantadas se utilizan aleaciones de titanio. La superficie de las aleaciones de titanio es irregular y está recubierta con apatita y materiales sensibles a los huesos, como el biovidrio, para garantizar una integración temprana con el hueso biológico. Además, para la fijación de fracturas, se utilizan clavos intramedulares de aleación de titanio y placas de aleación de titanio.

También existe una tendencia creciente en el campo de la odontología, donde se utilizan implantes y aditamentos. El titanio se utiliza en cantidades más pequeñas, pero existen aleaciones de titanio y aleaciones de titanio puro en forma de placas, roscas, casquillos y cestas, como se muestra en la figura. Estas piezas se introducen directamente en el hueso de la mandíbula y se recubren con apatita, que es representativa de la composición del hueso, para fijarse en la porción gingival del diente. El titanio es adecuado para implantes metálicos en odontología general. Hay dos métodos, el método de fundición de precisión y el método de formación superplástica, y es más liviano y no sabe mal a los alimentos ácidos en comparación con las aleaciones anteriores de cobalto y cromo, pero dado que el uso de titanio no está cubierto por el diagnóstico y tratamiento del seguro médico, el precio es más caro.

Como accesorio implantable para medicina interna, se puede implantar un marcapasos cuando un paciente sufre de frecuencia cardíaca baja. Se inserta un cable de electrodo desde la vena subclavia hasta el corazón, y este electrodo envía una señal electrónica al marcapasos, convirtiéndolo en un marcapasos. Recientemente, se han desarrollado marcapasos con una masa de 20 gy un grosor de 6 mm, que es lo suficientemente pequeño como para conectarse con un cable de electrodo y enterrarse debajo de la piel. La batería y el circuito de control están contenidos en un pequeño contenedor (relicario) hecho de titanio puro, que no es invasivo para los organismos vivos. La batería tiene que durar al menos 6 años, por lo que se requiere que el contenedor (relicario) sea estable y seguro durante mucho tiempo. Actualmente, cerca de 5,000 personas en Japón han sido beneficiadas.

El titanio también se utiliza en instrumentos quirúrgicos. Especialmente en el caso de operaciones cerebrales y de neurocirugía largas que duran más de 10 horas, se requiere que las pinzas sean ligeras, y para las pinzas hemostáticas y similares se utilizan productos de titanio. El titanio también se utiliza en muchos instrumentos de tratamiento dental, como implantes, instrumentos quirúrgicos para accesorios y vibradores para eliminar el sarro dental. Además de para la implantación y la fijación, como equipos auxiliares y sillas de ruedas, también se utiliza titanio. Cuando una parte de una extremidad falta por enfermedad o accidente, se hace una prótesis para restaurar la función, y como la parte principal de la prótesis es de metal, se está aplicando en términos de ligereza, durabilidad (principalmente corrosión y resistencia a la fatiga) y compatibilidad con organismos vivos (Ni, Cr, etc.). En el caso de las sillas de ruedas, el objetivo principal es aligerar toda la silla de ruedas, por lo que en algunos casos se utiliza titanio para casi todas las partes metálicas de la estructura, como el marco y las ruedas.