Adaptabilitatea materialelor din titan la om

Pentru a observa răspunsul ionilor metalici la adaptabilitatea corpului uman, în laborator, celulele fibroblastice de plămâni de șoarece experimentale din China (celule V79) și țesutul de celule fibroblaste de șoarece (20-soareci postnatali de zi) (celule I929) etc. ., utilizați celule care sunt sensibile la ionii metalici pentru a efectua metode de evaluare a adaptabilității celulelor. Ionii de elemente individuale furnizați de agenția administrativă independentă Organizația de bază a tehnologiei de evaluare a produselor (Comitetul Tehnic de Standardizare a Evaluării Biologice a Dispozitivelor Medicale) au efecte asupra corpului uman (organismelor). ) reacții și împărțite în 3 grupuri, așa cum se arată în Figura 1.

Cele mai toxice includ vanadiul (V), nichelul (Ni), cuprul (Cu), etc. Când elementele de mai sus sunt prezente în părți pe milion (×{{0}}), celulele vor muri într-un interval de timp. o perioadă scurtă de timp. Luând vanadiu (V) și nichel (N) ca exemplu, rezultatele experimentale în celulele V79 sunt prezentate în Figura 2. Rezultatele testului de imersie de o săptămână au arătat că, dacă concentrația de nichel a fost de aproximativ 10×10-6 (Nota traducătorului pm=părți pe milion), toate celulele ar muri. În schimb, conținutul de vanadiu (V) a fost cu două cifre mai mic la 0,6 Aproximativ ×10-6 înseamnă că toate celulele sunt moarte. În al doilea rând, atunci când țesuturile dure (oasele) și țesuturile moi (mușchii) animalelor mici, cum ar fi șobolani și iepuri, au fost îngropate în foi de metal pentru testare, trebuie să fie că aceste metale extrem de toxice sunt în contact atât cu țesuturile dure (oase). și țesuturi moi (mușchi). Unele cauzează necroză.

a-Relația dintre energia de formare a populației de celule V79 și concentrația ionilor de nichel (Ni);

b-Relația dintre energia de formare a populației de celule V79 și concentrația ionilor de vanadiu (V).

Celălalt grup indică o rănire. În starea implantată și atașată, se formează o reacție biologică pe țesutul fibros la locul de contact care este evacuat din corp. Fierul, aluminiul, aurul, argintul etc., toate se comportă în acest fel. Materialele metalice generale, cum ar fi oțelul inoxidabil SUS 304L, oțelul inoxidabil SUS 36L și aliajele cobalt-crom, toate aparțin acestui tip. Piesa de metal încorporată în țesutul dur nu fuzionează cu celulele osoase. Când testul de extracție a fost efectuat câteva săptămâni mai târziu, acesta a fost scos fără rezistență.

Al treilea grup trebuie să aibă cea mai mică reacție cu organismele vii. Când sunt implantate sau atașate, sunt potrivite titanul (Ti), zirconiul (Zr), niobiul (Nb), tantalul (Ta) și platina (Pt). Atunci când aceste metale sunt implantate sau atașate de corp, ele sunt strâns integrate cu celulele și țesuturile țesuturilor dure și moi, prezentând un fenomen de somatizare.

În acest fel, titanul este cu siguranță mai puțin dăunător pentru organismele vii și este un metal sigur. La utilizarea aliajului de titan, în funcție de elementele din aliaj utilizate, rezistența la coroziune este mai mică decât cea a titanului pur. Când apare coroziune, elementele sale pot fi dizolvate. Este necesar să selectați elemente din aliaj rezistente la coroziune și care nu dăunează. Printre aliajele de titan, aliajul Ti-6AI-4V a fost folosit de mult timp în fabricarea de aeronave și echipamente de inginerie rezistente la apa de mare și are un număr mare de cazuri de utilizare. În industria medicală, utilizarea aliajelor de tip ELI cu rezistență excelentă la coroziune (conținut scăzut de fier, oxigen și hidrogen) a fost introdusă de mult timp. Cu toate acestea, în cercetarea și dezvoltarea recentă a aliajelor de titan pentru implanturi și atașamente, pe baza rapoartelor privind nocivitatea monomerului, aliajul Ti{-13Nb{-13Zr a fost standardizat prin înlocuirea vanadiului (V) cu niobiu nedăunător (Nb). (ASTM, ISO). Există, de asemenea, un aliaj favorabil care descarcă activ aluminiul și este pe cale să fie lansat.

Fiind standardul american ASTM (codul F) pentru uz medical, este echivalent cu standardul mondial din Europa. Standardul ISO și standardul ASTM au fost consolidate și fuzionate într-un standard european. Japonia își sortează standardele interne, luând standardele corespunzătoare ASTM și ISO și începe să formuleze standarde bazate pe standardele ISO.

Materialele de titan specificate în standardele ASTM utilizate în implanturi și atașamente reprezentate de articulații artificiale ale genunchilor, articulațiilor șoldului (inclusiv capete femurale) etc. sunt enumerate în Tabelul 1 în funcție de formele acestora. Multă vreme, titanul pur și aliajele Ti-6AI{-4V, inclusiv materialele sub formă de pulbere, au fost transformate în componente și piese de diferite forme.

Părțile în care materialele de titan sunt utilizate pe scară largă sunt articulațiile femurale artificiale, articulațiile artificiale ale genunchilor, plăcile osoase etc., care sunt potrivite pentru chirurgia ortopedică. Durere severă cauzată de inflamația articulară deformatoare Reumatism [transliterat ca „Liumaqizim”, ceea ce înseamnă o durere severă articulară și musculară și este, de asemenea, o boală alergică – Nota traducătorului] etc., rezultând în Ea provoacă dificultăți la mers. Pacienții cu această boală pot fi supuși unei intervenții chirurgicale de înlocuire a articulației artificiale a șoldului sau a genunchiului, iar durerea poate fi complet eliminată și pot merge. În Japonia, 80,000 operații de înlocuire a articulației artificiale ale șoldului și 40,000 operații de înlocuire a articulației artificiale a genunchiului sunt efectuate într-un an (statistici din 2005). În viitor, odată cu apariția unei societăți îmbătrânite, se poate aștepta ce rata de creștere procentuală va fi utilizată pentru a satisface această cerere.

Titanul nu este potrivit pentru toate părțile articulațiilor artificiale. În piesele de îmbinare, piesele care se balansează adesea nu sunt potrivite, deoarece titanul este ușor de purtat (ceramica și aliajele de cobalt sunt potrivite), iar aliajele de titan ar trebui folosite pentru piesele implantate. Pentru a-l integra rapid cu osul biologic, suprafața aliajului de titan trebuie să fie neuniformă și acoperită cu senzori osoși precum apatită (Apatită) și biosticlă. În plus, pentru fixarea fracturilor se folosesc cuie intramedulare din aliaj de titan și plăci din aliaj de titan. Figura 3 prezintă diverse exemple de implantare și atașare.

Există și o tendință în creștere și în domeniul stomatologiei cu utilizarea implanturilor și accesoriilor. Cantitatea de titan utilizată este mică și este fabricată din titan pur, aliaj de titan și aliaj cu memorie de formă TiNi. Formele sale includ tipul plăcii, tipul filetului, tipul manșonului și tipul coșului, așa cum se arată în Figura 4. Aceste părți și componente sunt introduse direct în osul maxilarului pentru a fi fixate pe partea gingiei implantată și sunt acoperite cu apatită care reprezintă compoziția osului. În general, titanul este foarte potrivit pentru implanturile metalice în dinți. Există două metode: turnare de precizie și formare superplastică. În comparație cu utilizarea anterioară a aliajelor de cobalt și crom, este mai ușor și nu provoacă modificarea mirosului alimentelor acide. Deoarece utilizarea materialelor de titan este în afara domeniului de aplicare a diagnosticului și tratamentului asigurărilor de sănătate, prețul este destul de scump.

Ca implant (îngropat) sau accesoriu pentru medicina internă, atunci când un pacient suferă de o frecvență scăzută a bătăilor inimii, un stimulator cardiac (Pacemaker--un dispozitiv automat de contracție ventriculară) poate fi implantat (îngropat) pentru a stimula inima. Un dispozitiv care asigură numărul normal de bătăi ale inimii - Nota traducătorului). Un fir de electrod este încorporat de la vena subclavie până la inimă. Acest electrod introduce semnale electronice stimulatorului cardiac, care devine stimulatorul cardiac. Recent, produsul stimulator cardiac are o masă de 20g și o grosime de 6mm. Este atât de mic încât este conectat cu fire de electrozi și încorporat sub piele. Bateria și circuitul de control sunt ambalate într-un recipient mic (cutie), care este un produs din titan pur care nu este dăunător pentru organismele vii. Durata de viață a bateriei trebuie menținută la minim 6 ani, astfel încât acest mic container (cutie) este necesar să aibă stabilitate și siguranță pe termen lung. Acum, aproape 5,000 persoane din Japonia au beneficiat.

Rezultatele tratamentului cu titan pot fi observate și în instrumentele chirurgicale. În special în neurochirurgia pe termen lung, care durează mai mult de 10 ore, forcepsul trebuie să fie, de asemenea, ușor, iar pensele hemostatice și alte pense trebuie să fie din titan. Multe echipamente de tratament dentar, cum ar fi implanturi, instrumente chirurgicale pentru atașare și vibratoare pentru îndepărtarea tartrului, sunt fabricate din titan. Pe lângă implanturi (îngropare) și atașamente, echipamente de asistență și scaune cu rotile sunt, de asemenea, fabricate din titan. Când o parte dintr-un membru lipsește din cauza unei boli sau a unui accident, trebuie făcută o proteză pentru a restabili funcția. Deoarece partea principală este realizată din metal, aceasta trebuie să fie ușoară, durabilă (în principal rezistență la coroziune și rezistență la deteriorare prin oboseală) și în ceea ce privește compatibilitatea biologică (Ni, Cr, etc.), se aplică. În ceea ce privește scaunele cu rotile, scopul principal este reducerea greutății întregului scaun cu rotile, așa că unii folosesc titan în aproape toate piesele metalice, cum ar fi cadrele și roțile.