티타늄 합금 소재의 인체 적응성과 의료용 티타늄 소재의 종류

의료분야에서 금속재료의 사용은 인체에 무해해야 합니다. 금속이 부식되면 금속이온을 용해시켜 생물체(인체)의 세포조직에 영향을 미칠 수 있으므로 부식되기 쉽지 않고 부식에 강한 금속재료를 사용해야 하는데, 티타늄은 일종의 부식에 강한 재질. 스테인레스 스틸 시리즈부터 코발트 기반 및 티타늄 기반 합금 시리즈, 티타늄과 티타늄 합금 비율이 증가하고 있습니다. 전 세계적으로 의료산업에서 사용되는 티타늄의 양은 연간 약 1,000타에 달합니다.

1. 티타늄의 인체 적응성(티타늄과 생물체와의 친화성)
인간의 적응성에 대한 금속이온의 반응을 관찰하기 위해 마우스 폐섬유아세포(V79 세포), 마우스 섬유아세포 조직(I929 세포) 등 금속이온에 민감한 세포를 이용하여 실험실에서 세포적응성 평가법을 실시했습니다. 중국의 의료 실험 및 독립 행정 기관(의료 기기 생물학적 평가 표준화 기술 위원회)입니다. 우리는 의료기기 생물학 평가를 위한 기술 기반(의료기기 생물학적 평가를 위한 표준 기술 위원회)에서 제공하는 인체(생물)에 대한 원소 모노머 이온의 반응을 구별합니다.
독성이 강한 바나듐(V), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등은 제한된 백만분율(×10-6) 수준에서 단시간에 세포 사멸을 유발합니다. 예를 들어 바나듐(V)과 니켈(N)의 경우 V79 셀에 대한 실험 결과를 그림에 나타내었다. 10주간 침지시험 결과 니켈이 10×6-0.6(pm = 백만분의 10) 정도일 때 모든 세포가 죽은 반면, 바나듐(V)은 두 자릿수 적고 6× 정도일 때 모든 세포가 죽는 것으로 나타났다. XNUMX-XNUMX. 둘째, 쥐, 토끼 등 작은 동물의 경조직(뼈)과 연조직(힘줄)을 금속판에 묻어 실험을 했을 때 이들 독성이 강한 금속은 확실히 경조직(뼈)과 연조직(힘줄)에 괴사를 일으켰다. ) 접촉 부분에 있습니다.

유해한 징후에 대한 다른 그룹은 부착된 상태의 이식에서 접촉 부위의 섬유 조직에 일종의 생물학적 신체를 형성하여 반응을 배출하는 철, 알루미늄, 금, 은, 등등이 그렇게 나타납니다. SUS 304L 스테인리스강, SUS 36L 스테인리스강 등 일반 금속재료와 코발트-크롬 합금이 여기에 속한다. 경조직에 박힌 금속조각은 뼈세포와 융합되지 않아 몇 주 후에 제거 테스트를 하면 저항 없이 제거된다.
세 번째 그룹은 살아있는 유기체에 대한 반응성이 가장 낮으며 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 백금 등의 이식 및 부착에 적합합니다. 이들 금속은 생명체에 이식되거나 부착되면 경조직과 연조직에 밀접하게 결합해 마치 신체와 같은 현상을 보인다.

결과적으로 티타늄은 생명체에 해를 끼칠 가능성이 적기 때문에 안전한 금속입니다. 티타늄 합금을 사용하는 경우, 사용되는 합금 원소에 따라 티타늄 합금의 내식성은 순수 티타늄에 비해 떨어지며, 부식이 발생하면 합금 원소가 용출될 수 있습니다. 부식에 강하고 비침습적인 합금 원소를 선택하는 것이 필요합니다. 티타늄 합금 중 Ti-6AI-4V 합금은 항공기 제조 및 내해수 엔지니어링 장비에 오랫동안 사용되어 왔으며 사용 사례가 많습니다. 의료 분야에서는 내식성이 좋은(철, 산소, 수소 함량이 낮음) ELI 합금이 오랫동안 사용되어 왔습니다. 그러나 최근에는 임플란트 식립용 티타늄 합금 연구개발의 일환으로 Ti-13Nb-13Zr 합금을 바나듐(V)을 무해한 합금인 니오븀(Nb) 기반으로 대체하여 표준화하고 있다. 단량체의 돌연변이 유발성에 관한 보고서(ASTM, ISO). 알루미늄을 활발히 배출하는 합금도 있는데, 곧 출시될 예정이다.

2、의료용 티타늄 소재
의료용 미국 ASTM 규격(F-code)은 세계 규격과 동일하며, 유럽에서는 ISO 규격과 ASTM 규격을 분리하여 유럽 규격으로 통합하고 있다. 일본에서는 국내 표준을 통합하는 과정에 있으며 ASTM 및 ISO 표준에 해당하는 표준을 통합하여 ISO 표준을 기반으로 한 표준 제정에 착수했습니다.
인공 무릎관절, 고관절(대퇴골두 포함) 등 임플란트 및 부착물에 대한 ASTM 규격에 규정된 티타늄 재질을 형상별로 나열하였습니다. 오랫동안 순수 티타늄과 분말 재료를 포함한 Ti-6AI-4V 합금이 다양한 형태의 부품과 부품을 만드는 데 사용되어 왔습니다.

3, 의료용 티타늄 응용
티타늄은 인공대퇴관절, 인공무릎관절, 뼈부목 등 수많은 부품에 사용되며, 정형외과 수술에도 사용된다. 변형된 관절 염증으로 인해 류머티즘(“루마티즘”으로 발음, 이는 심한 관절 및 힘줄 통증을 의미하지만 알레르기 질환에도 적용됨 - 역자 주) 및 기타 심한 통증의 원인으로 인해 보행 장애를 초래하는 이 질병 환자는 이 질병으로 고통받게 됩니다. 이 질환을 앓고 있는 사람들에게는 인공 대퇴 관절과 인공 무릎 치환술을 시행하여 통증을 없애고 걸을 수 있게 해줍니다. 일본에서는 80,000년에 40,000건의 대퇴 관절 치환술과 2005건의 무릎 치환술을 시행합니다(XNUMX년 통계). 앞으로는 사회가 고령화됨에 따라 인공관절에 대한 수요가 큰 폭으로 증가할 것으로 예상됩니다.
티타늄은 모든 인공관절 부품에 적합하지 않습니다. 움직임이 많은 관절 부분에는 티타늄이 쉽게 마모되기 때문에 적합하지 않으며(세라믹이나 코발트 합금이 선호됨), 이식되는 부분에는 티타늄 합금이 사용됩니다. 티타늄 합금의 표면은 고르지 않으며 인회석과 바이오글래스와 같은 뼈에 민감한 재료로 코팅되어 생물학적 뼈와의 조기 결합을 보장합니다. 또한 골절 고정에는 티타늄 합금 골수강 못과 티타늄 합금 판이 사용됩니다.

임플란트와 어태치먼트를 사용하는 치과 분야에서도 증가하는 추세입니다. 티타늄은 소량으로 사용되지만 그림과 같이 플레이트, 스레드, 소켓, 바스켓 형태의 티타늄 합금과 순수 티타늄 합금이 있습니다. 이러한 부품은 턱뼈에 직접 박혀 뼈의 구성 성분을 대표하는 인회석으로 코팅되어 치아의 치은 부분에 고정됩니다. 티타늄은 일반 치과의 금속 임플란트에 적합합니다. 정밀주조공법과 초소성성형공법 2가지가 있으며, 기존의 코발트, 크롬 합금에 비해 무게가 가볍고 산성식품에 맛이 나쁘지 않으나, 티타늄의 사용이 합금에 포함되지 않기 때문에 건강보험 진단과 치료는 가격이 더 비쌉니다.

심박조율기는 내과용 이식형 부속품으로 심박수가 낮은 환자에게 이식할 수 있다. 쇄골하정맥에서 심장까지 전극선을 삽입하고, 이 전극이 심장박동기에 전자신호를 입력해 심장박동기를 만든다. 최근에는 질량 20g, 두께 6mm의 심장박동기가 개발되었는데, 이는 전극선과 연결해 피부 속에 묻어둘 수 있을 만큼 작은 크기다. 배터리와 제어 회로는 순수 티타늄으로 만들어진 작은 용기(로켓)에 들어있어 생명체에 영향을 주지 않습니다. 배터리는 최소 6년 이상 지속되어야 하므로 오랫동안 안정적이고 안전하게 보관할 수 있는 용기(로켓)가 필요합니다. 현재 일본에서는 거의 5,000명이 혜택을 받았습니다.

티타늄은 수술 도구에도 사용됩니다. 특히 10시간 이상 지속되는 장기 뇌수술 및 신경외과 수술의 경우 겸자는 경량이 요구되며, 지혈 겸자 등에 티타늄 제품이 사용된다. 티타늄은 임플란트, 부착용 수술 기구, 치석 제거용 진동기 등 다양한 치과 치료 기구에도 사용됩니다. 보조 장비, 휠체어 등 이식 및 부착 외에도 티타늄이 사용되고 있습니다. 질병이나 사고 등으로 사지의 일부를 잃었을 때 기능을 회복하기 위해 보철물을 제작하는데, 보철물의 주요 부분이 금속으로 되어 있어 경량성, 내구성(주로 부식성, 부식성) 측면에서 적용되고 있다. 내피로성), 생물체(Ni, Cr 등)와의 친화성 등이 있습니다. 휠체어의 경우 휠체어 전체를 가볍게 만드는 것이 주요 목표이기 때문에 프레임, 바퀴 등 구조물의 거의 모든 금속 부품에 티타늄을 사용하는 경우도 있습니다.