Anpassning av titanlegeringsmaterial till människokroppen och typer av titanlegeringsmaterial för medicinskt bruk

Inom det medicinska området måste användningen av metallmaterial vara ofarlig för människokroppen. När metallen korroderar kan den lösa upp metalljoner, vilket påverkar cellvävnaderna i levande organismer (människokroppen), så det är nödvändigt att använda metallmaterial som inte är lätta att korrodera och som är mycket resistenta mot korrosion, titan är ett slags mycket korrosionsbeständigt material. För medicinska metallmaterial från rostfria stålserier till koboltbaserade och titanbaserad legeringsserie, ökar förhållandet mellan titan och titanlegering. Mängden titan som används i den medicinska industrin över hela världen är cirka 1,000 XNUMX per år.

1. Titans anpassningsförmåga till människokroppen (titans förenlighet med levande organismer)
För att observera metalljonernas svar på mänsklig anpassningsförmåga genomförde vi en metod för utvärdering av cellanpassningsförmåga i ett laboratorium med användning av celler känsliga för metalljoner, såsom muslungfibroblaster (V79-celler) och musfibroblastvävnader (I929-celler), som används för medicinska experiment i Kina, och ett oberoende administrativt organ (den tekniska kommittén för standardisering av biologisk utvärdering av medicinsk utrustning). Vi skiljer på reaktionerna av elementära monomerjoner till människokroppen (organismer) som tillhandahålls av den tekniska basen för utvärdering av medicinsk utrustningsbiologi (Standardiserad teknisk kommitté för biologisk utvärdering av medicinsk utrustning).
Vanadin (V), nickel (Ni), koppar (Cu) etc., som är mycket giftiga, orsakar celldöd inom kort tid vid en begränsad nivå av miljondelar (×10-6). När det gäller vanadin (V) och nickel (N), till exempel, visas resultaten av experimentet på V79-celler i figuren. Resultaten av nedsänkningstestet på en vecka visade att alla celler dog när nickel var runt 10×10-6 (pm = delar per miljon), medan vanadin (V) var två siffror mindre och alla celler dog när det var runt 0.6× 10-6. För det andra, när de hårda vävnaderna (ben) och mjuka vävnader (senor) från små djur som råttor och kaniner bäddades in i metallplåtar för testning, orsakade dessa mycket giftiga metaller verkligen nekros i hårda vävnader (ben) och mjuka vävnader (senor) ) i kontaktdelen.

Den andra gruppen för indikation på skadlig, vid implantation av det fästa tillståndet, i den fibrösa vävnaden vid kontaktstället, bildandet av en slags biologisk kropp till kroppen för att utlösa reaktionen, järn, aluminium, guld, silver, och så vidare är så manifesterade. Allmänna metallmaterial som SUS 304L rostfritt stål och SUS 36L rostfritt stål, samt kobolt-kromlegeringar, tillhör denna kategori. Metallbiten som är inbäddad i den hårda vävnaden smälter inte samman med bencellerna, och när borttagningstestet utförs några veckor senare tas det bort utan motstånd.
Den tredje gruppen är minst reaktiv med levande organismer och är lämplig för implantation och fästning av titan, zirkonium, niob, tantal, platina, och så vidare. När dessa metaller implanteras i eller fästs vid levande organismer, är de nära bundna till de hårda och mjuka vävnaderna, vilket visar ett kroppsliknande fenomen.

Som ett resultat är titan en säker metall eftersom det är mindre sannolikt att skada levande organismer. När titanlegeringar används, beroende på vilka legeringselement som används, är korrosionsbeständigheten hos titanlegeringar lägre än för rent titanlegeringar, och när korrosion uppstår kan legeringselementen urlakas. Det är nödvändigt att välja legeringselement som är korrosionsbeständiga och icke-invasiva. I titanlegeringar har legeringen Ti-6AI-4V använts under lång tid inom flygplanstillverkning och havsvattenbeständig ingenjörsutrustning och har ett stort antal exempel på användning. Inom det medicinska området har ELI-legeringar, som har god korrosionsbeständighet (lågt innehåll av järn, syre och väte), använts länge. Men nyligen, som en del av forskningen och utvecklingen av titanlegeringar för implantation och placering, har Ti-13Nb-13Zr-legeringen standardiserats genom att ersätta vanadin (V) med niob (Nb), som är en icke-skadlig legering, baserad om rapporten om monomerens mutagenitet (ASTM, ISO). Det finns också en legering som aktivt släpper ut aluminium, som kommer att släppas snart.

2、Titanmaterial för medicinskt bruk
Den amerikanska ASTM-standarden (F-kod) för medicinskt bruk är likvärdig med världsstandarden och i Europa sorteras ISO-standarden och ASTM-standarden ut och slås samman till den europeiska standarden. I Japan håller vi på att konsolidera inhemska standarder och har börjat formulera standarder baserade på ISO-standarder genom att konsolidera de standarder som motsvarar ASTM- och ISO-standarderna.
Titanmaterialen som specificeras i ASTM-standarden för implantat och fästen såsom konstgjorda knäled och höftleder (inklusive lårbenshuvuden) är listade enligt deras former. Under lång tid har rent titan och Ti-6AI-4V-legeringar, inklusive pulvermaterial, använts för att tillverka olika former av delar och komponenter.

3、 Medicinska titanapplikationer
Titan används i ett stort antal delar såsom konstgjorda lårbensleder, konstgjorda knäled och benskenor, och används även inom ortopedisk kirurgi. Genom att deformera ledinflammation Reumatism [uttalas "Rumatism", vilket betyder svår led- och senesmärta, men också för en allergisk sjukdom – Översättarens anmärkning] och andra orsaker till svår smärta, vilket resulterar i gångsvårigheter, kommer att drabbas av denna sjukdom patienter Patienter som lider av detta tillstånd ges konstgjorda lårbensleder och konstgjorda knäproteser, vilket kan eliminera smärtan och låta dem gå. I Japan utförs 80,000 40,000 lårbensledsersättningar och 2005 XNUMX knäproteser under ett enda år (statistik XNUMX). I framtiden, när samhället åldras, förväntas efterfrågan på konstgjorda leder öka med en stor andel.
Titan är inte lämpligt för alla konstgjorda leddelar. I fogdelen, där det är mycket rörelse, är titan inte lämpligt eftersom det slits lätt (keramik och koboltlegeringar är att föredra), och titanlegeringar används för implanterade delar. Ytan på titanlegeringar är ojämn och belagd med apatit och benkänsliga material som bioglas för att säkerställa tidig integration med biologiskt ben. För frakturfixering används dessutom intramedullära spikar av titanlegering och plattor av titanlegering.

Det finns också en ökande trend inom tandvårdsområdet, där implantat och fästen används. Titan används i mindre mängder, men det finns titanlegeringar och rena titanlegeringar i form av plattor, gängor, hylsor och korgar som visas i figuren. Dessa delar drivs direkt in i käkbenet och beläggs med apatit, som är representativt för benets sammansättning, för att fixeras i tandköttsdelen av tanden. Titan är lämpligt för metallimplantat inom allmän tandvård. Det finns två metoder, precisionsgjutningsmetoden och den superplastiska formningsmetoden, och den är lättare i vikt och smakar inte dåligt för sura livsmedel jämfört med tidigare kobolt- och kromlegeringar, men eftersom användningen av titan inte omfattas av sjukförsäkring diagnos och behandling, priset är dyrare.

Som ett implanterbart tillbehör för internmedicin kan en pacemaker implanteras när en patient lider av låg hjärtfrekvens. En elektrodtråd förs in från venen subclavia till hjärtat, och denna elektrod matar in en elektronisk signal till pacemakern, vilket gör den till en pacemaker. På senare tid har pacemakers utvecklats med en massa på 20g och en tjocklek på 6mm, som är tillräckligt liten för att kopplas ihop med en elektrodtråd och begravas under huden. Batteriet och styrkretsen finns i en liten behållare (medaljong) gjord av rent titan, som är icke-invasivt för levande organismer. Batteriet måste hålla i minst 6 år, så behållaren (medaljongen) måste vara stabil och säker under lång tid. För närvarande har nästan 5,000 XNUMX människor i Japan gynnats.

Titan används också i kirurgiska instrument. Speciellt vid långa hjärn- och neurokirurgiska operationer som varar mer än 10 timmar krävs att pincett är lätt och titanprodukter används för hemostatisk pincett och liknande. Titan används också i många tandbehandlingsinstrument som implantat, kirurgiska instrument för fästen och vibratorer för att ta bort tandsten. Förutom implantation och infästning, såsom hjälputrustning och rullstolar, används även titan. När en del av en lem saknas på grund av sjukdom eller olycka görs en protes för att återställa funktionen, och eftersom huvuddelen av protesen är gjord av metall appliceras den med avseende på lätthet, hållbarhet (främst korrosion och utmattningsresistens) och kompatibilitet med levande organismer (Ni, Cr, etc.). När det gäller rullstolar är huvudmålet att göra hela rullstolen lättare, så i vissa fall används titan till nästan alla metalldelar i strukturen, såsom ram och hjul.