Medicīniskai lietošanai titāns
Kas ir titāns?
Titāna materiāli ikdienā tiek izmantoti jau ilgu laiku. 20. gadsimta 30. gadi bija mūsdienu biomedicīnas funkcionālo materiālu sākums. Sākotnēji nerūsējošais tērauds tika izstrādāts izmantošanai medicīnā un implantu lietojumos. Otrais materiāls ir sakausējums, kas izgatavots no kobalta. Titāns un tā sakausējums kļuva par jaunākās paaudzes metālisko biomateriālu ap 1960. gadiem. Kopš tā neaizmirstamākā izskata titāns ir attēlots kā brīnummetāls, un tas ir saņēmis plašus apsvērumus.
Kāpēc titāns ir tik unikāls?
Titānsir pārejas metāls, kam ir augsta izturība un zems blīvums. Dažādos apstākļos tas ir izturīgs pret koroziju. Jo īpaši titāns ir latents un izturīgs pret ķermeņa šķidrumu un audiem. Tie ir iespējamā bioloģiskā saderība un patēriņa šķēršļi. Tās ir būtiskas prasības lietošanai medicīnā.
Titāna, nerūsējošā tērauda un kobalta sakausējuma pamatīpašības ir izklāstītas 1. tabulā. Mazākais blīvums ir 4,51 g/cm-3 titānam, savukārt lielākais blīvums ir 8 g/cm-3 titānam. nerūsējošais tērauds. Titānam ir daudz augstāka stiprības un blīvuma attiecība – 76 kNm/kg ar tādu pašu stiepes izturību. Ar izturību/blīvumu 63 kNm/kg tas ir par 20 procentiem stiprāks nekā nerūsējošais tērauds. Titāna elastības moduļa vērtība ir tikai puse no kobalta sakausējuma un parastā nerūsējošā tērauda. Tas ievērojami vairāk atgādina cilvēka kaulu. Turklāt titānam ir zema siltuma izplešanās un vadītspēja, tāpēc tas nav feromagnētisks.
Titānam un tā kompozītmateriālam ir visnoderīgākās īpašības, kas padara tos par milzīgu rezultātu muskuļu veselībai, ieliktņiem un rūpīgajiem instrumentu laukiem. Baoji pilsētas Changsheng titāna co. ltd ir titāna un Cu-Ni metāla dzirnavu un gatavo produktu ražotājs un piegādātājs visplašākajā kategoriju, izmēru un frēzēšanas produktu klāstā.
Zemākās cenas un augstākos inženiertehniskos standartus metāliem tirgū piedāvā baoji city Changsheng titanium co. ltd, kas atrodas Ķīnas titāna ražošanas centrā. Pārliecinoties, ka mēs nevaram būt labāki par izmaksām un kvalitāti, esam iesnieguši mūsu izmaksu garantiju. Titāns ir titāna un CuNi dzirnavu un gatavo produktu piegādātāju iecienītākā izvēle visā pasaulē.
Kāds ir titāna blīvums?
Tā kā to ir grūtāk iegūt, titāna metāls nav tik pieņemams kā dzelzs, tāpēc tā pielietojumi parasti ir specializēti. Titāna metāla īpašības ir ārkārtīgi vērtīgas. Līdzīgi kā alumīnijs, tas veido plānu aizsargājošu oksīda slāni, lai novērstu koroziju, padarot to praktiski inertu. Tā kā tā blīvums ir 4,5 grami uz cm3, kas ir ievērojami mazāks nekā dzelzs, titāna sakausējumi ir svarīgi aviācijas un kosmosa rūpniecībā. To izmantoja, lai izgatavotu daudz SR-71 Blackbird, kas bija pasaulē ātrākais pilotējamais lidaparāts. To izmantoja arī lielu pasažieru lidmašīnu, piemēram, Airbus un 747, dzinēju un korpusu izgatavošanai.
Tā kā šis metāls ir noturīgs pret jūras ūdeni, to izmanto jūrniecībā, piemēram, dzenskrūves vārpstās. Runā arī, ka krievi to izmantojuši zemūdeņu būvēšanai. Titāns nav indīgs, un organisms to neizdala. Tā kā tas savienojas arī ar kauliem, tas ir izmantots tādās ķirurģiskās procedūrās kā zobu implanti un locītavu protezēšana, īpaši gūžas locītavās.
Kāpēc titānu izmanto implantiem?
Zobu implantu tirgus, kura vērtība visā pasaulē tiek lēsta aptuveni USD 4,6 miljardu vērtībā, pavēra iespēju atjaunot pacienta zobu veselību un funkcijas [6]. Pateicoties to bioloģiskajai saderībai un zemajām izmaksām, titāna implanti ir tirgū visbiežāk izmantotais materiāls.
Titāns ir bioinerts materiāls, kas praktiski neizraisa kaitīgu ietekmi uz aptverošajiem audiem. Tomēr, neskatoties uz materiāla vairāku raksturīgo priekšrocību aprakstu, tas nespēj labi integrēties ar kaulu un smaganu audiem bez atbilstošas virsmas apstrādes, kas var izraisīt implanta atteici. Slikta osseointegrācija ir šo neveiksmju cēlonis, kas ietekmē implanta stabilitāti kaulā un var izraisīt infekciju un iekaisuma procesu attīstību periimplanta telpā [7]. Lai mazinātu šīs problēmas, tiek pētītas dažādas virsmas apstrādes metodes, lai novērstu kaitīgu baktēriju bioplēvju veidošanos un uzlabotu osseointegrāciju. Nanotehnoloģijas ir radījušas pozitīvus rezultātus zobārstniecībā, sniedzot iespēju piegādāt virsmas ar noteiktu ģeogrāfiju un sintētisko gabalu, lai strādātu pie materiālu bioloģiski saderīgām īpašībām.
Vai ķirurģiskais titāns ir magnētisks?
Metāla implanti ir īpaši neaizsargāti pret implantu migrācijas un radiofrekvenču (RF) izraisītas karsēšanas riskiem, kas abi var kaitēt apkārtējiem audiem, jo MRI aparāti izmanto spēcīgus magnētus [11].
Saskaņā ar pētījumiem implantus, kas ir droši piestiprināti pie kaula, neietekmē MRI izraisīta pārvietošanās [1,12]. Ņemot vērā nepārtraukto izmeklējumu trūkumu, rentgena starojums nav ieteicams tūlītējā pēcoperācijas periodā pacientiem ar neiesaistītiem iegulumiem, piemēram, cirtas, kanāliem un stentiem [6]. Tā kā implanta virpuļstrāvas ir paralēlas skenera statiskajam magnētiskajam laukam, RF sildīšana teorētiski ir iespējama. Jebkurā gadījumā visi partneru pētījumi ir atklājuši, ka šīs temperatūras izmaiņas nav svarīgas, parādot, ka bažas par RF sasilšanas radīto kaitējumu audiem ir nepamatotas.
Attēlu artefakti, ko izraisa metāla implanti, var izraisīt nepareizu rezultātu interpretāciju. Optimizējot skenēšanas parametrus un pārveidojot magnētiskās rezonanses impulsu secības, tehnoloģiskie sasniegumi var samazināt attēla kropļojumus. Ārstiem ir jāņem vērā attēlveidošanas priekšrocības, kā arī implantu izraisītas attēla kropļošanas iespēja, lemjot par to, vai pacientiem veikt MRI.
MRI magnētiskais lauks neietekmē titānu, jo tas ir paramagnētisks materiāls. MRI var droši lietot pacientiem, kuriem ir implanti, jo pastāv ļoti zems implantu izraisītu komplikāciju risks. Tomēr sakausējumi tiek izmantoti, lai izgatavotu titāna plāksnes, kuras izmanto galvaskausa un sejas zonā. Tā kā MRI ietekmi ietekmē sakausējuma sastāvdaļu proporcija, ir nepieciešami precīzāki pētījumi.
Viltots savienojums un klīniskais iegults
Kopējais iedzīvotāju skaits progresē gados. Mēs vēlamies dzīvot ilgāk un šodien dzīvot ļoti aktīvu dzīvi. Ar sportu, satiksmi saistīti un cita veida negadījumi izraisa traumas. Skaidrs, ka interese par viltotām šuvēm turpina attīstīties. Titānu un tā kompozītmateriālus parasti izmanto iegulto ierīču ražošanai, piemēram, kaulu plāksnes, skrūves lūzumu fiksēšanai, sirds vārstuļu protēzes, elektrokardiostimulatori un mākslīgās sirdis ir mākslīgo locītavu piemēri. Vairāk nekā 100 miljoni pacientu visā pasaulē katru gadu saņem aizstājterapiju, un pacientu ķermenī tiek ievadīta vairāk nekā 1,000 tonna titāna.
Šie metāla implanti ir mehāniski jāveido noteiktā veidā, lai lietošanas laikā saglabātu savas funkcijas. Ikdienas aktivitāšu laikā mēs saliecam, griežam, saspiežam un savelkam muskuļus. Ja šīs mākslīgās daļas tiek pakļautas lielai noguruma, nobrāzuma un trieciena iedarbībai, tās nedrīkst bojāties. Titāns ir par 50 procentiem vieglāks nekā nerūsējošais tērauds, un tā stiprības un blīvuma attiecība ir par 20 procentiem augstāka. Tas ir stiprāks un vieglāks. Tajā brīdī, kad tas iestrādās cilvēka ķermenī, tas samazinās ķermeņa slodzi. Pacienti varēs brīvāk pārvietoties. Starp mākslīgo daļu un cilvēka ķermeni būs spriedze. Elastības moduļa neatbilstība izraisa tā saukto saskarnes spriegumu. No 1. tabulas redzams, ka starp šiem trim materiāliem titānam ir vismazākais elastīgais modulis. Titāna implants un cilvēka kauls ir daudz mehāniski saderīgāki.
Fizioloģiski ķermenis noraida nepazīstamas daļas. Pēc implanta operācijas bieži rodas klīnisks iekaisums, apsārtums un nieze, ja nerūsējošo tēraudu un sakausējumu izmanto kā biomateriālus. Titāns un tā sakausējumi ir labi pazīstami ar savu bioloģisko inerci. Tie ir ārkārtīgi izturīgi pret koroziju cilvēka asins iegremdēšanas vidē. Tas kopumā labi iebilst pret cilvēka asinīm un šūnu audiem, garantējot lielu līdzību. Praktiski nav piesārņojuma un nelabvēlīgi jutīgas reakcijas, kas ārkārtīgi iedarbojas uz pacientu atveseļošanos. Uz to ir balstīti daudzi titāna lietojumi.
Pateicoties tā izcilajai bioloģiskajai saderībai, komerciāli tīrs titāns (Cp Ti) parasti tiek uzskatīts par labāko kandidātu. Tomēr ELI sakausējumi Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr un Ti{ {6}}Al-4V tiek plaši izmantots arī medicīniskajos implantos. Apskatiet mūsu vietni, lai jautātu par mūsu dažādajām precēm!
Ortopēdijas aprīkojums Kaulu deformāciju ārstēšana ir ortopēdijas galvenā uzmanība. Lai palīdzētu savītajam ķermenim atgriezties normālā stāvoklī, ir nepieciešams ārējs spēks. Muskuļu veselības aparatūrai ir jāsniedz stabils atbalsts un jāatgādina pareizais ķermeņa stāvoklis. Izņemot nodiluma šķēršļus un erozijas pretestību, šeit gaidāmā jaunā īpašība ir formas atmiņa. Formas atmiņas sakausējumiem, kas izgatavoti no titāna un niķeļa, ir gan augsta izturība, gan atmiņas īpašības. Ti-Ni sakausējumu pašlaik izmanto, lai izgatavotu parastās kaulu plāksnes, intramedulāros nagus, apakšžokļa iekšējo fiksāciju, skoliozes korekciju un citas līdzīgas ierīces.
Zobu implantiem ir savas atšķirīgās īpašības. Ir trīs zobu iegulšanas veidi: zigomatiskais, osseointegrētais un mini implants ortodontiskajam stiprinājumam. Titāns ir izmantots kā kroņi, kroņa naglas, fiksēti laidumi, porcelāna laidumi, cementa laidumi, zobu nomaiņas turēšanas gredzeni, pamatnes, saskarnes ierīces un stiprināšanas ierīces. Titāns ir izmantots, lai segtu gandrīz visas protēžu metāla sastāvdaļas.
Sāksim ar standarta osseointegrāciju. Ārsts vispirms ievietos "sakni" vai "sēklu" žokļa kaulā. Pēc tam, kad zobs nogulsnējas, zoba virsbūve savienosies ar iegulto. Pēc tam virs tā izveidosies jauns zobs. Šeit ir kontrasts starp klīnisko un zobārstniecības iegulšanu. Medicīniskais implants ir vai nu "līme" vai "skrūve", ko izmanto, lai savienotu salauztus cietos audus, vai bojātu cieto audu aizstājējs. Jebkurā gadījumā zobu iegulšana palīdzēja jaunam dizainam izstrādāt. Cik intriģējoši!
Šī "vienkāršā" procedūra prasa izcilas termiskās un bioloģiskās saderības īpašības. Dzerot zupu un ēdot saldētu jogurtu, cilvēki jutīsies karsti un vēsi, taču šīs sajūtas nāk no mutes, nevis no zobiem. Nebūs nekādas stimulācijas par veselīguzobiem.
Karsējot titāns izplešas ļoti maz. Brīdī, kad titāna bāzes iegults tiek izmantots kā "sakne", tas neaugs un nesaruks indivīda mutē. Nesen ierāmētais zobs paliks tur, kur tam vajadzētu būt. Titāna siltumvadītspēja ir tikai viena piektā daļa no nerūsējošā tērauda, viena trešdaļa alumīnija un puse no vara. Ja to izmantos kā kroni, tas nepieķersies īsto zobu struktūrai. Zobu mīkstumu var pasargāt no karstuma un aukstuma stimulācijas ar titānu.
Precīza titāna liešana tiek izmantota zobārstniecībā, jo tam ir augsta izmēru precizitāte, tas nesaraujas un neveidojas burbuļi. Pašlaik 4 finansiāli nesastrādāts titāns (Cp Ti) ir unikāli izmantoti zobu iegulšanai. Tie svārstās no ASTM pakāpes no 1 līdz 4. Visiem tiem ir zema elektroniskās vadītspējas pakāpe, augsta erozijas pretestība, termodinamiskais stāvoklis pie fizioloģiskajām pH vērtībām, zema daļiņu izvietojuma tendence šķidruma apstākļos un 5-6 oksīda izoelektriskais punkts.
Tīrība samazinās un stiprība palielinās starp 1. un 4. pakāpi. 2. pakāpes titāns ir vispazīstamākā zvaigzne zobārstniecībā. Tam ir mazākā tecēšanas robeža 275 MPa, kas ir līdzvērtīga rūdītam austenīta rūdītam tēraudam. Ja nepieciešama lielāka izturība, var izmantot arī titāna kombināciju. Dažādos kontekstos tiek izmantoti arī citi sakausējumi, piemēram, Ti-6Al-4V.
Ķirurģiskie instrumenti
Pirmās paaudzes ķirurģiskie instrumenti tika izgatavoti no oglekļa tērauda, taču to veiktspēja nebija līdzvērtīga klīniskai lietošanai pēc galvanizācijas. Bieži noved pie infekcijas. Otrās paaudzes nerūsējošais tērauds ir austenīts, bet hroma saturs ir toksisks un tam ir zināma ietekme uz ķermeni.
Mehāniskās īpašības un elastība ir pirmās lietas, kas jāņem vērā, izgatavojot ķirurģiskos instrumentus. Metāla prioritāte ir īpaša elastība, lai neatpaliktu no nepieciešamās formas, nepadodoties. Skalpeļi, pincetes un šķēres ir garu un plānu pamata ķirurģisko instrumentu piemēri. Instrumentam ir nepieciešams zināms spēks, lai tas darbotos droši. Tiem jābūt pietiekami intensīviem un tie nedrīkst salūzt medicīniskās procedūras laikā. Ķirurģijas instrumentiem minimālais nepieciešamais modulis ir 100 GPa. Titāna modulis ir 116 GPa.
Medicīnisko procedūru laikā instrumenti tiek tieši parādīti dzīviem audiem. Nepieciešama izturība pret koroziju, bioloģiskā saderība un magnētiskās īpašības. Titāns nav indīgs cilvēka audiem. Tas neizraisīs nekādu neuzņēmīgu reakciju. Operāciju zālē laiku pa laikam rodas magnētiskie lauki. Piemēram, rentgena starojums rada pievilcīgu lauku aptuveni 1,5 teslas. Šis pievilcīgais lauks var dažādos veidos ietekmēt rūpīgus instrumentus, tostarp: kaitīgu kustību, ko izraisa magnētisko lauku mijiedarbība (raķetes efekts), instrumenta siltumu, ko rada radiofrekvences (RF) jaudas nogulsnēšanās, un ar instrumentiem saistītā fotogrāfija. nepievilcīga, uzticama darbības labklājība. Tā kā tas nav magnētisks, tas arī novērš iespēju nodarīt kaitējumu trauslajiem elektroniskajiem implantiem.
Sterilizāciju pēc operācijas veic ar karsta tvaika smidzinātāju augstā temperatūrā. Mikrobu un slimību tīrīšanai tiek izmantoti dažādi tīrīšanas līdzekļi. Instrumenta izmērs un virsmas kvalitāte nedrīkst mainīties pēc atkārtotas tīrīšanas. Turklāt bojājumiem jābūt maziem. Katru reizi, kad ķirurgs izmanto instrumentu, viņam tas ir nepieciešams, lai tas darbotos pareizi. Titāna un titāna sakausējumu izturība pret koroziju ir lieliska. Visbeidzot, titāna mazais svars padara to ideāli piemērotu mikroķirurģijai. Darba temperatūra var svārstīties no 150 līdz 500 grādiem pēc Celsija. Ķirurga nogurumu var samazināt, izmantojot vieglus ķirurģiskos instrumentus, īpaši ilgstošām procedūrām.
Medicīniskais titāns un titāna sakausējumi ir augstas kvalitātes metāli, ko bieži izmanto medicīnas iekārtās. Lāzera katodi, zobu urbji un knaibles bieži tiek ražoti, izmantojot titānu.
Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd. ir vadošais ražotājs un piegādātājs, kas nodrošina individualizētus risinājumus plašam lietojumu klāstam. Mēs cieši sadarbojamies ar jums katrā ražošanas procesa posmā, lai nodrošinātu, ka galaprodukts atbilst jūsu prasībām. Sazinieties ar mums vai nekavējoties pieprasiet piedāvājumu, lai uzzinātu vairāk.
Atsauces: https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9104688/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6369045/
