Materjali u applikazzjonijiet bijomediċi ta 'liga tat-titanju
Materjali bijomediċi ta 'liga tat-titanju jirreferu speċifikament għal tip ta' materjali strutturali funzjonali użati fl-inġinerija bijomedika, speċifikament għall-produzzjoni u l-manifattura ta 'impjanti kirurġiċi u prodotti ta' apparat ortopediku. Il-produzzjoni u l-preparazzjoni tal-materjali tal-ipproċessar tal-liga tat-titanju jinvolvu l-oqsma tal-metallurġija, l-ipproċessar tal-pressjoni, materjali komposti, u l-industrija kimika, u huwa prodott ta 'teknoloġija għolja rikonoxxut fid-dinja. It-titanju u l-ligi tat-titanju daħlu gradwalment fil-qasam tal-konsum ċivili mill-oqsma tal-ajruspazju, l-avjazzjoni u d-difiża nazzjonali. Prodotti bħal impjanti u apparat mediku fl-industrija medika u tas-saħħa; klabbs tal-golf tat-titanju fl-industrija tal-isports u tad-divertiment, kif ukoll frejms tan-nuċċalijiet tat-titanju, arloġġi tat-titanju, roti tat-titanju, u prodotti oħra, id-domanda għal materjali pproċessati tat-titanju qed tiżdied b'mod kostanti. Bl-iżvilupp qawwi u skoperti tal-bijoteknoloġija, l-industrija tal-materjali u l-prodotti tal-metall bijomediċi se tiżviluppa f'industrija pilastru tal-ekonomija dinjija. Fost dawn, it-titanju u l-ligi tiegħu esperjenzaw tkabbir rapidu u kostanti fid-domanda f'dawn l-aħħar snin minħabba l-proprjetajiet komprensivi eċċellenti tagħhom bħal modulu elastiku ħafif, baxx, mhux tossiku u mhux manjetiku, reżistenza għall-korrużjoni, saħħa għolja u toughness tajba. Fl-istess ħin, hekk kif il-ligi tat-titanju jibdew jidħlu fil-kirurġija plastika u f'oqsma oħra, jitfaċċaw talbiet potenzjali ġodda tas-suq, u s-suq tal-liga tat-titanju se jikber aktar malajr fil-futur.
Progress tar-riċerka tal-ligi tat-titanju mediku
1.1 Klassifikazzjoni ta 'ligi tat-titanju mediku
Ligi tat-titanju jistgħu jinqasmu fi tliet kategoriji skond it-tip ta 'mikrostruttura materjali: tip α, tip α + β, u liga tat-titanju tat-tip β.
1.2 Xejra ta 'żvilupp ta' Ligi tat-Titanju Mediku
Wara r-riċerka tal-letteratura, instab li r-riċerkaturi rilevanti fid-dar u barra minn pajjiżhom jemmnu b'mod unanimu li l-iżvilupp ta ' ligi tat-titanju mediċi għadda minn tliet stadji emblematiċi. L-ewwel stadju huwa rappreżentat minn titanju pur u liga Ti-6Al-4V; it-tieni stadju huwa rappreżentat minn Ti New α + β ligi rappreżentati minn -5A1-2.5Fe u Ti-6A1-7Nb; it-tielet stadju huwa l-istadju ewlieni tal-iżvilupp u l-iżvilupp ta 'ligi β-titanju b'bijokompatibilità aħjar u modulu elastiku aktar baxx. Ideali materjali bijomediċi ta 'liga tat-titanju għandu jissodisfa l-kundizzjonijiet li ġejjin: bijokompatibilità tajba, modulu elastiku baxx, densità baxxa, proprjetajiet tajbin kontra l-korrużjoni, mhux tossiku, saħħa ta 'rendiment għoli, ħajja twila ta' għeja, u plastikità kbira f'temperatura tal-kamra. , faċli biex tifforma, faċli biex titfa ', eċċ Il-ligi importanti li ntużaw ħafna fil-materjali tal-impjant huma Ti-6A1-4V u Ti-6A1-4VELI. Hemm rapporti fil-letteratura li l-element V jista 'jikkawża reazzjonijiet tat-tessuti malinni u jista' jkollu effetti sekondarji tossiċi fuq il-ġisem tal-bniedem, filwaqt li Al jista 'jikkawża osteoporożi u disturbi mentali. Biex issolvi din il-problema, ix-xjentisti tal-bijomaterjali bħalissa huma impenjati li jesploraw u jirriċerkaw V-free, materjali ġodda ta 'liga tat-titanju bijomedika ta' Al, qabel dan huwa meħtieġ li wieħed jifhem x'tip ta 'elementi ta' liga huma adattati biex iżidu li huma kemm mhux tossiċi kif ukoll bijokompatibbli. . Studji sabu li ligi β-titanju li fihom elementi mhux tossiċi bħall-molibdenu, nijobju, tantalu u żirkonju fihom kontenut ogħla ta 'elementi β-stabilizzanti u għandhom modulu elastiku aktar baxx (E=55 ~ 80GPa) u prestazzjoni ta' shear aħjar u toughness, huwa aktar adattat għall-impjantazzjoni fil-ġisem tal-bniedem bħala impjant.
Applikazzjonijiet ta 'ligi tat-titanju
2.1 Bażi medika ta 'ligi tat-titanju
Il-vantaġġi ewlenin tal-użu tat-titanju u l-ligi tat-titanju bħala impjanti umani huma: (1) Densità (20°C) = 4.5g/cm3 u ħfief. Impjanti fil-ġisem tal-bniedem: tnaqqas it-tagħbija fuq il-ġisem tal-bniedem; bħala apparat mediku: tnaqqas it-tagħbija operattiva fuq il-persunal mediku. (2) Il-modulu elastiku huwa baxx, u t-titanju pur huwa 108500MPa. Meta impjantat fil-ġisem tal-bniedem: huwa eqreb lejn l-għadam naturali tal-ġisem tal-bniedem, li jwassal għat-tilqim tal-għadam u jnaqqas l-effett ta 'lqugħ tal-istress tal-għadam fuq l-impjant. (3) Mhux manjetiku, mhux affettwat minn kampi elettromanjetiċi u maltempati bir-ragħad, li huwa ta 'benefiċċju għas-sigurtà tal-bniedem wara l-użu. (4) Mhuwiex tossiku u m'għandux effetti tossiċi jew sekondarji fuq il-ġisem tal-bniedem bħala impjant. (5) Reżistenza għall-korrużjoni (materjal tal-metall bijoloġikament inert). Għandu reżistenza għall-korrużjoni eċċellenti fl-ambjent ta 'immersjoni tad-demm uman u jiżgura kompatibilità tajba mad-demm uman u t-tessuti taċ-ċelluli. Bħala impjant, ma jipproduċix tniġġis uman u ma jagħmilx ħsara lill-ġisem tal-bniedem. Se jseħħu reazzjonijiet allerġiċi, li hija kundizzjoni bażika għall-applikazzjoni ta 'titanju u ligi tat-titanju. (6) Saħħa għolja u toughness tajba. Ħsara fl-għadam u fil-ġogi minħabba trawma, tumuri, u fatturi oħra. Biex jiġi stabbilit scaffold tal-għadam stabbli, għandhom jintużaw pjanċi tal-ark, viti, għadam artifiċjali, ġonot, eċċ. Dawn l-impjanti għandhom jitħallew f'posthom għal żmien twil. il-ġisem tal-bniedem se jkun soġġett għal liwi, brim, tagħsir, kontrazzjoni tal-muskoli, u effetti oħra tal-ġisem tal-bniedem, li jeħtieġu li l-impjanti jkollhom saħħa u toughness għolja.
2.2 Oqsma mediċi u ortopediċi ta 'ligi tat-titanju
Sitwazzjoni tas-Suq Bl-iżvilupp ta 'ligi tat-titanju, iż-żieda fil-varjetajiet ta' materjal tat-titanju, u t-tnaqqis fil-prezzijiet, l-applikazzjoni tat-titanju fl-industrija ċivili rdoppja. Is-CFDA taqsam l-apparat mediku fi tliet livelli skont is-sigurtà tagħhom minn għoli għal baxx, u huma ssorveljati u ġestiti mit-tliet livelli tal-gvern rispettivament. Impjanti magħmula minn titanju u materjali ta 'liga tat-titanju jappartjenu għat-tielet kategorija ta' apparat mediku u huma konsumabbli ta 'valur għoli. Is-sottosetturi li jammontaw għal aktar minn 5% tas-suq jinkludu sitt segmenti ewlenin: dijanjostika in vitro, kardjoloġija, immaġini dijanjostiċi, ortopedija, oftalmoloġija u kirurġija plastika. Fost dawn, id-dijanjostika in vitro, l-ortopedija u l-intervent kardijaku huma l-konsumabbli ta 'valur għoli li qed jikbru malajr fiċ-Ċina. L-applikazzjoni tat-titanju bijomediku u l-materjali tal-liga tiegħu għaddiet minn tliet stadji emblematiċi: Applikazzjoni inizjali Fil-bidu tas-snin ħamsin, l-ewwel fir-Renju Unit u fl-Istati Uniti, it-titanju kummerċjalment pur intuża biex jimmanifattura pjanċi tal-għadam, viti, imsiemer intramedullari u ġenbejn. ġonot. Il-kumpanija Żvizzera Mathys tuża wkoll liga Ti-6A1-7Nb biex timmanifattura sistemi tad-dwiefer intramedullari li jissakkru mhux estiżi (inklużi t-tibja, l-umerus u l-wirk) u viti vojta għat-trattament ta 'ksur tal-għadam tal-għonq femorali. Materjal bijoattiv ta 'liga Ni-Ti (PNT) poruż jintuża biex jimmanifattura gaġeġ tal-fużjoni intervertebrali ċervikali u lumbari (Gaġġa). Il-kumpanija Kanadiża BIORTHEX żviluppat gaġġa ta 'fużjoni intervertebrali ċervikali u lumbari magħmula minn materjal bi privattiva ta' liga Ni-Ti poruż ACTIPORE G għat-trattament ta 'korrimenti ortopediċi tas-sinsla. Il-liga ġdida tat-titanju beta tista 'tintuża bħala materjal avvanzat għal skopijiet multipli bħal ortopedija, dentistrija u intervent vaskulari. L-industrija tal-apparat mediku ortopediku tammonta għal 9% tas-sehem tas-suq globali tal-apparat mediku u għadha qed tikber malajr. Is-suq tal-apparat mediku ortopediku huwa primarjament segmentat f'erba 'oqsma: trawma, ġogi, sinsla, u oħrajn. Fosthom, it-trawma hija l-uniku segment li bħalissa m'għandux sehem kbir tas-suq okkupat minn kumpaniji barranin. Ir-raġuni ewlenija hija li l-prodotti f'dan il-qasam għandhom kontenut tekniku baxx, huma faċli biex jimitaw, u huma inqas diffiċli biex joperaw. Jistgħu jsiru f'ħafna sptarijiet tat-tieni u t-tielet livell, u kumpaniji barranin ma jistgħux ikopruhom bis-sħiħ. Il-prodotti tat-trawma jistgħu jinqasmu f'apparati ta 'fissazzjoni interna u ta' fissazzjoni esterna. Prodotti ta 'trawma ta' fissazzjoni interna jinkludu dwiefer intramedullari, pjanċi tal-għadam, viti, eċċ. Fl-2012, trawma ammontaw għal 34% tas-suq domestiku tal-ortopedija, ġonot 28%, sinsla 20%, u oħrajn. % 18. Ġonot kbar huma apparati mediċi ta 'livell għoli b'barrieri tekniċi għoljin. Fil-preżent, l-isptarijiet mainstream prinċipalment jużaw materjali ortopediċi importati. Għad hemm differenza bejn prodotti domestiċi u importati f'termini ta 'teknoloġija, disinn, riċerka u żvilupp, materjali, proċessi ta' trattament tal-wiċċ, eċċ. Ġogi artifiċjali huma prinċipalment maqsuma f'irkopptejn artifiċjali, ġenbejn, minkbejn, spallejn, ġonot tas-swaba 'u tas-sieq, eċċ. Fost dawn, is-sostituzzjonijiet tal-ġogi l-aktar importanti jinkludu ġonot tal-ġenbejn u ġogi tal-irkoppa, li flimkien jammontaw għal aktar minn 95% tas-suq globali tas-sostituzzjoni tal-ġogi. L-apparati tal-impjant tas-sinsla jinkludu sistemi ta 'pjanċa tad-dwiefer torakolumbari, sistemi ta' pjanċa tad-dwiefer tas-sinsla ċervikali, u sistemi ta 'gaġġa tal-fużjoni, li fosthom is-sistema tal-gaġġa intervertebrali tintuża prinċipalment għat-trattament ta' sostituzzjoni tad-diska intervertebrali u hija wkoll l-aktar segment importanti, li jammonta għal madwar is-suq kollu tal-impjanti tas-sinsla. .
konklużjoni
Il-proprjetajiet superjuri tal-ligi tat-titanju kkontribwew għall-pożizzjoni ewlenija tagħha fil-qasam mediku. Id-disinn tal-materjal u t-teknoloġija tal-preparazzjoni tal-ligi tat-titanju żviluppaw malajr bl-avvanzi fil-bijoteknoloġija u d-domanda kbira għal applikazzjonijiet mediċi. Il- ligi tat-titanju mediċi prodotti bħalissa huma prinċipalment ligi tat-titanju tat-tip α + β. Mill-perspettiva tat-teknoloġija tal-preparazzjoni, il-produzzjoni ta 'TC4 (TC4ELI) bħalissa tokkupa s-sehem ewlieni tas-suq. Liga tat-titanju tat-tip β għandha ċerti vantaġġi fil-bijokompatibilità u l-kompatibilità mekkanika, għalhekk saret hotspot ta 'riċerka għal ligi mediċi tat-titanju ġodda u hija l-aktar teknoloġija potenzjali fil-qasam tal-impjanti mediċi. Fil-futur, it-teknoloġija tal-produzzjoni tal-ligi tat-titanju għandha tiżviluppa fid-direzzjoni ta 'modulu baxx, saħħa għolja, bijokompatibilità tajba, u kompatibilità mekkanika. Mill-perspettiva tat-tendenzi tal-iżvilupp, il-ligi tat-titanju tat-tip β se jsiru d-direzzjoni tal-iżvilupp futur u l-mainstream tas-suq tal-liga tat-titanju mediku.
