ความสามารถในการปรับตัวของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมกับร่างกายมนุษย์และประเภทของวัสดุไทเทเนียมสำหรับการใช้งานทางการแพทย์

ในวงการแพทย์ การใช้วัสดุที่เป็นโลหะจะต้องไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ เมื่อโลหะกัดกร่อนมันสามารถละลายไอออนของโลหะซึ่งส่งผลต่อเนื้อเยื่อเซลล์ของสิ่งมีชีวิต (ร่างกายมนุษย์) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุโลหะที่ไม่กัดกร่อนง่ายและมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง ไทเทเนียมเป็นชนิดของ วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนสูง สำหรับวัสดุโลหะทางการแพทย์ตั้งแต่ซีรีส์สแตนเลสไปจนถึงโคบอลต์และ ซีรี่ส์โลหะผสมที่ใช้ไทเทเนียมอัตราส่วนโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมเพิ่มขึ้น ปริมาณไทเทเนียมที่ใช้ในอุตสาหกรรมการแพทย์ทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 1,000 ตันต่อปี

1. การปรับตัวของไทเทเนียมกับร่างกายมนุษย์ (ความเข้ากันได้ของไทเทเนียมกับสิ่งมีชีวิต)
เพื่อสังเกตการตอบสนองของไอออนของโลหะต่อความสามารถในการปรับตัวของมนุษย์ เราได้ดำเนินการวิธีการประเมินความสามารถในการปรับตัวของเซลล์ในห้องปฏิบัติการโดยใช้เซลล์ที่ไวต่อไอออนของโลหะ เช่น ไฟโบรบลาสต์ของปอดของหนู (เซลล์ V79) และเนื้อเยื่อไฟโบรบลาสต์ของหนู (เซลล์ I929) ซึ่งใช้สำหรับ การทดลองทางการแพทย์ในประเทศจีน และหน่วยงานบริหารอิสระ (คณะกรรมการด้านเทคนิคสำหรับการกำหนดมาตรฐานการประเมินทางชีวภาพของอุปกรณ์การแพทย์) เราแยกความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาของไอออนโมโนเมอร์ที่เป็นธาตุต่อร่างกายมนุษย์ (สิ่งมีชีวิต) ที่จัดทำโดยฐานทางเทคนิคเพื่อการประเมินชีววิทยาอุปกรณ์การแพทย์ (คณะกรรมการด้านเทคนิคมาตรฐานสำหรับการประเมินทางชีวภาพของอุปกรณ์การแพทย์)
วานาเดียม (V) นิกเกิล (Ni) ทองแดง (Cu) ฯลฯ ซึ่งมีพิษสูง ทำให้เซลล์ตายภายในระยะเวลาอันสั้นด้วยระดับที่จำกัดต่อล้านส่วน (×10-6) ในกรณีของวานาเดียม (V) และนิกเกิล (N) ผลลัพธ์ของการทดลองกับเซลล์ V79 จะแสดงในรูป ผลการทดสอบการแช่หนึ่งสัปดาห์แสดงให้เห็นว่าเซลล์ทั้งหมดตายเมื่อนิกเกิลอยู่ที่ประมาณ 10×10-6 (pm = ส่วนในล้านส่วน) ในขณะที่วาเนเดียม (V) น้อยกว่าสองหลัก และเซลล์ทั้งหมดตายเมื่ออยู่ที่ประมาณ 0.6× 10-6. ประการที่สอง เมื่อเนื้อเยื่อแข็ง (กระดูก) และเนื้อเยื่ออ่อน (เส้นเอ็น) ของสัตว์ขนาดเล็ก เช่น หนู และกระต่าย ถูกฝังอยู่ในแผ่นโลหะเพื่อทำการทดสอบ โลหะที่มีพิษสูงเหล่านี้ทำให้เกิดเนื้อร้ายในเนื้อเยื่อแข็ง (กระดูก) และเนื้อเยื่ออ่อน (เส้นเอ็น) อย่างแน่นอน ) ในส่วนของหน้าสัมผัส

อีกกลุ่มหนึ่งที่บ่งชี้ถึงการบาดเจ็บโดยการปลูกฝังสถานะที่แนบมาในเนื้อเยื่อเส้นใยบริเวณที่สัมผัสกัน การก่อตัวของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งในร่างกายเพื่อระบายปฏิกิริยา เหล็ก อลูมิเนียม ทอง เงิน ก็มีปรากฏอยู่อย่างนี้เป็นต้น. วัสดุโลหะทั่วไป เช่น สแตนเลส SUS 304L และสแตนเลส SUS 36L รวมถึงโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียม จัดอยู่ในประเภทนี้ ชิ้นส่วนโลหะที่ฝังอยู่ในเนื้อเยื่อแข็งจะไม่หลอมรวมกับเซลล์กระดูก และเมื่อทำการทดสอบการกำจัดในอีกไม่กี่สัปดาห์ต่อมา ก็จะถูกดึงออกโดยไม่มีการต้านทาน
กลุ่มที่สามมีปฏิกิริยากับสิ่งมีชีวิตน้อยที่สุด และเหมาะสำหรับการฝังและการยึดติดของไทเทเนียม เซอร์โคเนียม ไนโอเบียม แทนทาลัม แพลทินัม และอื่นๆ เมื่อโลหะเหล่านี้ถูกฝังหรือติดอยู่กับสิ่งมีชีวิต โลหะเหล่านี้จะเกาะติดกันอย่างใกล้ชิดกับเนื้อเยื่อแข็งและอ่อน ทำให้เกิดปรากฏการณ์คล้ายร่างกาย

เป็นผลให้ไทเทเนียมเป็นโลหะที่ปลอดภัยเนื่องจากมีโอกาสน้อยที่จะทำให้เกิดการบาดเจ็บต่อสิ่งมีชีวิต เมื่อใช้โลหะผสมไททาเนียม ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไททาเนียมจะต่ำกว่าความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมบริสุทธิ์ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม และเมื่อเกิดการกัดกร่อน องค์ประกอบของโลหะผสมจะถูกชะล้างออกไป จำเป็นต้องเลือกองค์ประกอบโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนและไม่รุกราน ในโลหะผสมไทเทเนียมนั้น โลหะผสม Ti-6AI-4V ถูกนำมาใช้เป็นเวลานานในการผลิตเครื่องบินและอุปกรณ์วิศวกรรมที่ทนต่อน้ำทะเล และมีตัวอย่างการใช้งานจำนวนมาก ในวงการแพทย์ โลหะผสม ELI ซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี (มีธาตุเหล็ก ออกซิเจน และไฮโดรเจนในปริมาณต่ำ) มีการใช้งานมายาวนาน อย่างไรก็ตาม ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยและพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการฝังและการวางตำแหน่ง โลหะผสม Ti-13Nb-13Zr ได้รับมาตรฐานโดยการแทนที่วาเนเดียม (V) ด้วยไนโอเบียม (Nb) ซึ่งเป็นโลหะผสมที่ไม่เป็นอันตราย ในรายงานการก่อกลายพันธุ์ของโมโนเมอร์ (ASTM, ISO) นอกจากนี้ยังมีโลหะผสมที่กำลังคายประจุอะลูมิเนียมอยู่ ซึ่งจะเปิดตัวเร็วๆ นี้

2、วัสดุไทเทเนียมสำหรับใช้ในทางการแพทย์
มาตรฐาน ASTM ของอเมริกา (F-code) สำหรับการใช้งานทางการแพทย์เทียบเท่ากับมาตรฐานโลก และในยุโรป มาตรฐาน ISO และมาตรฐาน ASTM กำลังถูกแยกออกและรวมเข้ากับมาตรฐานยุโรป ในญี่ปุ่น เรากำลังอยู่ในกระบวนการรวมมาตรฐานภายในประเทศ และเริ่มกำหนดมาตรฐานตามมาตรฐาน ISO โดยการรวมมาตรฐานที่สอดคล้องกับมาตรฐาน ASTM และ ISO
วัสดุไทเทเนียมที่ระบุในมาตรฐาน ASTM สำหรับการปลูกถ่ายและสิ่งที่แนบมา เช่น ข้อเข่าเทียมและข้อสะโพก (รวมถึงหัวกระดูกต้นขา) จะแสดงรายการตามรูปร่าง เป็นเวลานานแล้วที่ไททาเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสม Ti-6AI-4V รวมถึงวัสดุที่เป็นผง ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่มีรูปทรงต่างๆ

3、การใช้งานไทเทเนียมทางการแพทย์
ไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในชิ้นส่วนจำนวนมาก เช่น ข้อเข่าเทียม ข้อเข่าเทียม และเฝือกกระดูก และยังใช้ในการผ่าตัดกระดูกอีกด้วย โดยทำให้ข้ออักเสบเปลี่ยนรูป โรคไขข้ออักเสบ [อ่านว่า Rumatism แปลว่า ข้อรุนแรง ปวดเอ็น แต่รวมถึงโรคภูมิแพ้ด้วย – หมายเหตุผู้แปล] และสาเหตุอื่น ๆ ของอาการปวดรุนแรงส่งผลให้เดินลำบากจะป่วยเป็นโรคนี้ ผู้ป่วย ผู้ป่วย ผู้ที่ทุกข์ทรมานจากภาวะนี้จะได้รับข้อเทียมเทียมและการเปลี่ยนข้อเข่าเทียม ซึ่งสามารถขจัดความเจ็บปวดและสามารถเดินได้ ในญี่ปุ่น มีการเปลี่ยนข้อต้นขา 80,000 ครั้งและการเปลี่ยนข้อเข่า 40,000 ครั้งในปีเดียว (สถิติปี 2005) ในอนาคตเมื่อสังคมมีอายุมากขึ้น คาดว่าความต้องการข้อต่อเทียมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ไทเทเนียมไม่เหมาะกับชิ้นส่วนข้อต่อเทียมทั้งหมด ในส่วนของข้อต่อซึ่งมีการเคลื่อนไหวมาก ไททาเนียมไม่เหมาะสมเนื่องจากสึกหรอง่าย (ควรใช้เซรามิกและโคบอลต์อัลลอยด์) และไททาเนียมอัลลอยด์ใช้สำหรับชิ้นส่วนที่ฝังไว้ พื้นผิวของโลหะผสมไทเทเนียมไม่เรียบและเคลือบด้วยอะพาไทต์และวัสดุที่ไวต่อกระดูก เช่น แก้วชีวภาพ เพื่อให้แน่ใจว่าจะรวมเข้ากับกระดูกทางชีวภาพได้ตั้งแต่เนิ่นๆ นอกจากนี้สำหรับการตรึงการแตกหักจะใช้ตะปูภายในไขกระดูกโลหะผสมไทเทเนียมและแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม

นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในสาขาทันตกรรมซึ่งมีการใช้รากฟันเทียมและสิ่งที่แนบมา ไทเทเนียมใช้ในปริมาณน้อย แต่มีโลหะผสมไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมบริสุทธิ์ในรูปแบบแผ่น เกลียว ซ็อก และตะกร้า ดังแสดงในรูป ชิ้นส่วนเหล่านี้ถูกผลักเข้าไปในกระดูกขากรรไกรโดยตรงและเคลือบด้วยอะพาไทต์ซึ่งเป็นตัวแทนขององค์ประกอบของกระดูก เพื่อติดไว้ที่บริเวณเหงือกของฟัน ไทเทเนียมเหมาะสำหรับการฝังรากฟันเทียมโลหะในงานทันตกรรมทั่วไป มีสองวิธี ได้แก่ วิธีการหล่อแบบแม่นยำ และวิธีการขึ้นรูปซูเปอร์พลาสติก ซึ่งมีน้ำหนักเบากว่าและไม่มีรสชาติแย่กับอาหารที่เป็นกรดเมื่อเทียบกับโลหะผสมโคบอลต์และโครเมียมรุ่นก่อน ๆ แต่เนื่องจากการใช้ไทเทเนียมไม่ครอบคลุมถึง ประกันสุขภาพและค่ารักษามีราคาที่แพงกว่า

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์เสริมสำหรับอายุรศาสตร์ เครื่องกระตุ้นหัวใจสามารถปลูกฝังได้เมื่อผู้ป่วยทนทุกข์ทรมานจากอัตราการเต้นของหัวใจต่ำ สายอิเล็กโทรดถูกเสียบจากหลอดเลือดดำใต้กระดูกไหปลาร้าไปยังหัวใจ และอิเล็กโทรดนี้จะส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ไปยังเครื่องกระตุ้นหัวใจ ทำให้เป็นเครื่องกระตุ้นหัวใจ ล่าสุด เครื่องกระตุ้นหัวใจได้รับการพัฒนาให้มีมวล 20 กรัม และความหนา 6 มม. ซึ่งมีขนาดเล็กพอที่จะเชื่อมต่อกับลวดอิเล็กโทรดและฝังไว้ใต้ผิวหนัง แบตเตอรี่และวงจรควบคุมบรรจุอยู่ในภาชนะขนาดเล็ก (ล็อกเก็ต) ที่ทำจากไทเทเนียมบริสุทธิ์ ซึ่งไม่รุกรานสิ่งมีชีวิต แบตเตอรี่ต้องมีอายุการใช้งานอย่างน้อย 6 ปี ดังนั้นภาชนะ (ล็อกเก็ต) จึงต้องมีเสถียรภาพและปลอดภัยเป็นเวลานาน ปัจจุบันมีผู้ได้รับประโยชน์เกือบ 5,000 คนในญี่ปุ่น

ไทเทเนียมยังใช้ในเครื่องมือผ่าตัดอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการผ่าตัดสมองและระบบประสาทที่กินเวลานานกว่า 10 ชั่วโมง คีมจะต้องมีน้ำหนักเบา และผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมก็ใช้สำหรับคีมห้ามเลือดและสิ่งที่คล้ายกัน ไทเทเนียมยังใช้ในเครื่องมือรักษาทางทันตกรรมหลายชนิด เช่น รากฟันเทียม เครื่องมือผ่าตัดสำหรับการยึดติด และเครื่องสั่นเพื่อขจัดคราบหินปูน นอกเหนือจากการฝังและการยึดติด เช่น อุปกรณ์เสริมและรถเข็นแล้ว ยังใช้ไทเทเนียมอีกด้วย เมื่อส่วนหนึ่งของแขนขาหายไปเนื่องจากการเจ็บป่วยหรืออุบัติเหตุ จะมีการทำขาเทียมขึ้นเพื่อฟื้นฟูการทำงาน และเนื่องจากส่วนหลักของขาเทียมนั้นทำจากโลหะ จึงถูกนำมาใช้ในแง่ของความเบา ความทนทาน (การกัดกร่อนและการกัดกร่อนเป็นหลัก) ความต้านทานต่อความเหนื่อยล้า) และความเข้ากันได้กับสิ่งมีชีวิต (Ni, Cr ฯลฯ ) ในกรณีของเก้าอี้รถเข็น เป้าหมายหลักคือการทำให้รถเข็นทั้งหมดมีน้ำหนักเบาขึ้น ดังนั้นในบางกรณี ไทเทเนียมจึงถูกนำมาใช้กับชิ้นส่วนโลหะเกือบทั้งหมดในโครงสร้าง เช่น โครงและล้อ