Adaptabilidade de materiais de liga de titânio ao corpo humano e tipos de materiais de titânio para uso médico

Na área médica, o uso de materiais metálicos deve ser inofensivo ao corpo humano. Quando o metal sofre corrosão, pode dissolver íons metálicos, o que afeta os tecidos celulares dos organismos vivos (corpo humano), por isso é necessário utilizar materiais metálicos que não sejam fáceis de corroer e sejam altamente resistentes à corrosão, o titânio é uma espécie de material altamente resistente à corrosão. Para materiais metálicos médicos, desde séries de aço inoxidável até à base de cobalto e série de ligas à base de titânio, a proporção de titânio e liga de titânio está aumentando. A quantidade de titânio usada na indústria médica em todo o mundo é de cerca de 1,000 toneladas por ano.

1. Adaptabilidade do titânio ao corpo humano (compatibilidade do titânio com organismos vivos)
Para observar a resposta dos íons metálicos à adaptabilidade humana, conduzimos um método de avaliação da adaptabilidade celular em laboratório usando células sensíveis a íons metálicos, como fibroblastos pulmonares de camundongos (células V79) e tecidos de fibroblastos de camundongos (células I929), que são usados ​​para experiências médicas na China e um órgão administrativo independente (o Comitê Técnico para a Padronização da Avaliação Biológica de Dispositivos Médicos). Diferenciamos entre as reações de íons monômeros elementares ao corpo humano (organismos) fornecidas pela Base Técnica para Avaliação de Biologia de Dispositivos Médicos (Comitê Técnico Padronizado para Avaliação Biológica de Dispositivos Médicos).
Vanádio (V), níquel (Ni), cobre (Cu), etc., que são altamente tóxicos, causam a morte celular em um curto espaço de tempo a um nível limitado de partes por milhão (×10-6). No caso do vanádio (V) e do níquel (N), por exemplo, os resultados do experimento com células V79 são mostrados na figura. Os resultados do teste de imersão de uma semana mostraram que todas as células morreram quando o níquel estava em torno de 10×10-6 (pm = partes por milhão), enquanto o vanádio (V) foi dois dígitos a menos e todas as células morreram quando estava em torno de 0.6×. 10-6. Em segundo lugar, quando os tecidos duros (ossos) e tecidos moles (tendões) de pequenos animais, como ratos e coelhos, foram incorporados em folhas de metal para testes, estes metais altamente tóxicos causaram certamente necrose nos tecidos duros (ossos) e tecidos moles (tendões). ) na parte de contato.

O outro grupo para indicação de lesivo, na implantação do estado aderido, no tecido fibroso no local de contato, a formação de uma espécie de corpo biológico ao corpo para descarregar a reação, ferro, alumínio, ouro, prata, e assim por diante são tão manifestados. Materiais metálicos em geral, como aço inoxidável SUS 304L e aço inoxidável SUS 36L, bem como ligas de cobalto-cromo, pertencem a esta categoria. A peça metálica incrustada no tecido duro não se funde com as células ósseas e, quando o teste de remoção é realizado, algumas semanas depois, é removida sem resistência.
O terceiro grupo é o menos reativo com organismos vivos e é adequado para implantação e fixação de titânio, zircônio, nióbio, tântalo, platina e assim por diante. Quando esses metais são implantados ou fixados em organismos vivos, eles ficam intimamente ligados aos tecidos duros e moles, apresentando um fenômeno semelhante ao do corpo.

Como resultado, o titânio é um metal seguro porque tem menos probabilidade de causar danos aos organismos vivos. Quando são utilizadas ligas de titânio, dependendo dos elementos de liga utilizados, a resistência à corrosão das ligas de titânio é inferior à do titânio puro e, quando ocorre corrosão, os elementos de liga podem ser lixiviados. É necessário selecionar elementos de liga que sejam resistentes à corrosão e não invasivos. Em ligas de titânio, a liga Ti-6AI-4V tem sido usada há muito tempo na fabricação de aeronaves e em equipamentos de engenharia resistentes à água do mar e tem um grande número de exemplos de uso. Na área médica, as ligas ELI, que apresentam boa resistência à corrosão (baixo teor de ferro, oxigênio e hidrogênio), são utilizadas há muito tempo. Recentemente, porém, como parte da pesquisa e desenvolvimento de ligas de titânio para implantação e colocação, a liga Ti-13Nb-13Zr foi padronizada com a substituição do vanádio (V) pelo nióbio (Nb), que é uma liga não prejudicial, à base de sobre o relatório sobre a mutagenicidade do monômero (ASTM, ISO). Há também uma liga que está descarregando ativamente o alumínio, que será lançada em breve.

2、Material de titânio para uso médico
O padrão americano ASTM (código F) para uso médico é equivalente ao padrão mundial e, na Europa, o padrão ISO e o padrão ASTM estão sendo separados e fundidos no padrão europeu. No Japão, estamos no processo de consolidação dos padrões nacionais e começamos a formular padrões baseados nos padrões ISO, consolidando os padrões correspondentes aos padrões ASTM e ISO.
Os materiais de titânio especificados na norma ASTM para implantes e acessórios, como articulações artificiais de joelho e quadril (incluindo cabeças femorais), são listados de acordo com seus formatos. Por muito tempo, titânio puro e ligas Ti-6AI-4V, incluindo materiais em pó, têm sido usados ​​para fabricar vários formatos de peças e componentes.

3、Aplicações médicas de titânio
O titânio é usado em um grande número de peças, como articulações femorais artificiais, articulações artificiais de joelhos e talas ósseas, e também é usado em cirurgia ortopédica. Ao deformar a inflamação das articulações Reumatismo [pronuncia-se “Rumatismo”, que significa dor intensa nas articulações e nos tendões, mas também para uma doença alérgica – Nota do tradutor] e outras causas de dor intensa, resultando em dificuldades de locomoção, estarão sofrendo desta doença pacientes Pacientes Pessoas que sofrem dessa condição recebem articulações femorais artificiais e próteses artificiais de joelho, que podem eliminar a dor e permitir que andem. No Japão, 80,000 substituições da articulação femoral e 40,000 substituições do joelho são realizadas num único ano (estatísticas de 2005). No futuro, à medida que a sociedade envelhece, espera-se que a procura de articulações artificiais aumente numa grande percentagem.
O titânio não é adequado para todas as peças de juntas artificiais. Na parte da junta, onde há muito movimento, o titânio não é adequado porque se desgasta facilmente (preferem-se cerâmicas e ligas de cobalto), e ligas de titânio são utilizadas para peças implantadas. A superfície das ligas de titânio é irregular e revestida com apatita e materiais sensíveis ao osso, como o biovidro, para garantir a integração precoce com o osso biológico. Além disso, para fixação da fratura são utilizadas hastes intramedulares de liga de titânio e placas de liga de titânio.

Há também uma tendência crescente na área da odontologia, onde estão sendo utilizados implantes e acessórios. O titânio é usado em quantidades menores, mas existem ligas de titânio e ligas de titânio puro na forma de placas, roscas, encaixes e cestos, conforme mostrado na figura. Essas peças são cravadas diretamente no osso maxilar e revestidas com apatita, representativa da composição do osso, para serem fixadas na porção gengival do dente. O titânio é adequado para implantes metálicos em odontologia geral. Existem dois métodos, o método de fundição de precisão e o método de formação superplástica, e é mais leve e não tem gosto ruim para alimentos ácidos em comparação com as ligas anteriores de cobalto e cromo, mas como o uso de titânio não é coberto pelo diagnóstico e tratamento de seguro saúde, o preço é mais caro.

Como acessório implantável para medicina interna, um marca-passo pode ser implantado quando um paciente sofre de frequência cardíaca baixa. Um fio eletrodo é inserido da veia subclávia até o coração, e esse eletrodo insere um sinal eletrônico no marca-passo, tornando-o um marca-passo. Recentemente, foram desenvolvidos marca-passos com massa de 20g e espessura de 6mm, pequenos o suficiente para serem conectados a um fio eletrodo e enterrados sob a pele. A bateria e o circuito de controle estão contidos em um pequeno recipiente (medalhão) feito de titânio puro, que não é invasivo para os organismos vivos. A bateria deve durar pelo menos 6 anos, portanto o recipiente (medalhão) deve ser estável e seguro por muito tempo. Atualmente, quase 5,000 mil pessoas no Japão foram beneficiadas.

O titânio também é usado em instrumentos cirúrgicos. Especialmente no caso de operações cerebrais longas e de neurocirurgia com duração superior a 10 horas, as pinças devem ser leves e os produtos de titânio são usados ​​para pinças hemostáticas e similares. O titânio também é usado em muitos instrumentos de tratamento odontológico, como implantes, instrumentos cirúrgicos para acessórios e vibradores para remoção de tártaro dentário. Além de implantação e fixação, como equipamentos auxiliares e cadeiras de rodas, também está sendo utilizado titânio. Quando falta parte de um membro por doença ou acidente, é feita uma prótese para restaurar a função, e como a parte principal da prótese é de metal, ela está sendo aplicada em termos de leveza, durabilidade (principalmente corrosão e resistência à fadiga) e compatibilidade com organismos vivos (Ni, Cr, etc.). No caso das cadeiras de rodas, o principal objetivo é deixar toda a cadeira de rodas mais leve, por isso, em alguns casos, o titânio é utilizado em quase todas as peças metálicas da estrutura, como quadro e rodas.