meditsiiniline titaan

Meditsiinilisi metallmaterjale, tuntud ka kui kirurgiliste implantaatide metallmaterjale, kasutatakse peamiselt inimkoe diagnoosimiseks, raviks ning asendamiseks või täiustamiseks. Kuigi viimase 20 aasta jooksul on metallist meditsiiniliste materjalide areng olnud suhteliselt aeglane võrreldes biomeditsiiniliste materjalidega, nagu polümeermaterjalid, komposiitmaterjalid, hübriid- ja tuletismaterjalid, on neil kõrge tugevus, hea sitkus, vastupidavus paindeväsimisele ja suurepärane töötlemisvõime. esitus. Sellel on suurepärased omadused, mida ei saa asendada paljude teiste meditsiiniliste materjalidega, ning see on kliinilises praktikas kõige laialdasemalt kasutatav kandevõimeline implantaadimaterjal. Eriti seoses metallist 3D-printimise tehnoloogia arenguga on metallist meditsiinilisi materjale laialdasemalt kasutatud. Olulisemad rakendused on: luumurdude fikseerimise plaadid, kruvid, kunstliigendid ja hambajuureimplantaadid.

Meditsiiniline titaani sulam

Meditsiiniline titaanisulam (titaanil põhinev sulam biomeditsiiniline materjal) on seni teadaolevalt üks bioloogiliselt kokkusobivamaid metalle. Alates 1940. aastatest hakati kliinilises meditsiinis järk-järgult kasutama titaani ja titaanisulameid. 1951. aastal hakkasid inimesed luuplaatide ja luukruvide tootmiseks kasutama puhast titaani. -1970-ndate keskpaigas hakati titaani ja titaanisulameid meditsiinis laialdaselt kasutama ning neist sai üks paljutõotavamaid meditsiinilisi materjale. Praegu kasutatakse titaani ja titaanisulameid peamiselt ortopeedias, eriti jäsemete luude ja koljude taastusravis, erinevate luumurdude sisemiste fiksaatorite, tehisliigeste, koljude ja kõvakesta (joonis 1), tehissüdameklappide, hammaste valmistamisel. , kummid, klambrid jne pistikupesad ja kroonid. Nende hulgas on kõige laialdasemalt kasutatav meditsiiniline titaanisulam GR5 (Ti-6A1-4V). Sulamil on toatemperatuuril kümne-beeta kahefaasiline segastruktuur ning selle tugevust ja muid mehaanilisi omadusi saab lahustöötluse ja vananemistöötlusega oluliselt parandada.

Joonis 1 Meditsiiniline titaanisulamist kolju meditsiinilise kujuga mälusulamist kardiovaskulaarne stent

Titaani ja titaanisulamite tihedus on umbes 4,5 g/cm3, mis on peaaegu poole väiksem kui roostevaba terase ja koobaltisulamitel. Tihedus on lähedane inimese kõvakoe tihedusele ning selle biosobivus, korrosioonikindlus ja väsimuskindlus on paremad kui roostevaba teras ja koobaltisulamid. See on praegu parim metallist meditsiiniline materjal. Titaani ja titaanisulamite afiinsus inimkehaga tuleneb asjaolust, et pinnal olev tihe titaanoksiidi (TiO2) passiveerimiskile võib indutseerida kaltsiumi- ja fosforiioonide ladestumist kehavedelikes, moodustades apatiiti, mis näitab teatud bioloogilist aktiivsust ja luuintegratsiooni. võime. Tugev, sobib eriti hästi luusiseseks implanteerimiseks. Titaani ja titaanisulamite puudused on madal kõvadus ja halb kulumiskindlus. Kui kulumine toimub, viib see esmalt oksiidkile hävimiseni ja seejärel satuvad kulumisosakeste korrosiooniproduktid inimkudedesse, eriti Ti-6A{{-s sisalduv mürgine vanaadium (V). 5}}V sulam põhjustab implantaadi rikke. Titaani ja titaanisulamite kulumiskindluse parandamiseks võib titaani ja titaanisulamite toodete pinda töödelda kõrgtemperatuurse ioonammooniumi või ioonimplantatsiooni tehnoloogiaga, et suurendada nende pinna kulumiskindlust. Viimastel aastatel on välja töötatud mõned uued titaanisulamid (peamiselt -tüüpi sulamid), mis kõik keskenduvad V, Al ja muude inimkehale kahjulike elementide vähendamisele ning titaanisulamite biosobivuse tõhusale parandamisele.