Titaaniseosmateriaalien sopeutuvuus ihmiskehoon ja titaanimateriaalityypit lääketieteelliseen käyttöön

Lääketieteen alalla metallimateriaalien käytön on oltava ihmiskeholle vaaratonta. Kun metalli syöpyy, se voi liuottaa metalli-ioneja, mikä vaikuttaa elävien organismien (ihmiskeho) solukudoksiin, joten on tarpeen käyttää metallimateriaaleja, jotka eivät ole helposti syöpyviä ja ovat erittäin korroosionkestäviä, titaani on eräänlainen erittäin korroosionkestävä materiaali. Lääketieteellisille metallimateriaaleille ruostumattomasta teräksestä kobolttipohjaisiin ja titaanipohjainen metalliseos sarja, titaanin ja titaaniseoksen suhde kasvaa. Lääketeollisuudessa maailmanlaajuisesti käytetty titaanimäärä on noin 1,000 tonnia vuodessa.

1. Titaanin sopeutuvuus ihmiskehoon (titaanin yhteensopivuus elävien organismien kanssa)
Tarkkaileaksemme metalli-ionien vastetta ihmisen sopeutumiskykyyn suoritimme laboratoriossa solujen sopeutumiskyvyn arviointimenetelmän käyttämällä metalli-ioneille herkkiä soluja, kuten hiiren keuhkojen fibroblasteja (V79-soluja) ja hiiren fibroblastikudoksia (I929-soluja), joita käytetään mm. lääketieteelliset kokeet Kiinassa ja riippumaton hallintoelin (lääketieteellisten laitteiden biologisen arvioinnin standardointikomitea). Erottelemme alkuainemonomeeri-ionien reaktiot ihmiskehoon (eliöihin), joita tarjoaa Lääketieteellisten laitteiden biologian arvioinnin tekninen perusta (Standardised Technical Committee for Biological Evaluation of Medical Devices).
Vanadiini (V), nikkeli (Ni), kupari (Cu) jne., jotka ovat erittäin myrkyllisiä, aiheuttavat solukuoleman lyhyessä ajassa rajoitetulla miljoonasosilla (×10-6). Esimerkiksi vanadiinin (V) ja nikkelin (N) tapauksessa V79-kennoilla tehdyn kokeen tulokset on esitetty kuvassa. Viikon upotuskokeen tulokset osoittivat, että kaikki solut kuolivat, kun nikkeliä oli noin 10 × 10-6 (pm = miljoonasosaa), kun taas vanadiinia (V) oli kaksi numeroa vähemmän ja kaikki solut kuolivat, kun se oli noin 0.6 × 10-6. Toiseksi, kun pienten eläinten, kuten rottien ja kanien, kovat kudokset (luut) ja pehmytkudokset (jänteet) upotettiin metallilevyihin testausta varten, nämä erittäin myrkylliset metallit aiheuttivat varmasti nekroosia kovissa kudoksissa (luissa) ja pehmytkudoksissa (jänteet) ) kontaktiosassa.

Toinen ryhmä vahingollisen, kiinnittyneen tilan istuttamisen yhteydessä kosketuskohdan kuitukudoksessa, jonkinlaisen biologisen kehon muodostuminen kehoon reaktion purkamiseksi, rauta, alumiini, kulta, hopea, ja niin edelleen ovat niin ilmeisiä. Yleiset metallimateriaalit, kuten ruostumaton teräs SUS 304L ja ruostumaton teräs SUS 36L, sekä koboltti-kromiseokset kuuluvat tähän luokkaan. Kovaan kudokseen upotettu metallikappale ei sulaudu luusoluihin, ja kun poistotesti tehdään muutaman viikon kuluttua, se poistetaan ilman vastustusta.
Kolmas ryhmä on vähiten reaktiivinen elävien organismien kanssa ja soveltuu titaanin, zirkoniumin, niobiumin, tantaalin, platinan ja niin edelleen istuttamiseen ja kiinnittämiseen. Kun nämä metallit istutetaan eläviin organismeihin tai kiinnitetään niihin, ne ovat tiiviisti sitoutuneita koviin ja pehmeisiin kudoksiin, mikä osoittaa kehon kaltaisen ilmiön.

Tämän seurauksena titaani on turvallinen metalli, koska se ei todennäköisesti vahingoita eläviä organismeja. Käytettäessä titaaniseoksia, riippuen käytetyistä seosaineista, titaaniseosten korroosionkestävyys on alhaisempi kuin puhtaan titaanin, ja korroosion esiintyessä seosaineet voidaan uuttua ulos. On tarpeen valita seosaineet, jotka ovat korroosionkestäviä ja ei-invasiivisia. Titaaniseoksissa Ti-6AI-4V-seosta on käytetty pitkään lentokoneiden valmistuksessa ja merivedenkestävissä teknisissä laitteissa, ja sillä on lukuisia käyttöesimerkkejä. Lääketieteessä on pitkään käytetty ELI-lejeeringejä, joilla on hyvä korroosionkestävyys (vähäinen rauta-, happi- ja vetypitoisuus). Äskettäin osana implantointia ja sijoittelua varten tarkoitettujen titaaniseosten tutkimusta ja kehitystä Ti-13Nb-13Zr-seos on kuitenkin standardoitu korvaamalla vanadiini (V) niobiumilla (Nb), joka on vahingoittamaton metalliseos. monomeerin mutageenisuutta koskevasta raportista (ASTM, ISO). Siellä on myös alumiiniseos, joka purkaa aktiivisesti alumiinia, ja se julkaistaan ​​pian.

2 、 Titaanimateriaali lääketieteelliseen käyttöön
Amerikkalainen lääketieteelliseen käyttöön tarkoitettu ASTM-standardi (F-koodi) vastaa maailmanstandardia, ja Euroopassa ISO-standardi ja ASTM-standardi ovat selvittämässä ja sulautuneet eurooppalaiseen standardiin. Japanissa olemme konsolidoimassa kotimaisia ​​standardeja ja olemme alkaneet muotoilla ISO-standardeihin perustuvia standardeja yhdistämällä ASTM- ja ISO-standardeja vastaavat standardit.
ASTM-standardissa määritellyt titaanimateriaalit implanteille ja kiinnityksille, kuten keinotekoisille polvinivelille ja lonkkanivelille (mukaan lukien reisiluun päät), on lueteltu niiden muodon mukaan. Pitkän aikaa puhdasta titaania ja Ti-6AI-4V-seoksia, mukaan lukien jauhemaiset materiaalit, on käytetty erimuotoisten osien ja komponenttien valmistukseen.

3 、 Lääketieteelliset titaanisovellukset
Titaania käytetään useissa osissa, kuten keinotekoisissa reisiluun nivelissä, keinotekoisissa polvinivelissä ja luulastoissa, ja sitä käytetään myös ortopedisessa kirurgiassa. Muokkaamalla niveltulehdusta Reuma [lausutaan "Rumatismi", joka tarkoittaa voimakasta nivel- ja jännekipua, mutta myös allerginen sairaus – Kääntäjän huomautus] ja muut voimakkaan kivun syyt, jotka johtavat kävelyvaikeuksiin, kärsivät tästä taudista potilaat Potilaat Tästä sairaudesta kärsiville annetaan keinotekoisia reisiluun niveliä ja keinotekoisia polviniveliä, jotka voivat poistaa kivun ja antaa heidän kävellä. Japanissa tehdään 80,000 40,000 reisiluun nivelleikkausta ja 2005 XNUMX polvileikkausta yhden vuoden aikana (vuoden XNUMX tilastot). Tulevaisuudessa yhteiskunnan ikääntyessä tekonivelten kysynnän odotetaan kasvavan suurella prosentilla.
Titaani ei sovellu kaikkiin keinotekoisiin liitososiin. Liitososaan, jossa on paljon liikettä, titaani ei sovellu, koska se kuluu helposti (keramiikka ja kobolttilejeeringit ovat suositeltavia), ja implantoiduissa osissa käytetään titaaniseoksia. Titaaniseosten pinta on epätasainen ja päällystetty apatiitilla ja luuherkillä materiaaleilla, kuten biolasilla, jotta varmistetaan varhainen integraatio biologiseen luuhun. Lisäksi murtumien kiinnittämiseen käytetään titaaniseoksesta valmistettuja intramedullaarisia nauloja ja titaaniseoslevyjä.

Myös hammaslääketieteen alalla, jossa käytetään implantteja ja lisälaitteita, on nousussa. Titaania käytetään pienempiä määriä, mutta on olemassa titaaniseoksia ja puhtaita titaaniseoksia levyjen, lankojen, hylsyjen ja korien muodossa, kuten kuvassa näkyy. Nämä osat työnnetään suoraan leukaluuhun ja päällystetään apatiitilla, joka edustaa luun koostumusta ja joka kiinnitetään hampaan ienosaan. Titaani soveltuu yleishammaslääketieteen metalliimplantteihin. On olemassa kaksi menetelmää, tarkkuusvalumenetelmä ja superplastinen muovausmenetelmä, ja se on kevyempi eikä maistu happamille elintarvikkeille aiempiin koboltti- ja kromiseoksiin verrattuna, mutta koska titaanin käyttö ei kuulu direktiivin piiriin. sairausvakuutuksen diagnoosi ja hoito, hinta on kalliimpi.

Sisätautien implantoitavana lisälaitteena sydämentahdistin voidaan istuttaa, kun potilas kärsii alhaisesta sykkeestä. Elektrodilanka työnnetään subklavialaiselta sydämeen, ja tämä elektrodi syöttää elektronisen signaalin tahdistimeen, mikä tekee siitä tahdistimen. Äskettäin on kehitetty sydämentahdistimia, joiden massa on 20 g ja paksuus 6 mm, mikä on tarpeeksi pieni liitettäväksi elektrodilangalla ja haudattavaksi ihon alle. Akku ja ohjauspiirit ovat pienessä säiliössä (medaljongissa), joka on valmistettu puhtaasta titaanista, joka ei ole invasiivinen eläville organismeille. Akun tulee kestää vähintään 6 vuotta, joten säiliön (medaljongin) on oltava vakaa ja turvallinen pitkään. Tällä hetkellä lähes 5,000 XNUMX ihmistä Japanissa on hyötynyt.

Titaania käytetään myös kirurgisissa instrumenteissa. Erityisesti pitkissä, yli 10 tuntia kestävissä aivo- ja neurokirurgisissa leikkauksissa pihtien on oltava kevyitä ja hemostaattisiin pihdeihin ja vastaaviin käytetään titaanituotteita. Titaania käytetään myös monissa hammashoidon instrumenteissa, kuten implanteissa, kirurgisissa kiinnitysinstrumenteissa ja hammaskiven poistamiseen tarkoitetuissa vibraattoreissa. Implantoinnin ja kiinnittämisen, kuten apulaitteiden ja pyörätuolien, lisäksi käytetään myös titaania. Kun osa raajasta puuttuu sairauden tai tapaturman vuoksi, tehdään proteesin toiminnan palauttamiseksi, ja koska proteesin pääosa on metallia, sitä sovelletaan keveyden, kestävyyden (pääasiassa korroosion ja väsymiskestävyys) ja yhteensopivuus elävien organismien kanssa (Ni, Cr jne.). Pyörätuolien osalta päätavoitteena on tehdä koko pyörätuoli kevyemmäksi, joten joissain tapauksissa titaania käytetään lähes kaikkiin rakenteen metalliosiin, kuten runkoon ja pyöriin.