Tilpasning av titanmaterialer til mennesker

For å observere responsen til metallioner på menneskelig kropps tilpasningsevne, i laboratoriet, kinesiske medisinske eksperimentelle muselungefibroblastceller (V79-celler) og mus (20-dag postnatale mus) fibroblastcellevev (I929-celler), etc. ., bruk celler som er følsomme for metallioner for å utføre evalueringsmetoder for celletilpasning. De individuelle elementionene levert av det uavhengige administrative byrået Product Evaluation Technology Basic Organization (Technical Committee for Standardization of Biological Evaluation of Medical Devices) har effekter på menneskekroppen (organismer). ) reaksjoner og delt inn i 3 grupper som vist i figur 1.

De mest giftige inkluderer vanadium (V), nikkel (Ni), kobber (Cu), etc. Når elementene ovenfor er tilstede i deler per million (×{{0}}), vil cellene dø innen en kort tid. Med vanadium (V) og nikkel (N) som eksempel, er de eksperimentelle resultatene i V79-celler vist i figur 2. Resultatene fra en ukes nedsenkingstesten viste at hvis nikkelkonsentrasjonen var rundt 10×10-6 (Oversetterens notat pm=deler per million), ville alle celler dø. Derimot var vanadium (V)-innholdet to sifre lavere ved 0,6. Rundt ×10-6 betyr at alle celler er døde. For det andre, når hardt vev (bein) og mykt vev (muskler) til små dyr som rotter og kaniner ble begravet i metallplater for testing, må det være at disse svært giftige metallene er i kontakt med både det harde vevet (bein). og bløtvev (muskler). Noen forårsaker nekrose.

a-Forholdet mellom V79-cellepopulasjonsdannelsesenergi og nikkel(Ni)-ionekonsentrasjon;

b-Forholdet mellom V79-cellepopulasjonsdannelsesenergi og vanadium(V)-ionekonsentrasjon

Den andre gruppen indikerer skade. I implantert og festet tilstand dannes en biologisk reaksjon på det fibrøse vevet på kontaktstedet som slippes ut av kroppen. Jern, aluminium, gull, sølv osv. oppfører seg på denne måten. Generelle metallmaterialer som SUS 304L rustfritt stål, SUS 36L rustfritt stål og kobolt-kromlegeringer tilhører alle denne typen. Metallbiten som er innebygd i det harde vevet smelter ikke sammen med beincellene. Da ekstraksjonstesten ble utført noen uker senere, ble den trukket jevnt ut uten motstand.

Den tredje gruppen må ha den minste reaksjonen med levende organismer. Når implantert eller festet er titan (Ti), zirkonium (Zr), niob (Nb), tantal (Ta) og platina (Pt) egnet. Når disse metallene implanteres eller festes til kroppen, er de tett integrert med cellene og vevet i hardt og mykt vev, noe som viser et somatiseringsfenomen.

På denne måten er titan definitivt mindre skadelig for levende organismer og er et trygt metall. Når du bruker titanlegering, avhengig av legeringselementene som brukes, er korrosjonsmotstanden lavere enn for rent titan. Når korrosjon oppstår, kan elementene løses opp. Det er nødvendig å velge legeringselementer som er korrosjonsbestandige og ikke-skadelige. Blant titanlegeringer har Ti-6AI-4V-legering lenge vært brukt i flyproduksjon og sjøvannsbestandig ingeniørutstyr, og har et stort antall bruksområder. I den medisinske industrien har bruken av ELI-type legeringer med utmerket korrosjonsbestandighet (lavt jern-, oksygen- og hydrogeninnhold) blitt introdusert lenge. I den nylige forskningen og utviklingen av titanlegeringer for implantater og vedlegg, basert på rapporter om skadeligheten til monomeren, har imidlertid Ti-13Nb-13Zr-legeringen blitt standardisert ved å erstatte vanadium (V) med ikke-skadelig niob (Nb). (ASTM, ISO). Det er også en gunstig legering som aktivt slipper ut aluminium og er i ferd med å bli lansert.

Som den amerikanske ASTM-standarden (F-kode) for medisinsk bruk, tilsvarer den verdensstandarden i Europa. ISO-standarden og ASTM-standarden ble konsolidert og slått sammen til en europeisk standard. Japan sorterer ut sine innenlandske standarder, tar standardene som tilsvarer ASTM og ISO, og begynner å formulere standarder basert på ISO-standarder.

Titanmaterialene spesifisert i ASTM-standardene som brukes i implantater og vedlegg representert av kunstige kneledd, hofteledd (inkludert lårbenshoder), etc. er oppført i tabell 1 i henhold til deres former. I lang tid har rent titan og Ti-6AI-4V-legeringer, inkludert pulvermaterialer, blitt laget til komponenter og deler av ulike former.

Delene hvor titanmaterialer er mye brukt er kunstige lårbensledd, kunstige kneledd, beinplater etc. som egner seg for ortopedisk kirurgi. Alvorlige smerter forårsaket av deformerende leddbetennelse Revmatisme [translitterert som "Liumaqizim", som betyr en alvorlig ledd- og muskelsmerter, og er også en allergisk sykdom - Oversetterens notat], etc., som resulterer i Det gir problemer med å gå. Pasienter med denne sykdommen kan gjennomgå kunstig hofteledd eller kunstig kneleddproteseoperasjon, og smerten kan elimineres fullstendig og de kan gå. I Japan utføres 80,000 kunstige hofteleddproteseoperasjoner og 40,000 kunstige kneleddsoperasjoner i løpet av et år (statistikk fra 2005). I fremtiden, med ankomsten av et aldrende samfunn, kan det forventes hvilken prosentvis veksttakt som vil bli brukt for å møte denne etterspørselen.

Titan er ikke egnet for alle kunstige ledddeler. I ledddeler er deler som ofte svinger ikke egnet fordi titan er lett å ha på seg (keramikk og koboltlegeringer egner seg), og titanlegeringer bør brukes til implanterte deler. For raskt å integrere det med det biologiske beinet, må overflaten til titanlegeringen gjøres ujevn og belegges med bensensorer som apatitt (apatitt) og bioglass. I tillegg brukes intramedullære spiker av titanlegering og plater av titanlegering for bruddfiksering. Figur 3 viser ulike eksempler på implantasjon og feste.

Det er også en økende trend innen odontologi med bruk av implantater og tilbehør. Mengden titan som brukes er liten, og den er laget av rent titan, titanlegering og formminnelegering TiNi. Formene inkluderer platetype, trådtype, hylsetype og kurvtype som vist i figur 4. Disse delene og komponentene drives direkte inn i kjevebenet for å festes på den implanterte tannkjøttdelen, og er belagt med apatitt som representerer beinsammensetning. Generelt er titan svært egnet for metallimplantater i tenner. Det er to metoder: presisjonsstøping og superplastisk forming. Sammenlignet med tidligere bruk av kobolt og kromlegeringer er den lettere i vekt og forårsaker ikke luktendring i sure matvarer. Siden bruken av titanmaterialer er utenfor rammen av helseforsikringsdiagnose og behandling, er prisen ganske dyr.

Som et implantat (begravd) eller tilbehør for indremedisin, når en pasient lider av lav hjerterytme, kan en pacemaker (Pacemaker--en automatisk ventrikkelsammentrekningsenhet) implanteres (begraves) for å stimulere hjertet. En enhet som sikrer normalt antall hjerteslag - Oversetterens notat). En elektrodetråd er innebygd fra venen subclavia til hjertet. Denne elektroden sender elektroniske signaler til pacemakeren, som blir pacemakeren. Nylig har pacemakerproduktet en masse på 20g og en tykkelse på 6mm. Den er så liten at den er forbundet med elektrodeledninger og innebygd under huden. Batteriet og kontrollkretsen er pakket inn i en liten beholder (boks), som er et rent titanprodukt som ikke er skadelig for levende organismer. Batterilevetiden må opprettholdes på minimum 6 år, så denne lille beholderen (boksen) er pålagt å ha langsiktig stabilitet og sikkerhet. Nå har nesten 5,000 personer i Japan dratt nytte av det.

Resultatene av titanbehandling kan også sees i kirurgiske instrumenter. Spesielt ved langvarig nevrokirurgi som varer mer enn 10 timer, kreves det også at tang er lett, og hemostatiske tang og andre tang må være laget av titan. Mange tannbehandlingsutstyr, som implantater, kirurgiske instrumenter for feste og vibratorer for fjerning av tannstein, er laget av titan. I tillegg til implantater (begravelser) og fester, lages også hjelpemidler og rullestoler av titan. Når en del av et lem mangler på grunn av sykdom eller en ulykke, må det lages en protese for å gjenopprette funksjonen. Siden hoveddelen er laget av metall, må den være lett, holdbar (hovedsakelig korrosjonsbestandighet og tretthetsbestandighet), og når det gjelder biologisk kompatibilitet (Ni, Cr, etc.), blir den påført. Når det gjelder rullestoler er hovedmålet å redusere vekten på hele rullestolen, så noen bruker titan i nesten alle metalldeler som rammer og hjul.