Meditsiiniline titaan

Mis on titaan?

Titaanmaterjale on igapäevaelus kasutatud pikka aega. 1930. aastad olid kaasaegsete biomeditsiiniliste funktsionaalsete materjalide algus. Algselt töötati roostevaba teras välja kasutamiseks meditsiinis ja implantaatides. Teiseks materjaliks on koobalti sulam. Titaanist ja selle sulamist sai 1960. aastate paiku metalliliste biomaterjalide uusim põlvkond. Alates selle kõige meeldejäävamast välimusest on titaani kujutatud imemetallina ja seda on käsitletud laialdaselt.

Miks on titaan nii ainulaadne?

Titaanon siirdemetall, millel on suur tugevus ja madal tihedus. Erinevates tingimustes on see korrosioonikindel. Eelkõige on titaan varjatud ja vastupidav kehavedelike ja kudede suhtes. Need on väidetav biosobivus ja tarbimise takistus. Need on meditsiiniliste rakenduste olulised nõuded.

Titaani, roostevaba terase ja koobaltisulami põhiomadused on välja toodud tabelis 1. Titaani väikseim tihedus on 4,51 g/cm-3, kõrgeim tihedus aga 8 g/cm-3 titaani puhul. roostevaba teras. Titaanil on sama tõmbetugevuse korral palju suurem tugevuse ja tiheduse suhe – 76 kNm/kg. Tugevusega/tihedusega 63 kNm/kg on see 20 protsenti tugevam kui roostevaba teras. Titaani elastsusmooduli väärtus on vaid pool koobaltisulami ja tavapärase roostevaba terase omast. See sarnaneb oluliselt rohkem inimese luuga. Lisaks on titaanil madal soojuspaisumine ja juhtivus, mis muudab selle mitteferromagnetiliseks.

Titaanil ja selle komposiidil on kõige kasulikumad omadused, mis muudavad need tohutuks tulemuseks lihaste tervises, sisetükkides ja hoolikates instrumendiväljades. Baoji linna Changsheng titaan co. Ltd on titaanist ja Cu-Ni metallist veski ja valmistoodete tootja ja tarnija kõige laiaulatuslikumas klasside, mõõtmete ja veskitoodete valikus.

Metallide madalaimaid hindu ja kõrgeimaid inseneristandardeid pakub turule baoji city Changsheng titanium co. Ltd, mis asub Hiina titaanitootmise südames. Kindlasti ei saa me kulude ja kvaliteedi osas olla parimad, oleme esitanud oma kulugarantii. Titaan on titaani- ja CuNi-veski ning valmistoodete tarnijate eelistatud valik kogu maailmas.

Mis on titaani tihedus?

Kuna selle ekstraheerimine on keerulisem, pole titaanmetall nii taskukohane kui raud, mistõttu on selle rakendused tavaliselt spetsialiseerunud. Titaanmetalli omadused on äärmiselt väärtuslikud. Sarnaselt alumiiniumiga moodustab see korrosiooni vältimiseks õhukese kaitsva oksiidikihi, muutes selle praktiliselt inertseks. Kuna selle tihedus on 4,5 grammi cm3 kohta, mis on oluliselt madalam kui raual, on titaanisulamid kosmosetööstuse jaoks olulised. Sellest valmistati palju SR-71 Blackbird, mis oli maailma kiireim mehitatud lennuk. Seda kasutati ka paljude suurte reisilennukite (nt Airbusid ja 747) mootorite ja kere valmistamiseks.

Merevee vastupidavuse tõttu kasutatakse seda metalli mererakendustes, näiteks propellerivõllides. Samuti räägitakse, et venelased kasutasid seda allveelaevade ehitamiseks. Titaan ei ole mürgine ja keha seda ei heida. Kuna see ühendub ka luuga, on seda kasutatud kirurgilistes protseduurides, nagu hambaimplantaadid ja liigeseasendused, eriti puusaliigesed.

Miks kasutatakse implantaatide jaoks titaani?

Hambaimplantaatide turg, mille väärtus maailmas on hinnanguliselt ligikaudu 4,6 miljardit USA dollarit, avas võimaluse taastada patsiendi hammaste tervis ja funktsioon [6]. Titaanimplantaadid on oma bioloogilise ühilduvuse ja madala hinna tõttu turul kõige sagedamini kasutatav materjal.

Titaan on bioinertne materjal, mis praktiliselt ei avalda kahjulikku mõju ümbritsevale koele. Vaatamata sellele, et materjalis on kirjeldatud mitmeid loomupäraseid eeliseid, ei suuda see ilma piisava pinnatöötluseta hästi luu- ja igemekoega integreeruda, mis võib põhjustada implantaadi rikke. Nende tõrgete põhjuseks on nõrk luuintegratsioon, mis mõjutab implantaadi stabiilsust luus ja võib põhjustada infektsioonide ja põletikuliste protsesside teket implantaadi ümbritsevas ruumis [7]. Nende probleemide vähendamiseks uuritakse erinevaid pinnatöötlusi, et vältida kahjulike bakterite biokilede teket ja parandada luuintegratsiooni. Nanotehnoloogia on loonud positiivseid mõjusid hambaravis, võimaldades tarnida kindla geograafilise asukohaga pindu ja sünteetilisi detaile, et töötada materjalide bioühilduvate omadustega.

Kas kirurgiline titaan on magnetiline?

Metallist implantaadid on eriti tundlikud implantaatide migratsiooni ja raadiosagedusliku (RF) põhjustatud kuumenemise riskide suhtes, mis mõlemad võivad kahjustada ümbritsevat kude, kuna MRI-seadmed kasutavad võimsaid magneteid [11].

Uuringute kohaselt ei mõjuta MRI-ga indutseeritud nihkumine kindlalt luu külge kinnitatud implantaate [1,12]. Arvestades käimasolevate uuringute puudumist, ei soovitata röntgenikiirgust kiirel operatsioonijärgsel perioodil patsientidel, kellel on puutumata kinnised, nagu lokid, kanalid ja stendid [6]. Kuna implantaadi pöörisvoolud on paralleelsed skanneri staatilise magnetväljaga, on RF-kuumutamine teoreetiliselt võimalik. Igal juhul on kõik partnerite uuringud avastanud, et see temperatuurimuutus on ebaoluline, mis näitab, et mured raadiosagedusliku soojenemise koekahjustuste pärast on põhjendamatud.

Metallimplantaatide põhjustatud pildiartefaktid võivad põhjustada tulemuste valesti tõlgendamist. Skaneerimisparameetreid optimeerides ja magnetresonantsimpulsside jadasid muutes võivad tehnoloogilised edusammud vähendada kujutise moonutusi. Arstid peavad patsientidele MRI tegemise või mitte tegemise üle otsustamisel arvesse võtma nii pildistamise eeliseid kui ka implantaadi põhjustatud kujutise moonutamise võimalust.

MRI magnetväli ei mõjuta titaani, kuna see on paramagnetiline materjal. MRI-d saab ohutult kasutada patsientidel, kellel on implantaadid, kuna implantaatidest põhjustatud tüsistuste risk on väga väike. Titaanplaatide valmistamiseks kasutatakse aga sulameid, mida kasutatakse näo-kolju piirkonnas. Kuna MRI mõju mõjutab sulami koostisosade osakaal, on vaja täpsemaid uuringuid.

Võltsitud liigend ja kliiniline kinnitus

Kogu rahvaarv edeneb aastatega. Tahame elada kauem ja elada täna väga aktiivset elu. Spordiga seotud, liiklusega seotud ja muud tüüpi õnnetused põhjustavad vigastusi. On selge, et võltsitud vuugihuvi aina areneb. Titaani ja selle komposiite on tavaliselt kasutatud sisseehitatud vidinate valmistamiseks, näiteks luuplaadid, luumurdude kinnitamiseks mõeldud kruvid, südameklapi proteesid, südamestimulaatorid ja tehissüdamed on kõik kunstliigeste näited. Üle 100 miljoni patsiendi üle maailma saab igal aastal asendusravi ja patsientide kehasse sisestatakse üle 1,000 tonni titaani.

Need metallist implantaadid peavad olema mehaaniliselt teatud viisil kujundatud, et säilitada oma funktsioonid kasutamise ajal. Igapäevaste tegevuste ajal painutame, vääname, pigistame ja tõmbame lihaseid kokku. Väsimuse, hõõrdumise ja löökide mõjul ei tohi need tehisosad rikneda. Titaan on 50 protsenti kergem kui roostevaba teras ning selle tugevuse ja tiheduse suhe on 20 protsenti kõrgem. See on tugevam ja kergem. Inimkehasse kinnitumisel vähendab see keha koormust. Patsiendid saavad vabamalt ringi liikuda. Kunstliku osa ja inimkeha vahel tekib pinge. Elastsusmooduli mittevastavus põhjustab nn liidese pinget. Tabelist 1 näeme, et nende kolme materjali hulgas on titaanil kõige väiksem paindumismoodul. Titaanimplantaat ja inimese luu ühilduvad mehaaniliselt palju paremini.

Füsioloogiliselt lükkab keha võõraid osi tagasi. Pärast implantaadi operatsiooni tekib roostevaba terase ja kaassulami kasutamisel biomaterjalina sageli kliiniline põletik, punetus ja sügelus. Titaan ja selle sulamid on tuntud oma bioloogilise inertsuse poolest. Need on äärmiselt vastupidavad korrosioonile inimvere sukeldumiskeskkonnas. See on üldiselt hästi vastu inimese verele ja rakukoele, tagades suure sarnasuse. Praktiliselt puudub saastumine ja ebasoodsalt vastuvõtlikud reaktsioonid, mis mõjutab erakordselt patsientide taastumist. Sellel põhinevad titaani arvukad rakendused.

Suurepärase biosobivuse tõttu peetakse kaubanduslikult puhast titaani (Cp Ti) üldiselt parimaks kandidaadiks. Kuid ELI sulamid Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr ja Ti{ {6}}Al-4V-d kasutatakse laialdaselt ka meditsiinilistes implantaatides. Tegelikult vaadake meie veebisaiti, et küsida meie erinevate kaupade kohta!

Ortopeedia seadmed Ortopeedia põhifookuses on luude deformatsioonide ravi. Väändunud keha tavaasendisse naasmiseks on vaja välist jõudu. Lihaste tervise riistvara peaks pakkuma tugevat tuge ja meenutama keha õiget seisundit. Peale kulumistakistuste ja erosioonivastasuse on siin oodatavaks uudseks omaduseks kujumälu. Titaanist ja niklist valmistatud kujumälusulamitel on nii kõrge tugevus kui ka mäluomadused. Ti-Ni sulamit kasutatakse praegu tavaliste luuplaatide, intramedullaarsete küünte, alalõua sisemise fiksatsiooni, skolioosi korrigeerimise ja muude sarnaste seadmete valmistamiseks.

Hambaimplantaatidel on oma eripärad. On olemas kolme tüüpi hambaravi: zygomaatiline, osseointegreeritud ja miniimplantaat ortodontiliseks ankurdamiseks. Titaani on kasutatud kroonidena, kroonnaeltena, fikseeritud sildena, portselanist hoovana, tsemendist sildena, hambaravi asendusrõngastena, alustena, liidestega vidinatena ja tugevdavate vidinatena. Titaani on kasutatud peaaegu kõigi proteeside metallosade katmiseks.

Alustame standardse luuintegratsiooniga. Arst sisestab kõigepealt "juure" või "seemne" lõualuu. Pärast selle settimist haakub hamba pealisehitus kinnisega. Peale seda areneb selle peale uus hammas. Siin on kontrast kliinilise ja hambaravi vahel. Meditsiiniline implantaat on kas "liim" või "kruvi", mida kasutatakse purustatud kõvakoe ühendamiseks või kahjustatud kõvakoe asendamiseks. Igal juhul aitas hambaravi väljatöötamisel uut disaini. Kui intrigeeriv!

See "lihtne" protseduur eeldab suurepäraseid soojus- ja biosobivusomadusi. Suppi juues ja külmutatud jogurtit süües tunnevad inimesed end kuumalt ja külmalt, kuid need tunded pärinevad suust, mitte hammastest. Tervist ei stimuleeritahambad.

Titaan paisub kuumutamisel väga vähe. Sel hetkel, kui titaanipõhist kinnistust kasutatakse "juurena", ei kasva ega tõmbu see inimeste suus kokku. Hiljuti raamitud hammas jääb sinna, kus see olema peaks. Titaani soojusjuhtivus on vaid viiendik roostevaba terase omast, kolmandik alumiiniumi omast ja pool vase omast. Kroonina kasutamisel ei jää see tegelike hammaste struktuuri külge. Hambapulpi saab kaitsta kuuma ja külma stimulatsiooni eest titaaniga.

Täppisvalu titaani kasutatakse hambaravis, kuna sellel on suur mõõtmete täpsus, kokkutõmbumine ja mullide puudumine. Praeguse seisuga on 4 rahaliselt lisanditeta titaani (Cp Ti) ainulaadselt kasutatud hambaravirakendustes. Need on ASTM-i klassis 1 kuni 4. Neil kõigil on madal elektrooniline juhtivus, kõrge erosioonivastane toime, termodünaamiline olek füsioloogiliste pH väärtuste juures, madal osakeste paigutuse kalduvus vedeliku tingimustes ja oksiidi 5-6 isoelektriline punkt.

1. ja 4. klassi puhtus väheneb ja tugevus suureneb. 2. klassi titaan on hambaravirakenduste kõige tuntum täht. Selle väikseim voolavuspiir on 275 MPa, mis on samaväärne karastatud austeniitkarastatud terastega. Kui on vaja suuremat tugevust, võib kasutada ka titaani kombinatsiooni. Erinevates kontekstides kasutatakse ka teisi sulameid, nagu Ti-6Al-4V.

Kirurgilised instrumendid

Esimese põlvkonna kirurgilised instrumendid valmistati süsinikterasest, kuid nende jõudlus ei vastanud pärast galvaniseerimist kliinilise kasutusega. Viivad sageli infektsioonini. Teise põlvkonna roostevaba teras on austeniitne, kuid kroomisisaldus on mürgine ja avaldab kehale mõningaid mõjusid.

Mehaanilised omadused ja elastsus on esimesed asjad, mida tuleb kirurgiliste instrumentide valmistamisel arvestada. Metall eelistab spetsiifilist paindlikkust, et olla nõutud kujuga sammu ilma alistumata. Skalpellid, pintsetid ja käärid on näited põhilistest pikkadest ja õhukestest kirurgiainstrumentidest. Seadme ohutuks kasutamiseks on vaja teatud jõudu. Need peaksid olema piisavalt intensiivsed ega tohi meditsiinilise protseduuri ajal puruneda. Kirurgiliste instrumentide puhul on minimaalne nõutav moodul 100 GPa. Titaani moodul on 116 GPa.

Meditsiinilise protseduuri käigus esitatakse instrumendid otse eluskoele. Vajalik on korrosioonikindlus, biosobivus ja magnetilised omadused. Titaan ei ole inimkudedele mürgine. See ei põhjusta vastuvõtmatut reaktsiooni. Operatsioonisaalis tekib aeg-ajalt magnetvälju. Näiteks röntgenikiirgus loob ligi 1,5 tesla atraktiivse välja. See atraktiivne väli võib mõjutada hoolikaid instrumente erinevatel viisidel, sealhulgas: magnetväljade vastasmõjust põhjustatud kahjulik liikumine (raketiefekt), raadiosagedusliku (RF) võimsuse ladestumisest põhjustatud instrumentide kuumus ja instrumentidega seotud fotograafia. tegevuse mitteatraktiivne, usaldusväärne heaolu. Kuna see on mittemagnetiline, välistab see ka võimaluse kahjustada õrnu elektroonilisi implantaate.

Steriliseerimine toimub pärast operatsiooni kuuma aurupihustiga kõrgel temperatuuril. Mikroobide ja haiguste puhastamiseks kasutatakse erinevaid puhastusvahendeid. Instrumendi suurus ja pinna kvaliteet ei tohiks pärast korduvat puhastamist muutuda. Lisaks peaks olema väike kahju. Iga kord, kui kirurg mõnda instrumenti kasutab, vajab ta seda, et see korralikult töötaks. Titaani ja titaanisulamite korrosioonikindlus on suurepärane. Viimaseks, kuid mitte vähem tähtsaks, titaani väike kaal muudab selle ideaalseks mikrokirurgia jaoks. Töötemperatuur võib olla vahemikus 150 kuni 500 kraadi Celsiuse järgi. Kirurgi väsimust saab vähendada kergete kirurgiliste instrumentidega, eriti pikkade protseduuride puhul.

Meditsiiniline titaan ja titaanisulamid on kvaliteetsed metallid, mida meditsiiniseadmetes sageli kasutatakse. Titaanist toodetakse sageli laserkatoode, hambapuure ja tange.

Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd. on juhtiv tootja ja tarnija, kes pakub individuaalseid lahendusi paljude rakenduste jaoks. Teeme teiega tihedat koostööd tootmisprotsessi igas etapis, et tagada lõpptoote vastavus teie nõuetele. Lisateabe saamiseks võtke meiega ühendust või küsige kohe pakkumist.

Viited: 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/