Tilpasning av titanlegeringsmaterialer til menneskekroppen og typer titanlegeringsmaterialer for medisinsk bruk

På det medisinske feltet må bruken av metallmaterialer være ufarlig for menneskekroppen. Når metallet korroderer, kan det løse opp metallioner, som påvirker cellevevet til levende organismer (menneskekroppen), så det er nødvendig å bruke metallmaterialer som ikke er lett å korrodere og som er svært motstandsdyktige mot korrosjon, titan er en slags svært korrosjonsbestandig materiale. For medisinske metallmaterialer fra rustfrie stålserier til koboltbaserte og titanbasert legeringsserie, øker forholdet mellom titan og titanlegering. Mengden titan som brukes i medisinsk industri over hele verden er omtrent 1,000 per år.

1. Tilpasning av titan til menneskekroppen (kompatibilitet av titan med levende organismer)
For å observere responsen til metallioner på menneskelig tilpasningsevne, utførte vi en evalueringsmetode for celletilpasning i et laboratorium ved bruk av celler som er følsomme for metallioner, slik som muselungefibroblaster (V79-celler) og musefibroblastvev (I929-celler), som brukes til medisinske eksperimenter i Kina, og et uavhengig administrativt organ (den tekniske komiteen for standardisering av biologisk evaluering av medisinsk utstyr). Vi skiller mellom reaksjonene til elementære monomerioner på menneskekroppen (organismer) levert av den tekniske basen for evaluering av medisinsk utstyrsbiologi (Standardisert teknisk komité for biologisk evaluering av medisinsk utstyr).
Vanadium (V), nikkel (Ni), kobber (Cu), etc., som er svært giftige, forårsaker celledød i løpet av kort tid ved et begrenset nivå på deler per million (×10-6). Når det gjelder vanadium (V) og nikkel (N), for eksempel, er resultatene av forsøket på V79-celler vist i figuren. Resultatene fra en ukes nedsenkingstesten viste at alle celler døde når nikkel var rundt 10×10-6 (pm = deler per million), mens vanadium (V) var to siffer mindre og alle celler døde når det var rundt 0.6× 10-6. For det andre, når hardt vev (bein) og bløtvev (sener) til små dyr som rotter og kaniner ble innebygd i metallplater for testing, forårsaket disse svært giftige metallene nekrose i hardt vev (bein) og bløtvev (sener) ) i kontaktdelen.

Den andre gruppen for indikasjon på skadelig, i implantasjonen av den vedlagte tilstanden, i det fibrøse vevet på kontaktstedet, dannelsen av en slags biologisk kropp til kroppen for å utlade reaksjonen, jern, aluminium, gull, sølv, og så videre er så manifestert. Generelle metallmaterialer som SUS 304L rustfritt stål og SUS 36L rustfritt stål, samt kobolt-kromlegeringer, tilhører denne kategorien. Metallbiten som er innebygd i det harde vevet smelter ikke sammen med beincellene, og når fjerningstesten utføres noen uker senere, fjernes den uten motstand.
Den tredje gruppen er minst reaktiv med levende organismer og er egnet for implantasjon og festing av titan, zirkonium, niob, tantal, platina, og så videre. Når disse metallene implanteres i eller festes til levende organismer, er de tett bundet til det harde og myke vevet, og viser et kroppslignende fenomen.

Som et resultat er titan et trygt metall fordi det er mindre sannsynlig at det skader levende organismer. Når titanlegeringer brukes, avhengig av legeringselementene som brukes, er korrosjonsmotstanden til titanlegeringer lavere enn for rent titan, og når det oppstår korrosjon kan legeringselementene lekkes ut. Det er nødvendig å velge legeringselementer som er korrosjonsbestandige og ikke-invasive. I titanlegeringer har Ti-6AI-4V-legering blitt brukt i lang tid i flyproduksjon og sjøvannsbestandig ingeniørutstyr og har et stort antall eksempler på bruk. I det medisinske feltet har ELI-legeringer, som har god korrosjonsbestandighet (lavt innhold av jern, oksygen og hydrogen), lenge vært brukt. Nylig, men som en del av forskningen og utviklingen av titanlegeringer for implantasjon og plassering, har Ti-13Nb-13Zr-legeringen blitt standardisert ved å erstatte vanadium (V) med niob (Nb), som er en ikke-skadelig legering, basert på om rapporten om mutagenisiteten til monomeren (ASTM, ISO). Det er også en legering som aktivt slipper ut aluminium, som snart vil bli utgitt.

2、Titanmateriale for medisinsk bruk
Den amerikanske ASTM-standarden (F-kode) for medisinsk bruk tilsvarer verdensstandarden, og i Europa blir ISO-standarden og ASTM-standarden sortert ut og slått sammen til den europeiske standarden. I Japan er vi i ferd med å konsolidere nasjonale standarder og har begynt å formulere standarder basert på ISO-standarder ved å konsolidere standardene som tilsvarer ASTM- og ISO-standardene.
Titanmaterialene spesifisert i ASTM-standarden for implantater og vedlegg som kunstige kneledd og hofteledd (inkludert lårbenshoder) er oppført i henhold til deres former. I lang tid har rent titan og Ti-6AI-4V-legeringer, inkludert pulveriserte materialer, blitt brukt til å lage ulike former for deler og komponenter.

3、 Medisinske titanapplikasjoner
Titan brukes i et stort antall deler som kunstige lårbensledd, kunstige kneledd og benskinner, og brukes også i ortopedisk kirurgi. Ved å deformere leddbetennelse Revmatisme [uttales "Rumatism", som betyr alvorlig ledd- og senesmerter, men også for en allergisk sykdom – Oversetterens notat] og andre årsaker til sterke smerter, som resulterer i gangvansker, vil lide av denne sykdommen pasienter. lider av denne tilstanden gis kunstige lårbensledd og kunstige kneproteser, som kan eliminere smerten og tillate dem å gå. I Japan utføres 80,000 40,000 lårleddserstatninger og 2005 XNUMX kneproteser i løpet av et enkelt år (statistikk fra XNUMX). I fremtiden, ettersom samfunnet eldes, forventes det at etterspørselen etter kunstige ledd vil øke med en stor prosentandel.
Titan er ikke egnet for alle kunstige ledddeler. I ledddelen, hvor det er mye bevegelse, er titan ikke egnet fordi det slites lett ut (keramikk og koboltlegeringer foretrekkes), og titanlegeringer brukes til implanterte deler. Overflaten på titanlegeringer er ujevn og belagt med apatitt og benfølsomme materialer som bioglass for å sikre tidlig integrasjon med biologisk ben. I tillegg, for bruddfiksering, brukes titanlegering intramedullære spiker og titanlegeringsplater.

Det er også en økende trend innen odontologi, hvor implantater og fester brukes. Titan brukes i mindre mengder, men det finnes titanlegeringer og rene titanlegeringer i form av plater, gjenger, fatninger og kurver som vist på figuren. Disse delene drives direkte inn i kjevebenet og belegges med apatitt, som er representativt for sammensetningen av beinet, for å festes i tannkjøttdelen av tannen. Titan er egnet for metallimplantater i generell tannbehandling. Det er to metoder, presisjonsstøpemetoden og superplastformingsmetoden, og den er lettere i vekt og smaker ikke dårlig for sure matvarer sammenlignet med de tidligere kobolt- og kromlegeringene, men siden bruken av titan ikke er dekket av helseforsikring diagnose og behandling, prisen er dyrere.

Som implanterbart tilbehør for indremedisin kan en pacemaker implanteres når en pasient lider av lav hjertefrekvens. En elektrodeledning settes inn fra venen subclavia til hjertet, og denne elektroden sender inn et elektronisk signal til pacemakeren, noe som gjør den til en pacemaker. Nylig er det utviklet pacemakere med en masse på 20g og en tykkelse på 6mm, som er liten nok til å kobles sammen med en elektrodetråd og begraves under huden. Batteriet og kontrollkretsene er inneholdt i en liten beholder (medaljon) laget av rent titan, som er ikke-invasivt for levende organismer. Batteriet må vare i minst 6 år, så beholderen (medaljonen) må være stabil og sikker i lang tid. For øyeblikket har nesten 5,000 mennesker i Japan fått nytte.

Titan brukes også i kirurgiske instrumenter. Spesielt ved lange hjerne- og nevrokirurgiske operasjoner som varer mer enn 10 timer, kreves det at tang er lett, og titanprodukter brukes til hemostatiske tang og lignende. Titan brukes også i mange tannbehandlingsinstrumenter som implantater, kirurgiske instrumenter for vedlegg og vibratorer for fjerning av tannstein. I tillegg til implantasjon og feste, som hjelpeutstyr og rullestoler, brukes også titan. Når en del av et lem mangler på grunn av sykdom eller en ulykke, lages en protese for å gjenopprette funksjonen, og siden hoveddelen av protesen er laget av metall, brukes den med tanke på letthet, holdbarhet (hovedsakelig korrosjon og tretthetsresistens), og kompatibilitet med levende organismer (Ni, Cr, etc.). Når det gjelder rullestoler er hovedmålet å gjøre hele rullestolen lettere, så i noen tilfeller brukes titan til nesten alle metalldeler i strukturen, som ramme og hjul.