Адаптируемость материалов из титановых сплавов к организму человека и виды титановых материалов для медицинского применения.

В медицинской сфере использование металлических материалов должно быть безвредным для организма человека. При коррозии металл может растворять ионы металлов, что влияет на клеточные ткани живых организмов (организм человека), поэтому необходимо использовать металлические материалы, которые нелегко поддаются коррозии и обладают высокой устойчивостью к коррозии, титан является своего рода очень устойчивый к коррозии материал. Для медицинских металлических материалов от нержавеющей стали до кобальта и серия сплавов на основе титанасоотношение титана и титанового сплава увеличивается. Количество титана, используемого в медицинской промышленности во всем мире, составляет около 1,000 тонн в год.

1. Адаптивность титана к организму человека (совместимость титана с живыми организмами).
Чтобы наблюдать за реакцией ионов металлов на адаптацию человека, мы провели в лаборатории метод оценки адаптивности клеток с использованием клеток, чувствительных к ионам металлов, таких как фибробласты легких мыши (клетки V79) и ткани фибробластов мыши (клетки I929), которые используются для медицинские эксперименты в Китае и независимый административный орган (Технический комитет по стандартизации биологической оценки медицинских изделий). Мы различаем реакции элементарных мономер-ионов на организм (организмы) человека, предусмотренные Технической базой оценки биологии медицинских изделий (Стандартизированный технический комитет по биологической экспертизе медицинских изделий).
Ванадий (V), никель (Ni), медь (Cu) и др., обладающие высокой токсичностью, вызывают гибель клеток в течение короткого времени при ограниченном уровне частей на миллион (×10-6). Например, в случае ванадия (V) и никеля (N) результаты эксперимента на ячейках V79 показаны на рисунке. Результаты недельного иммерсионного теста показали, что все клетки погибали, когда содержание никеля составляло около 10×10-6 (pm = частей на миллион), в то время как ванадия (V) было на две цифры меньше, и все клетки погибали, когда оно составляло около 0.6×. 10-6. Во-вторых, когда твердые ткани (кости) и мягкие ткани (сухожилия) мелких животных, таких как крысы и кролики, были помещены в металлические листы для тестирования, эти высокотоксичные металлы определенно вызывали некроз твердых тканей (костей) и мягких тканей (сухожилий). ) в контактной части.

Другая группа для указания на вред, при имплантации прикрепленного состояния, в фиброзной ткани в месте контакта, формировании своего рода биологического тела в организме для разрядки реакции, железа, алюминия, золота, серебра, и так далее так проявляются. К этой категории относятся общие металлические материалы, такие как нержавеющая сталь SUS 304L и нержавеющая сталь SUS 36L, а также кобальт-хромовые сплавы. Металлический кусок, внедренный в твердые ткани, не срастается с костными клетками, и когда через несколько недель проводится тест на удаление, он удаляется без сопротивления.
Третья группа наименее реагирует с живыми организмами и пригодна для имплантации и прикрепления титана, циркония, ниобия, тантала, платины и так далее. Когда эти металлы имплантируются в живые организмы или прикрепляются к ним, они тесно связаны с твердыми и мягкими тканями, демонстрируя явление, подобное телу.

В результате титан является безопасным металлом, поскольку он с меньшей вероятностью причинит вред живым организмам. При использовании титановых сплавов в зависимости от применяемых легирующих элементов коррозионная стойкость титановых сплавов ниже, чем у чистого титана, а при возникновении коррозии легирующие элементы могут выщелачиваться. Необходимо подбирать легирующие элементы, устойчивые к коррозии и неинвазивные. Из титановых сплавов сплав Ти-6АИ-4В уже давно применяется в авиастроении и водостойком машиностроении и имеет большое количество примеров использования. В медицинской сфере уже давно используются сплавы ELI, обладающие хорошей коррозионной стойкостью (низкое содержание железа, кислорода и водорода). Однако недавно в рамках исследований и разработок титановых сплавов для имплантации и размещения сплав Ti-13Nb-13Zr был стандартизирован путем замены ванадия (V) на ниобий (Nb), который представляет собой безвредный сплав на основе по отчету о мутагенности мономера (ASTM, ISO). Также существует сплав, активно выделяющий алюминий, который скоро будет выпущен.

2. Титановый материал для медицинского использования.
Американский стандарт ASTM (F-код) для медицинского использования эквивалентен мировому стандарту, а в Европе стандарт ISO и стандарт ASTM разбираются и объединяются в европейский стандарт. В Японии мы находимся в процессе консолидации внутренних стандартов и начали формулировать стандарты на основе стандартов ISO путем объединения стандартов, соответствующих стандартам ASTM и ISO.
Титановые материалы, указанные в стандарте ASTM для имплантатов и приспособлений, таких как искусственные коленные и тазобедренные суставы (включая головки бедренных костей), перечислены в соответствии с их формой. Чистый титан и сплавы Ти-6АИ-4В, в том числе порошкообразные, уже давно используются для изготовления деталей и узлов различной формы.

3. Применение медицинского титана.
Титан используется в большом количестве деталей, таких как искусственные бедренные суставы, искусственные коленные суставы и костные шины, а также в ортопедической хирургии. При деформирующем воспалении суставов ревматизм [произносится как «руматизм», что означает сильную боль в суставах и сухожилиях, но также и при аллергическом заболевании – Прим. переводчика] и другие причины сильной боли, приводящей к трудностям при ходьбе, будут страдать от этого заболевания пациенты. страдающим этим заболеванием вставляют искусственные бедренные суставы и искусственные протезы коленного сустава, которые устраняют боль и позволяют им ходить. В Японии за один год выполняется 80,000 40,000 замен бедренных суставов и 2005 XNUMX замен коленного сустава (статистика XNUMX г.). Ожидается, что в будущем, по мере старения общества, спрос на искусственные суставы увеличится на большой процент.
Титан подходит не для всех искусственных суставов. В суставной части, где наблюдается большое движение, титан не подходит, поскольку он легко изнашивается (предпочтительны керамика и сплавы кобальта), а для имплантируемых деталей применяют титановые сплавы. Поверхность титановых сплавов неровная и покрыта апатитом и чувствительными к кости материалами, такими как биостекло, для обеспечения ранней интеграции с биологической костью. Кроме того, для фиксации переломов используются интрамедуллярные стержни из титанового сплава и пластины из титанового сплава.

Также наблюдается растущая тенденция в области стоматологии, где используются имплантаты и насадки. Титан используется в меньших количествах, но существуют титановые сплавы и чистые титановые сплавы в виде пластин, резьб, гнезд и корзин, как показано на рисунке. Эти части вбиваются непосредственно в челюстную кость и покрываются апатитом, типичным для кости, для фиксации в десневой части зуба. Титан подходит для металлических имплантатов в общей стоматологии. Существует два метода: метод точного литья и метод сверхпластического формования, он легче по весу и не имеет плохого вкуса для кислых пищевых продуктов по сравнению с предыдущими сплавами кобальта и хрома, но поскольку использование титана не подпадает под действие медицинская страховка, диагностика и лечение, цена дороже.

В качестве имплантируемого аксессуара для внутренних болезней кардиостимулятор можно имплантировать, если пациент страдает от низкой частоты сердечных сокращений. От подключичной вены к сердцу вводится электродный провод, который подает электронный сигнал на кардиостимулятор, делая его кардиостимулятором. Недавно были разработаны кардиостимуляторы массой 20 г и толщиной 6 мм, что достаточно мало, чтобы их можно было соединить с электродной проволокой и запрятать под кожу. Батарея и схема управления помещены в небольшой контейнер (медальон) из чистого титана, неинвазивного для живых организмов. Срок службы батареи должен составлять не менее 6 лет, поэтому контейнер (медальон) должен быть устойчивым и безопасным в течение длительного времени. В настоящее время помощь получили около 5,000 человек в Японии.

Титан также используется в хирургических инструментах. Особенно в случае длительных операций на головном мозге и нейрохирургии продолжительностью более 10 часов щипцы должны быть легкими, а титановые изделия используются для гемостатических щипцов и тому подобного. Титан также используется во многих стоматологических инструментах, таких как имплантаты, хирургические инструменты для насадок и вибраторы для удаления зубного камня. Помимо имплантации и крепления, например, вспомогательного оборудования и инвалидных колясок, также используется титан. При отсутствии части конечности вследствие болезни или несчастного случая для восстановления функции изготавливают протез, а так как основная часть протеза изготовлена ​​из металла, то его применяют с точки зрения легкости, долговечности (в основном коррозионно- и коррозионно-стойких). усталостная стойкость) и совместимость с живыми организмами (Ni, Cr и др.). В случае с инвалидными колясками основная цель — сделать всю инвалидную коляску легче, поэтому в некоторых случаях титан используется почти для всех металлических частей конструкции, таких как рама и колеса.