Биомедицински материјали и апликации од легура на титаниум
Биомедицинските материјали од легура на титаниум конкретно се однесуваат на еден вид функционални структурни материјали што се користат во биомедицинскиот инженеринг, посебно за производство и производство на хируршки импланти и производи за ортопедски помагала. Производството и подготовката на материјали за обработка на легура на титаниум ги вклучува полињата на металургијата, обработката под притисок, композитните материјали и хемиската индустрија и е признат високотехнолошки производ во светот. Титаниумот и легурите на титаниум постепено навлегоа во полето на цивилна потрошувачка од полето на воздушната, авијацијата и националната одбрана. Производи како што се импланти и медицински помагала во медицинската и здравствената индустрија; титаниумски голф клубови во спортската и рекреативната индустрија, како и рамки за очила од титаниум, часовници од титаниум, велосипеди од титаниум и други производи, побарувачката за преработени материјали од титаниум постојано се зголемува. Со енергичниот развој и откритијата на биотехнологијата, индустријата за биомедицински метални материјали и производи ќе се развие во стожерна индустрија на светската економија. Меѓу нив, титаниумот и неговите легури доживеаја брз и постојан раст на побарувачката во последниве години поради нивните одлични сеопфатни својства како што се лесни, низок модул на еластичност, нетоксични и немагнетни, отпорност на корозија, висока јачина и добра цврстина. Во исто време, како што легурите на титаниум почнуваат да навлегуваат во пластичната хирургија и во други области, се појавуваат нови потенцијални барања на пазарот, а пазарот на легури на титаниум ќе расте побрзо во иднина.
Напредокот на истражувањето на медицинските легури на титаниум
1.1 Класификација на медицински легури на титаниум
Легурите на титаниум можат да се поделат во три категории според видот на микроструктурата на материјалот: α тип, α+β тип и легура на титаниум β тип.
1.2 Тренд на развој на медицински легури на титаниум
По литературни истражувања, беше откриено дека релевантните истражувачи дома и во странство едногласно веруваат дека развојот на медицински легури на титаниум помина низ три иконски фази. Првата фаза е претставена со чист титаниум и легура Ti-6Al-4V; втората фаза е претставена со Ti Нови α+β легури претставени со -5A1-2.5Fe и Ti-6A1-7Nb; третата фаза е главната фаза на развој и развој на β-титаниумски легури со подобра биокомпатибилност и помал модул на еластичност. Идеален биомедицински материјали од легура на титаниум мора да ги исполнува следните услови: добра биокомпатибилност, низок модул на еластичност, мала густина, добри антикорозивни својства, нетоксични, висока јачина на принос, долг век на замор и голема пластичност на собна температура. , лесно се формираат, лесно се леат итн. Важните легури кои се широко користени во материјалите за имплантација се Ti-6A1-4V и Ti-6A1-4VELI. Во литературата има извештаи дека елементот V може да предизвика малигни ткивни реакции и може да има токсични несакани ефекти врз човечкото тело, додека Ал може да предизвика остеопороза и ментални нарушувања. За да се реши овој проблем, научниците за биоматеријали во моментов се посветени на истражување и истражување на нови биомедицински материјали од легура на титаниум без V, пред тоа, неопходно е да се открие какви елементи од легура се погодни да се додадат кои се и нетоксични и биокомпатибилни . Студиите покажаа дека легурите на β-титаниум кои содржат нетоксични елементи како што се молибден, ниобиум, тантал и циркониум содржат поголема содржина на β-стабилизирачки елементи и имаат помал модул на еластичност (E=55~80GPa) и подобри перформанси на смолкнување и цврстина, попогодна е за имплантација во човечкото тело како имплант.
Примени на легури на титаниум
2.1 Медицинска основа на легури на титаниум
Главните предности од користењето на титаниум и легури на титаниум како човечки импланти се: (1) Густина (20°C) = 4.5 g/cm3 и лесна тежина. Вграден во човечкото тело: намалување на оптоварувањето на човечкото тело; како медицински уред: намалете го оперативниот товар на медицинскиот персонал. (2) Еластичниот модул е низок, а чистиот титаниум е 108500 MPa. Кога се вградува во човечкото тело: таа е поблиску до природната коска на човечкото тело, што е погодно за калемење на коските и го намалува ефектот на заштита од стрес на коската на имплантот. (3) Немагнетни, не под влијание на електромагнетни полиња и грмотевици, што е корисно за безбедноста на луѓето по употреба. (4) Не е токсичен и нема токсични или несакани ефекти врз човечкото тело како имплант. (5) Отпорност на корозија (биолошки инертен метален материјал). Има одлична отпорност на корозија во околината за потопување на човечка крв и обезбедува добра компатибилност со човечката крв и клеточните ткива. Како имплант, тој не произведува човечко загадување и не е штетен за човечкото тело. Ќе се појават алергиски реакции, што е основен услов за примена на титаниум и легури на титаниум. (6) Висока јачина и добра цврстина. Оштетување на коските и зглобовите поради траума, тумори и други фактори. За да се воспостави стабилно коскено скеле, мора да се користат лачни плочи, завртки, вештачки коски, зглобови итн. Овие импланти мора да се остават на место долго време. човечкото тело ќе биде предмет на свиткување, извртување, стискање, мускулна контракција и други ефекти на човечкото тело, барајќи импланти да имаат висока јачина и цврстина.
2.2 Медицински и ортопедски полиња на легури на титаниум
Состојба на пазарот Со развојот на легурите на титаниум, зголемувањето на сортите на титаниумски материјали и намалувањето на цените, примената на титаниум во цивилната индустрија се удвои. CFDA ги дели медицинските уреди на три нивоа според нивната безбедност од високо до ниско, а тие се надгледувани и управувани од трите нивоа на власт, соодветно. Имплантите направени од материјали од титаниум и легура на титаниум припаѓаат на третата категорија медицински помагала и се потрошен материјал со висока вредност. Потсекторите кои сочинуваат повеќе од 5% од пазарот вклучуваат шест главни сегменти: ин витро дијагностика, кардиологија, дијагностичко снимање, ортопедија, офталмологија и пластична хирургија. Меѓу нив, ин витро дијагностика, ортопедија и срцева интервенција се најбрзорастечките потрошни материјали со висока вредност во Кина. Примената на биомедицинскиот титаниум и неговите легирани материјали помина низ три култни фази: Почетна примена Во раните 1950-ти, прво во Обединетото Кралство и САД, комерцијално чист титаниум се користеше за производство на коскени плочи, завртки, интрамедуларни нокти и колкови. зглобовите. Швајцарската компанија Mathys, исто така, користи легура Ti-6A1-7Nb за производство на непроширени системи за заклучување интрамедуларни нокти (вклучувајќи тибија, хумерус и бедрената коска) и шупливи завртки за третман на фрактури на коските на вратот на бедрената коска. Порозен биоактивен материјал од легура на Ni-Ti (PNT) се користи за производство на цервикални и лумбални интервертебрални фузиони кафези (Кејџ). Канадската компанија BIORTHEX разви цервикален и лумбален интервертебрален фузија кафез изработен од порозен патентиран материјал од легура на Ni-Ti ACTIPORE G за третман на ортопедски повреди на 'рбетот. Новата легура на бета титаниум може да се користи како напреден материјал за повеќе намени како што се ортопедија, стоматологија и васкуларна интервенција. Индустријата за ортопедски медицински помагала учествува со 9% од глобалниот пазар на медицински помагала и сè уште рапидно расте. Пазарот на ортопедски медицински помагала е првенствено сегментиран во четири области: траума, зглобови, 'рбет и други. Меѓу нив, траумата е единствениот сегмент кој моментално нема поголем пазарен удел што го заземаат странските компании. Главната причина е што производите од оваа област имаат ниска техничка содржина, лесно се имитираат и се помалку тешки за работа. Тие можат да се вршат во многу болници од втор и трет степен, а странските компании не можат целосно да ги покријат. Производите за траума може да се поделат на уреди за внатрешна и надворешна фиксација. Производите за траума за внатрешна фиксација вклучуваат интрамедуларни нокти, коскени плочи, завртки итн. Во 2012 година, траумата сочинуваше 34% од домашниот пазар на ортопедија, зглобовите 28%, 'рбетот 20% и други. 18%. Големите зглобови се висококвалитетни медицински помагала со високи технички бариери. Во моментов, главните болници главно користат увезени ортопедски материјали. Сè уште постои јаз меѓу домашните и увезените производи во однос на технологијата, дизајнот, истражувањето и развојот, материјалите, процесите на површинска обработка итн. Вештачките зглобови главно се поделени на вештачки колена, колкови, лакти, рамења, зглобови на прстите и нозете итн. Меѓу нив, најважните замени на зглобови ги вклучуваат зглобовите на колкот и коленото, кои заедно сочинуваат повеќе од 95% од глобалниот пазар за замена на зглобови. Уредите за 'рбетниот имплант вклучуваат системи на тораколумбални нокти, системи за нокти на цервикалниот 'рбет и системи за фузија кафез, меѓу кои системот на интервертебрален кафез главно се користи за третман за замена на интервертебралните дискови и е исто така најважниот сегмент, кој го опфаќа приближно целиот пазар на спинални импланти . половина од.
Заклучок
Супериорните својства на легурите на титаниум придонесоа за нејзината водечка позиција во медицинското поле. Технологијата за дизајнирање на материјали и подготовка на легури на титаниум брзо се разви со откритијата во биотехнологијата и големата побарувачка за медицински апликации. На медицински легури на титаниум во моментов се произведуваат главно легури на титаниум од α+β тип. Од гледна точка на технологијата на подготовка, производството на TC4 (TC4ELI) моментално го зазема главниот удел на пазарот. Легурата на титаниум од β-тип има одредени предности во биокомпатибилноста и механичката компатибилност, така што стана жариште за истражување за нови медицински легури на титаниум и е најпотенцијалната технологија во областа на медицинските импланти. Во иднина, технологијата на производство на легури на титаниум треба да се развива во насока на низок модул, висока јачина, добра биокомпатибилност и механичка компатибилност. Од гледна точка на развојните трендови, легурите на титаниум од β-тип ќе станат идната развојна насока и главниот тек на пазарот за медицински легури на титаниум.
