Biomedyczne materiały ze stopów tytanu odnoszą się do rodzaju funkcjonalnych materiałów konstrukcyjnych stosowanych w inżynierii biomedycznej, w szczególności do produkcji i wytwarzania implantów chirurgicznych i instrumentów ortopedycznych [1]. Produkcja i przygotowanie materiałów do obróbki stopów tytanu obejmuje dziedziny metalurgii, obróbki ciśnieniowej, materiałów kompozytowych i przemysłu chemicznego. Jest uznawany na świecie za produkt-zaawansowany technologicznie. Tytan i stopy tytanu stopniowo wkraczają do obszaru konsumpcji cywilnej z dziedzin przemysłu lotniczego, lotniczego, obronnego i wojskowego [2]. Takie jak implanty i urządzenia medyczne w branży medycznej i zdrowotnej; Rośnie zapotrzebowanie na materiały do obróbki tytanu w przypadku tytanowych kijów golfowych, tytanowych oprawek okularów, tytanowych zegarków, tytanowych rowerów i innych produktów branży sportowej i rekreacyjnej. Wraz z dynamicznym rozwojem i znaczącym przełomem w biotechnologii, przemysł biomedycznych materiałów metalowych i ich wyrobów stanie się filarem gospodarki światowej [3]. Wśród nich popyt na tytan i jego stopy również szybko i stale rośnie w ostatnich latach ze względu na ich doskonałe wszechstronne właściwości, takie jak niewielka waga, niski moduł sprężystości, nie-nietoksyczny i nie{11}}magnetyczny, odporność na korozję, wysoka wytrzymałość i dobra wytrzymałość [4]. Jednocześnie, w miarę jak stop tytanu zaczyna wkraczać do chirurgii plastycznej i innych dziedzin, pojawia się nowy potencjalny popyt rynkowy, a rynek stopów tytanu będzie w przyszłości rósł szybciej.
Postęp badań nad stopem tytanu medycznego
1.1 klasyfikacja medycznych stopów tytanu
Stopy tytanu można podzielić na: stop tytanu typu, + typu i typu 3.
1.2 trend rozwojowy medycznego stopu tytanu
Badania literatury [8-14] wykazały, że odpowiedni badacze w kraju i za granicą zgadzają się, że rozwój medycznego stopu tytanu przebiegał w trzech przełomowych etapach. Pierwszy etap stanowi czysty tytan i stop Ti-6Al-4V; Drugi etap to nowy etap reprezentowany przez stop ti-5a1-2.5fe i ti-6a1-7nb + Type; Trzeci etap to głównie rozwój i rozwój lepszej biokompatybilności i niższego modułu sprężystości - etap stopu tytanu. Idealny biomedyczny stop tytanu [15] musi spełniać następujące warunki: dobrą biokompatybilność, niski moduł sprężystości, niską gęstość, dobre właściwości antykorozyjne, nietoksyczność, wysoką granicę plastyczności, długą trwałość zmęczeniową, dużą plastyczność w temperaturze pokojowej, łatwość formowania, łatwość odlewania itp. Obecnie ważnymi stopami szeroko stosowanymi w materiałach na implanty są Ti-6A1-4V i ti-6a1-4veli. Donoszono, że pierwiastek [16-19] V może powodować reakcję nowotworową tkanki oraz może mieć skutki toksyczne i uboczne dla organizmu człowieka, natomiast Al może powodować osteoporozę, zaburzenia psychiczne i inne choroby; Aby rozwiązać ten problem, biomaterialiści angażują się w odkrywanie i badanie nowych biomedycznych materiałów ze stopów tytanu bez V i al. Wcześniej należy dowiedzieć się, jakie pierwiastki stopowe nadają się do dodania, są nietoksyczne i zgodne z zasadą biokompatybilności. Niektóre badania [20-23] wykazały, że zawiera on nietoksyczne pierwiastki, takie jak molibden, niob, tantal i cyrkon. Stop tytanu zawiera dużą zawartość pierwiastków stabilnych i + W porównaniu ze stopem tytanu typu I ma niższy moduł sprężystości (E=55 ~ 80gpa), lepsze właściwości ścinające i wytrzymałość, i jest bardziej odpowiedni do implantacji w ludzkim ciele.
2 Zastosowanie stopu tytanu
2.1 podstawy medyczne stopu tytanu
Zaletami stosowania tytanu i stopu tytanu jako implantów ludzkich są: (1) gęstość (20 stopni)=4.5g/cm3, niewielka waga. Wszczepienie w ciało ludzkie: zmniejszenie obciążenia ciała ludzkiego. Jako wyrób medyczny: zmniejszyć obciążenie operacyjne personelu medycznego. (2) Moduł sprężystości jest niski, a czysty tytan wynosi 108500 mpa. Wszczepia się go w ciało ludzkie: znajduje się bliżej naturalnej kości organizmu człowieka, co sprzyja połączeniu kości i zmniejsza efekt osłony naprężeniowej kości na implancie. (3) Niemagnetyczny, na który nie ma wpływu pole elektromagnetyczne ani burza, co zapewnia bezpieczeństwo ludzi po użyciu. (4) Nietoksyczny. Jako implant nie powoduje skutków ubocznych dla organizmu człowieka. (5) Odporność na korozję (bioobojętny materiał metaliczny), doskonała odporność na korozję w środowisku zanurzenia ludzkiej krwi, dobra kompatybilność z ludzką krwią i tkanką komórkową, brak zanieczyszczeń ludzkich i reakcji alergicznych jako implant, co jest podstawowym warunkiem stosowania tytanu i stopu tytanu. (6) Ma wysoką wytrzymałość i dobrą wytrzymałość. Uszkodzenia kości i stawów są spowodowane urazem, nowotworem i innymi czynnikami. W celu ustalenia stabilnego rusztowania kostnego należy zastosować płytki łukowe, śruby, sztuczne kości i stawy. Implanty te powinny pozostać w organizmie człowieka przez długi czas i będą podatne na zginanie, skręcanie, wyciskanie i skurcze mięśni ciała ludzkiego. Wymagane jest, aby implanty charakteryzowały się dużą wytrzymałością i wytrzymałością.
2.2 Dziedzina medyczna i ortopedyczna stopów tytanu
Sytuacja rynkowa wraz z rozwojem stopów tytanu, wzrostem odmian tytanu i spadkiem ceny, zastosowanie tytanu w przemyśle cywilnym wzrosło dwukrotnie. CFDA dzieli urządzenia medyczne na trzy poziomy według ich bezpieczeństwa, od wysokiego do niskiego, a trzy-rządy odpowiednio je nadzorują i zarządzają. Implanty wykonane z tytanu i materiałów ze stopów tytanu należą do trzeciej kategorii wyrobów medycznych i stanowią-materiały eksploatacyjne o wysokiej wartości. Podbranże, w których segmenty rynku stanowią ponad 5%, obejmują diagnostykę in vitro, diagnostykę kardiologiczną, diagnostykę obrazową, ortopedię, okulistykę i chirurgię plastyczną. Wśród nich diagnostyka in vitro, ortopedia i interwencja kardiologiczna to najszybciej-rosnące-o wysokiej wartości towary konsumpcyjne w Chinach. Zastosowanie tytanu biomedycznego i jego materiałów stopowych przeszło trzy przełomowe etapy [27]: na początku lat pięćdziesiątych XX wieku po raz pierwszy w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych zastosowano komercyjny czysty tytan do produkcji płytek kostnych, śrub, gwoździ śródszpikowych i stawów biodrowych. Mathys ze Szwajcarii wykorzystuje również stop ti-6a1-7nb do produkcji nierozwierconych blokujących się systemów gwoździ śródszpikowych (w tym kości piszczelowej, kości ramiennej i kości udowej) oraz pustych śrub do leczenia złamań szyjki kości udowej. Produkcja bioaktywnego materiału z porowatego stopu Ni Ti (pnt) Klatka międzytrzonowa szyjna i lędźwiowa (klatka) Firma biorthex z Kanady opracowała klatkę zespoloną międzytrzonową szyjną i lędźwiową wykonaną z porowatego stopu Ni Ti, opatentowanego materiału actipore GA, do leczenia ortopedycznych urazów kręgosłupa. nowego typu Stop tytanu to zaawansowany materiał, który może znaleźć zastosowanie w ortopedii, stomatologii i interweniuniu naczyniowym. Przemysł ortopedycznych wyrobów medycznych ma 9% udziału w światowym rynku wyrobów medycznych i nadal szybko rośnie. Rynek ortopedycznych wyrobów medycznych dzieli się głównie na cztery obszary: urazowy, stawowy, kręgosłupa i inne. Wśród nich trauma jest jedyną podzieloną dziedziną, która nie została zajęta przez przedsiębiorstwa zagraniczne. Głównym powodem jest to, że produkty w tej dziedzinie mają niski poziom techniczny, są łatwe do skopiowania, a obsługa jest mniej skomplikowana. Może to realizować wiele szpitali średniego i trzeciego stopnia, czego nie są w stanie w pełni pokryć przedsiębiorstwa zagraniczne. Produkty urazowe można podzielić na urządzenia do stabilizacji wewnętrznej i urządzenia do stabilizacji zewnętrznej. Produkty urazowe do mocowania wewnętrznego obejmują gwoździe śródszpikowe, płytki kostne i śruby. W 2012 roku na krajowym rynku ortopedycznym urazy stanowiły 34%, stawy 28%, kręgosłup 20% i pozostałe 18%. Duże stawy to wysokiej klasy urządzenia medyczne o wysokich barierach technicznych. Obecnie szpitale głównego nurtu importują głównie materiały ortopedyczne. Nadal istnieje luka pomiędzy produktami krajowymi i importowanymi pod względem technologii, projektowania, badań i rozwoju, materiałów, procesu obróbki powierzchni itp. Sztuczne stawy dzielą się głównie na sztuczne stawy kolanowe, biodrowe, łokciowe, barkowe, palcowe i palcowe, wśród których najważniejszymi endoprotezoplastykami stawów są stawy biodrowe i kolanowe, stanowiące ponad 95% światowego rynku endoprotez stawów. Implanty kręgosłupa obejmują system płytek śrubowych w odcinku piersiowo-lędźwiowym, system płytek śrubowych w odcinku szyjnym i system klatek fuzyjnych. System klatek międzykręgowych stosowany jest głównie w leczeniu wymiany krążka międzykręgowego. To także najważniejszy segment, na który przypada około połowa całego rynku implantów kręgosłupa.
3 wnioski
Doskonała wydajność stopu tytanu sprawia, że jest to wiodąca pozycja w dziedzinie medycyny. Wraz z przełomem w biotechnologii i dużym zapotrzebowaniem na zastosowania medyczne, technologia projektowania i przygotowania materiałów ze stopu tytanu szybko się rozwinęła. Obecnie głównymi produkowanymi stopami tytanu medycznego są stopy tytanu typu +. Jeśli chodzi o proces przygotowania, obecnie największy udział w rynku zajmuje produkcja TC4 (tc4eli). Ze względu na pewne zalety w zakresie biokompatybilności i kompatybilności mechanicznej stop tytanu typu T- stał się gorącym punktem badań nad nowym medycznym stopem tytanu i najbardziej potencjalną technologią w dziedzinie implantów medycznych. W przyszłości technologia produkcji stopów tytanu powinna rozwijać się w kierunku niskiego modułu, dużej wytrzymałości, dobrej biokompatybilności i kompatybilności mechanicznej. Z trendu rozwojowego typ stopu tytanu stanie się przyszłym kierunkiem rozwoju i głównym nurtem rynku medycznych stopów tytanu.
