Titanyum alaşımlı malzemelerin insan vücuduna uyarlanabilirliği ve tıbbi kullanıma yönelik titanyum malzeme çeşitleri

Tıp alanında metal malzemelerin kullanımının insan vücuduna zararsız olması gerekmektedir. Metal korozyona uğradığında, canlı organizmaların (insan vücudu) hücresel dokularını etkileyen metal iyonlarını çözebilir, bu nedenle paslanması kolay olmayan ve korozyona karşı oldukça dirençli metal malzemelerin kullanılması gerekir, titanyum bir tür metaldir. korozyona karşı oldukça dayanıklı malzeme. Paslanmaz çelik serilerinden kobalt bazlı ve benzeri tıbbi metal malzemeler için titanyum bazlı alaşım serisititanyum ve titanyum alaşımı oranı artmaktadır. Dünya çapında tıp sektöründe kullanılan titanyum miktarı yılda 1,000 bin civarındadır.

1. Titanyumun insan vücuduna uyarlanabilirliği (titanyumun canlı organizmalarla uyumluluğu)
Metal iyonlarının insan adaptasyonuna tepkisini gözlemlemek için, fare akciğer fibroblastları (V79 hücreleri) ve fare fibroblast dokuları (I929 hücreleri) gibi metal iyonlarına duyarlı hücreleri kullanan bir laboratuvarda hücre adaptasyonu değerlendirme yöntemi gerçekleştirdik. Çin'deki tıbbi deneyler ve bağımsız bir idari organ (Tıbbi Cihazların Biyolojik Değerlendirmesinin Standardizasyonu Teknik Komitesi). Tıbbi Cihaz Biyolojisinin Değerlendirilmesi Teknik Tabanı (Tıbbi Cihazların Biyolojik Değerlendirilmesi için Standartlaştırılmış Teknik Komite) tarafından sağlanan elementel monomer iyonlarının insan vücuduna (organizmalara) verdiği reaksiyonları birbirinden ayırıyoruz.
Oldukça toksik olan vanadyum (V), nikel (Ni), bakır (Cu) vb., milyonda bir parça (×10-6) gibi sınırlı bir düzeyde kısa sürede hücre ölümüne neden olur. Örneğin vanadyum (V) ve nikel (N) durumunda, V79 hücreleri üzerinde yapılan deneyin sonuçları şekilde gösterilmiştir. Bir haftalık daldırma testinin sonuçları, nikelin 10×10-6 (pm = milyonda bir) civarındayken tüm hücrelerin öldüğünü, vanadyumun (V) iki basamak daha az olduğunu ve 0.6× civarındayken tüm hücrelerin öldüğünü gösterdi. 10-6. İkinci olarak, sıçanlar ve tavşanlar gibi küçük hayvanların sert dokuları (kemikleri) ve yumuşak dokuları (sinüsleri) test için metal levhalara gömüldüğünde, bu oldukça toksik metaller kesinlikle sert dokularda (kemiklerde) ve yumuşak dokularda (sinüslerde) nekroza neden olmuştur. ) temas kısmında.

Zararlı belirtisi olan diğer grup ise, temas yerindeki fibröz dokuya tutunma durumunun implantasyonu, bir çeşit biyolojik bedenin oluşması ve tepkimenin vücuda atılması, demir, alüminyum, altın, gümüş, vb. çok belirgindir. SUS 304L paslanmaz çelik ve SUS 36L paslanmaz çelik gibi genel metal malzemelerin yanı sıra kobalt-krom alaşımları da bu kategoriye girer. Sert dokuya gömülen metal parça kemik hücreleriyle kaynaşmaz ve birkaç hafta sonra çıkarma testi yapıldığında dirençle karşılaşılmadan çıkarılır.
Üçüncü grup canlı organizmalara karşı en az reaktif olanıdır ve titanyum, zirkonyum, niyobyum, tantal, platin vb. implantasyonu ve eklenmesi için uygundur. Bu metaller canlı organizmalara implante edildiğinde veya onlara bağlandığında, sert ve yumuşak dokulara sıkı bir şekilde bağlanarak vücuda benzer bir fenomen sergilerler.

Sonuç olarak titanyum güvenli bir metaldir çünkü canlı organizmalara zarar verme olasılığı daha düşüktür. Titanyum alaşımları kullanıldığında, kullanılan alaşım elementlerine bağlı olarak, titanyum alaşımlarının korozyon direnci saf titanyuma göre daha düşüktür ve korozyon meydana geldiğinde alaşım elementleri sızabilir. Korozyona dayanıklı ve invaziv olmayan alaşım elementlerinin seçilmesi gerekir. Titanyum alaşımlarından Ti-6AI-4V alaşımı uzun süredir uçak imalatında ve deniz suyuna dayanıklı mühendislik ekipmanlarında kullanılmakta olup, çok sayıda kullanım örneği bulunmaktadır. Tıp alanında, korozyon direnci iyi olan (düşük demir, oksijen ve hidrojen içeriği) ELI alaşımları uzun süredir kullanılmaktadır. Ancak son zamanlarda, implantasyon ve yerleştirme için titanyum alaşımlarının araştırılması ve geliştirilmesinin bir parçası olarak, Ti-13Nb-13Zr alaşımı, vanadyumun (V), zararlı olmayan bir alaşım olan niyobyum (Nb) ile değiştirilmesiyle standartlaştırılmıştır. monomerin mutajenitesi hakkındaki rapor (ASTM, ISO). Ayrıca yakında piyasaya sürülecek olan aktif olarak alüminyumu boşaltan bir alaşım da var.

2、Tıbbi kullanım için titanyum malzeme
Tıbbi kullanıma yönelik Amerikan ASTM standardı (F-kodu) dünya standardına eşdeğerdir ve Avrupa'da ISO standardı ile ASTM standardı ayrıştırılarak Avrupa standardı altında birleştirilmektedir. Japonya'da yerli standartları konsolide etme sürecindeyiz ve ASTM ve ISO standartlarına karşılık gelen standartları konsolide ederek ISO standartlarına dayalı standartlar oluşturmaya başladık.
Yapay diz eklemleri ve kalça eklemleri (femur başları dahil) gibi implant ve ataşmanlar için ASTM standardında belirtilen titanyum malzemeler şekillerine göre listelenmektedir. Uzun bir süredir, toz halindeki malzemeler de dahil olmak üzere saf titanyum ve Ti-6AI-4V alaşımları, çeşitli şekillerde parça ve bileşenlerin yapımında kullanılıyor.

3、Tıbbi titanyum uygulamaları
Titanyum, yapay femoral eklemler, yapay diz eklemleri, kemik splintleri gibi çok sayıda parçanın yanı sıra ortopedi cerrahisinde de kullanılmaktadır. Eklem iltihabını deforme ederek Romatizma [şiddetli eklem ve tendon ağrısı anlamına gelen "Rumatizma" olarak telaffuz edilir, ancak aynı zamanda alerjik bir hastalık için de geçerlidir - Çevirmenin notu) ve yürüme güçlüğüne neden olan şiddetli ağrının diğer nedenleri, hastalar bu hastalıktan muzdarip olacaktır. Hastalar Bu durumdan muzdarip olan kişilere, ağrıyı ortadan kaldırabilen ve yürümelerine olanak tanıyan yapay uyluk eklemleri ve yapay diz protezleri verilmektedir. Japonya'da tek bir yılda 80,000 femur eklemi ve 40,000 diz protezi ameliyatı yapılıyor (2005 istatistikleri). Gelecekte toplum yaşlandıkça yapay eklemlere olan talebin büyük oranda artması bekleniyor.
Titanyum tüm yapay bağlantı parçaları için uygun değildir. Hareketin çok olduğu birleşim kısmında titanyum kolay aşındığı için uygun değildir (seramik ve kobalt alaşımları tercih edilir), implante edilen parçalar için ise titanyum alaşımları kullanılır. Titanyum alaşımlarının yüzeyi düzgün değildir ve biyolojik kemikle erken entegrasyonu sağlamak için biyocam gibi apatit ve kemiğe duyarlı malzemelerle kaplanmıştır. Ayrıca kırık tespiti için titanyum alaşımlı intramedüller çiviler ve titanyum alaşımlı plaklar kullanılmaktadır.

İmplant ve ataşmanların kullanıldığı diş hekimliği alanında da giderek artan bir trend var. Titanyum daha küçük miktarlarda kullanılır, ancak şekilde gösterildiği gibi plakalar, iplikler, yuvalar ve sepetler şeklinde titanyum alaşımları ve saf titanyum alaşımları da vardır. Bu parçalar doğrudan çene kemiğine çakılır ve dişin diş eti kısmına sabitlenmek üzere kemiğin bileşimini temsil eden apatit ile kaplanır. Titanyum genel diş hekimliğinde metal implantlar için uygundur. Hassas döküm yöntemi ve süperplastik şekillendirme yöntemi olmak üzere iki yöntemi vardır ve daha önceki kobalt ve krom alaşımlarına göre daha hafiftir ve asitli gıdalara tadı kötü değildir, ancak titanyum kullanımı standart kapsamında değildir. sağlık sigortası teşhis ve tedavisi, fiyatı daha pahalıdır.

Dahiliye için implante edilebilir bir aksesuar olarak, kalp atış hızı düşük olan bir hastada kalp pili implante edilebilir. Subklavyen damardan kalbe bir elektrot teli yerleştirilir ve bu elektrot, kalp piline elektronik bir sinyal göndererek onu kalp pili haline getirir. Son zamanlarda, bir elektrot teline bağlanıp cilt altına gömülebilecek kadar küçük, 20 gram ağırlığında ve 6 mm kalınlığında kalp pilleri geliştirildi. Pil ve kontrol devresi, canlı organizmalara zarar vermeyen, saf titanyumdan yapılmış küçük bir kapta (madalyonun) bulunur. Pilin en az 6 yıl dayanması gerekiyor, dolayısıyla kabın (madalyonun) uzun süre sağlam ve güvenli kalması gerekiyor. Şu anda Japonya'da yaklaşık 5,000 kişi yararlandı.

Titanyum ayrıca cerrahi aletlerde de kullanılır. Özellikle 10 saatten fazla süren uzun beyin ve sinir cerrahisi operasyonlarında forsepslerin hafif olması istenmekte, hemostatik forseps ve benzeri işlemler için titanyum ürünler kullanılmaktadır. Titanyum ayrıca implantlar, ataşmanlar için cerrahi aletler ve diş tartarını gidermek için vibratörler gibi birçok diş tedavi aletinde de kullanılır. İmplantasyon ve ataşmanın yanı sıra yardımcı ekipman ve tekerlekli sandalye gibi titanyum da kullanılıyor. Hastalık veya kaza nedeniyle uzvun bir kısmı kaybolduğunda, fonksiyonu yeniden kazandıracak protez yapılmakta olup, protezin ana kısmı metalden yapıldığından hafiflik, dayanıklılık (özellikle korozyon ve korozyon) açısından uygulanmaktadır. yorulma direnci) ve canlı organizmalarla uyumluluk (Ni, Cr, vb.). Tekerlekli sandalyelerde asıl amaç, tekerlekli sandalyenin tamamını daha hafif hale getirmektir, bu nedenle bazı durumlarda çerçeve ve tekerlekler gibi yapıdaki neredeyse tüm metal parçalar için titanyum kullanılır.