Матэрыялы і прымяненне з біямедыцынскіх тытанавых сплаваў
Матэрыялы з біямедыцынскага тытанавага сплаву адносяцца да тыпу функцыянальных канструкцыйных матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў біямедыцынскай інжынерыі, у прыватнасці, для вытворчасці хірургічных імплантатаў і артапедычных прыстасаванняў. Вытворчасць і падрыхтоўка матэрыялаў для апрацоўкі тытанавых сплаваў уключае ў сябе галіны металургіі, апрацоўкі ціскам, кампазіцыйных матэрыялаў і хімічнай прамысловасці, і з'яўляецца прызнаным высокатэхналагічным прадуктам у свеце. Тытан і тытанавыя сплавы паступова ўвайшлі ў сферу грамадзянскага спажывання з галін аэракасмічнай, авіяцыйнай і нацыянальнай абароны. Такія прадукты, як імплантаты і медыцынскія прыборы ў галіне медыцыны і аховы здароўя; тытанавыя клюшкі для гольфа ў індустрыі спорту і адпачынку, а таксама тытанавыя аправы для ачкоў, тытанавыя гадзіннікі, тытанавыя ровары і іншыя вырабы, попыт на апрацаваныя тытанам матэрыялы пастаянна расце. З бурным развіццём і прарывам у галіне біятэхналогій прамысловасць біямедыцынскіх металічных матэрыялаў і вырабаў ператворыцца ў галоўную галіну сусветнай эканомікі. Сярод іх попыт на тытан і яго сплавы ў апошнія гады хутка і ўстойліва расце дзякуючы іх выдатным комплексным уласцівасцям, такім як лёгкі вага, нізкі модуль пругкасці, нетоксичность і немагнітнасць, устойлівасць да карозіі, высокая трываласць і добрая трываласць. У той жа час, калі тытанавыя сплавы пачынаюць пранікаць у пластычную хірургію і іншыя галіны, з'яўляюцца новыя патэнцыяльныя патрабаванні рынку, і рынак тытанавых сплаваў будзе расці хутчэй у будучыні.
Ходы даследаванняў медыцынскіх тытанавых сплаваў
1.1 Класіфікацыя медыцынскіх тытанавых сплаваў
Тытанавыя сплавы можна падзяліць на тры катэгорыі ў залежнасці ад тыпу мікраструктуры матэрыялу: тып α, тып α+β і тытанавы сплаў тыпу β.
1.2 Тэндэнцыя развіцця медыцынскіх тытанавых сплаваў
Пасля даследавання літаратуры было ўстаноўлена, што адпаведныя даследчыкі ў краіне і за мяжой аднадушна лічаць, што развіццё медыцынскія тытанавыя сплавы прайшло тры знакавыя этапы. Першая ступень прадстаўлена чыстым тытанам і сплавам Ti-6Al-4V; другая стадыя прадстаўлена тытанавымі новымі α+β сплавамі ў выглядзе -5A1-2.5Fe і Ti-6A1-7Nb; трэці этап - асноўны этап распрацоўкі і распрацоўкі β-тытанавых сплаваў з лепшай біясумяшчальнасцю і меншым модулем пругкасці. Ідэальна матэрыялы з біямедыцынскага тытанавага сплаву павінен адпавядаць наступным умовам: добрая біясумяшчальнасць, нізкі модуль пругкасці, нізкая шчыльнасць, добрыя антыкаразійныя ўласцівасці, нетоксичность, высокая мяжа цякучасці, працяглы тэрмін службы ўсталасці і вялікая пластычнасць пры пакаёвай тэмпературы. , лёгка фармавацца, лёгка адлівацца і г. д. Важнымі сплавамі, якія шырока выкарыстоўваюцца ў матэрыялах для імплантатаў, з'яўляюцца Ti-6A1-4V і Ti-6A1-4VELI. У літаратуры ёсць паведамленні аб тым, што элемент V можа выклікаць злаякасныя рэакцыі тканін і можа мець таксічныя пабочныя эфекты на арганізм чалавека, у той час як элемент Al можа выклікаць астэапароз і псіхічныя засмучэнні. Каб вырашыць гэтую праблему, навукоўцы ў галіне біяматэрыялаў зараз займаюцца вывучэннем і даследаваннем новых матэрыялаў з біямедыцынскага тытанавага сплаву, створаных Al, перад гэтым неабходна высветліць, якія элементы сплаву падыходзяць для дадання, якія адначасова з'яўляюцца нетоксичными і біясумяшчальнымі . Даследаванні паказалі, што β-тытанавыя сплавы, якія змяшчаюць нетоксичные элементы, такія як малібдэн, ніобій, тантал і цырконій, утрымліваюць больш высокае ўтрыманне β-стабілізуючых элементаў і маюць больш нізкі модуль пругкасці (E=55~ 80GPa) і лепшыя характарыстыкі зруху і трываласць, ён больш падыходзіць для імплантацыі ў чалавечае цела ў якасці імплантата.
Прымяненне тытанавых сплаваў
2.1 Медыцынскія асновы тытанавых сплаваў
Асноўныя перавагі выкарыстання тытана і тытанавых сплаваў у якасці імплантатаў чалавека: (1) Шчыльнасць (20°C) = 4.5 г/см3 і лёгкі вага. Імплантаваныя ў арганізм чалавека: зніжаюць нагрузку на арганізм чалавека; у якасці медыцынскага прыбора: зніжае аперацыйную нагрузку на медыцынскі персанал. (2) Модуль пругкасці нізкі, а чысты тытан складае 108500 МПа. Пры імплантацыі ў чалавечае цела: ён бліжэй да натуральнай косці чалавечага цела, што спрыяе касцяной трансплантацыі і памяншае эфект экранавання косткі ад стрэсу на імплантат. (3) Немагнітны, на яго не ўплываюць электрамагнітныя палі і навальніцы, што спрыяе бяспецы чалавека пасля выкарыстання. (4) Ён не таксічны і не аказвае таксічных або пабочных эфектаў на арганізм чалавека, як імплантат. (5) Устойлівасць да карозіі (біялагічна інэртны металічны матэрыял). Ён валодае выдатнай каразійнай устойлівасцю ў асяроддзі апускання ў чалавечую кроў і забяспечвае добрую сумяшчальнасць з чалавечай крывёй і клеткавымі тканінамі. Як імплантат, ён не забруджвае чалавека і не шкодзіць чалавечаму арганізму. Будуць узнікаць алергічныя рэакцыі, што з'яўляецца асноўнай умовай прымянення тытана і тытанавых сплаваў. (6) Высокая трываласць і добрая трываласць. Пашкоджанне костак і суставаў з-за траўмаў, пухлін і іншых фактараў. Каб усталяваць стабільны касцяны каркас, неабходна выкарыстоўваць дугавыя пласціны, шрубы, штучныя косці, суставы і інш. Гэтыя імплантаты павінны заставацца на месцы на працягу доўгага часу. чалавечае цела будзе падвяргацца згінанню, скручванню, сціску, скарачэнню цягліц і іншым уздзеянням чалавечага цела, што патрабуе ад імплантатаў высокай трываласці і трываласці.
2.2 Медыцынскія і артапедычныя вобласці тытанавых сплаваў
Сітуацыя на рынку З развіццём тытанавых сплаваў, павелічэннем разнастайнасці тытанавых матэрыялаў і зніжэннем коштаў прымяненне тытана ў грамадзянскай прамысловасці падвоілася. CFDA дзеліць медыцынскія прыборы на тры ўзроўні ў залежнасці ад іх бяспекі ад высокага да нізкага, і яны кантралююцца і кіруюцца трыма ўзроўнямі ўрада адпаведна. Імплантаты з тытана і тытанавых сплаваў ставяцца да трэцяй катэгорыі медыцынскіх вырабаў і з'яўляюцца высокакаштоўнымі расходнымі матэрыяламі. Падсектары, якія займаюць больш за 5% рынку, уключаюць шэсць асноўных сегментаў: дыягностыка in vitro, кардыялогія, дыягнастычная візуалізацыя, артапедыя, афтальмалогія і пластычная хірургія. Сярод іх дыягностыка in vitro, артапедыя і кардыялагічныя ўмяшанні з'яўляюцца найбольш хутка растучымі высокакаштоўнымі расходнымі матэрыяламі ў Кітаі. Прымяненне біямедыцынскага тытана і матэрыялаў з яго сплаваў прайшло праз тры знакавыя этапы: Першапачатковае прымяненне У пачатку 1950-х гадоў, упершыню ў Вялікабрытаніі і Злучаных Штатах, камерцыйна чысты тытан выкарыстоўваўся для вытворчасці касцяных пласцін, шруб, інтрамедуллярных цвікоў і сцягна. суставаў. Швейцарская кампанія Mathys таксама выкарыстоўвае сплаў Ti-6A1-7Nb для вытворчасці нерасширенных фіксуючых інтрамедуллярных сістэм цвікоў (уключаючы галёначную, плечавую і сцегнавую косткі) і полых шруб для лячэння пераломаў шыйкі сцегнавой косткі. Біяактыўны матэрыял з порыстага сплаву Ni-Ti (PNT) выкарыстоўваецца для вырабу шыйных і паяснічных межпозвонковых клетак (Кейдж). Канадская кампанія BIORTHEX распрацавала шыйны і паяснічны міжпазваночны кейдж з запатэнтаванага матэрыялу ACTIPORE G з порыстага сплаву Ni-Ti для лячэння артапедычных пашкоджанняў пазваночніка. Новы бэта-тытанавы сплаў можна выкарыстоўваць у якасці ўдасканаленага матэрыялу для розных мэтаў, такіх як артапедыя, стаматалогія і сасудзістыя ўмяшанні. Індустрыя артапедычных медыцынскіх вырабаў займае 9% долі сусветнага рынку медыцынскіх вырабаў і па-ранейшаму хутка расце. Рынак артапедычных медыцынскіх вырабаў у асноўным сегментаваны на чатыры напрамкі: траўмы, суставы, пазваночнік і іншыя. Сярод іх траўма - гэта адзіны сегмент, які ў цяперашні час не мае асноўнай долі рынку, занятай замежнымі кампаніямі. Асноўная прычына ў тым, што прадукты ў гэтай галіне маюць нізкі тэхнічны склад, іх лёгка імітаваць і менш складаныя ў эксплуатацыі. Іх можна праводзіць у многіх шпіталях другога і трэцяга ўзроўню, і замежныя кампаніі не могуць іх цалкам пакрыць. Траўматычныя вырабы можна падзяліць на прылады ўнутранай і знешняй фіксацыі. Траўматычныя прадукты ўнутранай фіксацыі ўключаюць интрамедуллярные цвікі, касцяныя пласціны, шрубы і г.д. У 2012 годзе траўматалогіі займалі 34% айчыннага рынку артапедыі, суставаў - 28%, хрыбетніка - 20% і інш. 18%. Буйныя суставы - гэта высокакласныя медыцынскія прылады з высокімі тэхнічнымі бар'ерамі. У цяперашні час у звычайных бальніцах у асноўным выкарыстоўваюцца імпартныя артапедычныя матэрыялы. Па-ранейшаму існуе разрыў паміж айчыннай і імпартнай прадукцыяй з пункту гледжання тэхналогій, дызайну, даследаванняў і распрацовак, матэрыялаў, працэсаў апрацоўкі паверхні і г.д. Штучныя суставы ў асноўным дзеляцца на штучныя калені, тазасцегнавыя суставы, локці, плечы, суставы пальцаў рук і ног і г.д. Сярод іх найбольш важныя замены суставаў ўключаюць тазасцегнавыя і каленныя суставы, якія разам складаюць больш за 95% сусветнага рынку замены суставаў. Спінальныя імплантаты ўключаюць сістэмы ногцевых пласцін грудапаяснічнага аддзела хрыбетніка, сістэмы ногцевых пласцін шыйнага аддзела хрыбетніка і сістэмы зрошчаных клетак, сярод якіх сістэма міжпазваночнай клеткі ў асноўным выкарыстоўваецца для лячэння замены міжхрыбеткавага дыска, а таксама з'яўляецца найбольш важным сегментам, які складае прыблізна ўвесь рынак спінальных імплантатаў. . палова.
Conclusion
Выдатныя ўласцівасці тытанавых сплаваў спрыялі яго лідзіруючым пазіцыям у галіне медыцыны. Распрацоўка матэрыялаў і тэхналогія падрыхтоўкі тытанавых сплаваў хутка развіваліся з прарывам у біятэхналогіі і вялікім попытам на прымяненне ў медыцыне. The медыцынскія тытанавыя сплавы у цяперашні час вырабляюцца ў асноўным тытанавыя сплавы тыпу α+β. З пункту гледжання тэхналогіі падрыхтоўкі, вытворчасць TC4 (TC4ELI) у цяперашні час займае асноўную долю рынку. Тытанавы сплаў β-тыпу мае пэўныя перавагі ў біясумяшчальнасці і механічнай сумяшчальнасці, таму ён стаў цэнтрам даследаванняў новых медыцынскіх тытанавых сплаваў і з'яўляецца найбольш патэнцыяльнай тэхналогіяй у галіне медыцынскіх імплантатаў. У далейшым тэхналогія вытворчасці тытанавых сплаваў павінна развівацца ў напрамку нізкага модуля, высокай трываласці, добрай біясумяшчальнасці і механічнай сумяшчальнасці. З пункту гледжання тэндэнцый развіцця тытанавыя сплавы β-тыпу стануць напрамкам будучага развіцця і асноўным напрамкам рынку медыцынскіх тытанавых сплаваў.
