Możliwość dostosowania materiałów tytanowych do człowieka

Aby obserwować reakcję jonów metali na zdolności adaptacyjne organizmu ludzkiego, w laboratorium wykorzystano chińskie, eksperymentalne, medyczne komórki fibroblastów płuc myszy (komórki V79) i tkankę fibroblastów myszy (myszy 20-dni po urodzeniu) (komórki I929) ) itp. wykorzystują komórki wrażliwe na jony metali do przeprowadzania metod oceny zdolności adaptacyjnych komórek. Jony poszczególnych pierwiastków dostarczone przez niezależną agencję administracyjną Product Evaluation Technology Basic Organisation (Komitet Techniczny ds. Standaryzacji Biologicznej Oceny Wyrobów Medycznych) działają skutecznie na organizm człowieka (ciało biologiczne). ) reakcje i podzielono na 3 grupy, jak pokazano na rysunku 1.

Do najbardziej toksycznych należą wanad (V), nikiel (Ni), miedź (Cu) itp. Gdy powyższe pierwiastki występują w częściach na milion (×{{0}}), komórki obumierają w ciągu krótki okres czasu. Biorąc za przykład wanad (V) i nikiel (N), wyniki eksperymentów w ogniwach V79 pokazano na rysunku 2. Wyniki tygodniowego testu zanurzeniowego wykazały, że jeśli stężenie niklu wynosiło około 10×10-6 (Nota tłumacza pm=części na milion), wszystkie komórki umrą. Dla porównania zawartość wanadu (V) była o dwie cyfry niższa i wynosiła 0,6. Około ×10-6 oznacza, że ​​wszystkie komórki są martwe. Po drugie, kiedy tkanki twarde (kości) i tkanki miękkie (mięśnie) małych zwierząt, takich jak szczury i króliki, zakopywano w celu badań w metalowych arkuszach, musiało być tak, że te wysoce toksyczne metale stykają się zarówno z tkankami twardymi (kościami), jak i i tkanki miękkie (mięśnie). Niektóre powodują martwicę.

a-Zależność między energią tworzenia populacji komórek V79 a stężeniem jonów niklu (Ni);

b-Zależność pomiędzy energią tworzenia populacji komórek V79 a stężeniem jonów wanadu (V).

Druga grupa wskazuje na kontuzję. W stanie wszczepionym i przyczepionym na tkance włóknistej w miejscu kontaktu powstaje reakcja biologiczna, która jest usuwana z organizmu. Żelazo, aluminium, złoto, srebro itp. zachowują się w ten sposób. Wszystkie materiały metalowe, takie jak stal nierdzewna SUS 304L, stal nierdzewna SUS 36L i stopy kobaltowo-chromowe, należą do tego typu. Metalowy element osadzony w twardej tkance nie łączy się z komórkami kostnymi. Kiedy kilka tygodni później przeprowadzono test ekstrakcji, został on wyciągnięty gładko i bez oporu.

Trzecia grupa musi mieć najmniejszą reakcję z organizmami żywymi. Do wszczepiania lub mocowania odpowiednie są tytan (Ti), cyrkon (Zr), niob (Nb), tantal (Ta) i platyna (Pt). Kiedy metale te zostaną wszczepione lub przyczepione do organizmu, ulegają ścisłej integracji z komórkami i tkankami tkanek twardych i miękkich, wykazując zjawisko somatyzacji.

Dzięki temu tytan jest zdecydowanie mniej szkodliwy dla organizmów żywych i jest metalem bezpiecznym. W przypadku stosowania stopu tytanu, w zależności od zastosowanych pierwiastków stopowych, odporność na korozję jest niższa niż w przypadku czystego tytanu. W przypadku wystąpienia korozji jej elementy mogą ulec rozpuszczeniu. Należy dobierać elementy stopowe odporne na korozję i nieniszczące. Spośród stopów tytanu stop Ti-6AI-4V jest od dawna stosowany w produkcji samolotów i sprzęcie inżynieryjnym odpornym na wodę morską i ma wiele zastosowań. W przemyśle medycznym od dawna wprowadzono stosowanie stopów typu ELI o doskonałej odporności na korozję (niska zawartość żelaza, tlenu i wodoru). Jednakże w ostatnich badaniach i rozwoju stopów tytanu na implanty i mocowania, w oparciu o raporty dotyczące właściwości niszczących pojedynczego modułu, stop Ti-13Nb-13Zr został ujednolicony poprzez zastąpienie wanadu ( V) z nie niszczącym niobem (Nb). (ASTM, ISO). Istnieje również korzystny stop, który aktywnie odprowadza aluminium i wkrótce zostanie wprowadzony na rynek.

Jako amerykańska norma ASTM (kod F) do zastosowań medycznych, jest ona równoważna światowemu standardowi w Europie. Norma ISO i norma ASTM zostały skonsolidowane i połączone w normę europejską. Japonia porządkuje swoje normy krajowe, przyjmując normy odpowiadające ASTM i ISO i zaczyna formułować normy w oparciu o normy ISO.

Materiały tytanowe określone w normach ASTM stosowane w implantach i mocowaniach reprezentowanych przez sztuczne stawy kolanowe, stawy biodrowe (w tym głowy kości udowych) itp. są wymienione w Tabeli 1 według ich kształtów. Przez długi czas czyste stopy tytanu i Ti-6AI-4V, w tym materiały proszkowe, były przetwarzane na komponenty i części o różnych kształtach.

Części, w których szeroko stosowane są materiały tytanowe, to sztuczne stawy udowe, sztuczne stawy kolanowe, płytki kostne itp., Które nadają się do chirurgii ortopedycznej. deformujące zapalenie stawów
Reumatyzm [w tłumaczeniu „Liumaqizim”, co oznacza silny ból stawów i mięśni, a także jest chorobą alergiczną – przyp. tłumacza] i inne przyczyny silnego bólu, skutkującego trudnościami w chodzeniu, pozwolą Pacjentom cierpiącym na tę chorobę całkowicie wyeliminować ból i móc chodzić po operacji sztucznego stawu biodrowego i sztucznego stawu kolanowego. W Japonii rocznie wykonuje się 80000 operacji sztucznej wymiany stawu biodrowego i 40000 operacji sztucznej wymiany stawu kolanowego (statystyki z 2005 roku). W przyszłości, wraz z nadejściem starzejącego się społeczeństwa, można się spodziewać, jakie procentowe tempo wzrostu zostanie wykorzystane do zaspokojenia tego zapotrzebowania.

Tytan nie nadaje się do wszystkich sztucznych części stawów. W częściach stawowych nie nadają się części, które często się wahają, ponieważ tytan jest łatwy w zużyciu (odpowiednia jest ceramika i stopy kobaltu), a do implantowanych części należy stosować stopy tytanu. Aby szybko zintegrować się z biologiczną kością, powierzchnia stopu tytanu musi być nierówna i pokryta czujnikami kostnymi, takimi jak apatyt (Apatyt) i bioszkło. Ponadto do zespolenia złamania stosuje się gwoździe śródszpikowe ze stopu tytanu i płytki ze stopu tytanu. Rycina 3 przedstawia różne przykłady implantacji i mocowania.

Wzrastający trend obserwuje się także w dziedzinie stomatologii w zakresie stosowania implantów i akcesoriów. Ilość użytego tytanu jest niewielka i jest on wykonany z czystego tytanu, stopu tytanu i stopu z pamięcią kształtu TiNi. Jego kształty obejmują typ płytki, typ gwintu, typ tulei i typ koszyka, jak pokazano na rysunku 4. Te części i komponenty są wbijane bezpośrednio w kość szczęki w celu zamocowania na wszczepionej części dziąsła i są pokryte apatytem, ​​który odzwierciedla skład kości. Ogólnie rzecz biorąc, tytan jest bardzo odpowiedni do metalowych implantów zębów. Istnieją dwie metody: odlewanie precyzyjne i formowanie superplastyczne. W porównaniu z dotychczasowym stosowaniem stopów kobaltu i chromu jest lżejszy i nie powoduje zmiany zapachu w kwaśnych produktach spożywczych. Ponieważ zastosowanie materiałów tytanowych wykracza poza zakres diagnostyki i leczenia ubezpieczenia zdrowotnego, cena jest dość droga.

Jako implant (wkopany) lub dodatek do zabiegów wewnętrznych, gdy pacjent cierpi na wolne bicie serca, można wszczepić (wkopać) rozrusznik serca (rozrusznik--automatyczne urządzenie skurczowe komór), aby stymulować serce. Urządzenie zapewniające prawidłową liczbę uderzeń serca – przyp. tłumacza). Od żyły podobojczykowej do serca wprowadza się drut elektrodowy. Elektroda ta wprowadza sygnały elektroniczne do rozrusznika serca, który staje się rozrusznikiem serca. Od niedawna produkt rozrusznika serca ma masę 20 g i grubość 6 mm. Jest tak mały, że łączy się go z drutami elektrodowymi i osadza pod skórą. Bateria i obwód sterujący zapakowane są w mały pojemnik (pudełko), który jest produktem wykonanym z czystego tytanu, nieszkodliwym dla organizmów żywych. Żywotność baterii musi wynosić co najmniej 6 lat, dlatego ten mały pojemnik (pudełko) musi zapewniać długoterminową stabilność i bezpieczeństwo. Obecnie skorzystało z niego prawie 5000 osób w Japonii.

Efekty leczenia tytanem można zobaczyć także w narzędziach chirurgicznych. Zwłaszcza w przypadku długotrwałej neurochirurgii trwającej dłużej niż 10 godzin, kleszcze muszą być również lekkie, a kleszcze hemostatyczne i inne kleszcze hemostatyczne muszą być wykonane z tytanu. Wiele urządzeń do leczenia stomatologicznego, takich jak implanty, narzędzia chirurgiczne do mocowania i wibratory do usuwania kamienia nazębnego, jest wykonanych z tytanu. Oprócz implantów i zaczepów z tytanu wykonuje się również sprzęt pomocniczy i wózki inwalidzkie. Jeżeli na skutek choroby lub wypadku brakuje części kończyny, należy wykonać protezę, aby przywrócić jej funkcję. Ponieważ główna część jest wykonana z metalu, musi być lekka, trwała (głównie odporność na korozję i odporność na uszkodzenia zmęczeniowe) oraz pod względem zgodności biologicznej (Ni, Cr itp.) jest stosowana. Jeśli chodzi o wózki inwalidzkie, głównym celem jest zmniejszenie masy całego wózka inwalidzkiego, dlatego niektórzy używają tytanu w prawie wszystkich metalowych częściach, takich jak ramy i koła.