Sažetak: Snažnim razvojem i velikim otkrićima biotehnologije, potražnja za biomedicinskim legurama titana brzo raste. Međutim, zbog patogenosti V i Al u široko rasprostranjenim medicinskim legurama titana, poput TC4 i TC4ELI, istraživanje i razvoj novih legura medicinskog titana ima veliki praktični značaj i široku tržišnu perspektivu u mojoj zemlji. Ovaj članak ukratko opisuje klasifikaciju, osnovna svojstva i primjenu biomedicinskih legura titana; ističe svoj razvojni trend u medicinskom području; te sažima osnovne metode obrade i pripreme te metode vrednovanja performansi novih legura β titana.
Ključne riječi: medicinska legura titana; razvoj; napredak istraživanja; obrada
Biomedicinski materijal od legure titana posebno se odnosi na klasu funkcionalnih konstrukcijskih materijala koji se koriste u biomedicinskom inženjeringu, posebno se odnosi na proizvodnju i proizvodnju kirurških implantata i ortopedskih pomagala [1]. Proizvodnja i priprema materijala za preradu legura titana uključuje područja metalurgije, prerade pod pritiskom, kompozitnih materijala i kemikalija, te je u svijetu prepoznat kao visokotehnološki proizvod. Titan i legure titana postupno su ušle u područje civilne potrošnje iz zrakoplovne, zrakoplovne, nacionalne odbrambene i vojne industrije [2]. Proizvodi poput implantata i medicinske opreme u medicinskoj i zdravstvenoj industriji; titanium golf palice u industriji sporta i razonode, okviri od naočala od titana, satovi od titana, bicikli od titana i drugi proizvodi sve su traženiji za materijale obrađene od titana. Snažnim razvojem i velikim otkrićima biotehnologije, industrija biomedicinskih metalnih materijala i njihovih proizvoda razvit će se u stub svjetske ekonomije [3]. Među njima, titan i njegove legure oslanjaju se na izvrsna sveobuhvatna svojstva kao što su mala težina, niski moduli elastičnosti, netoksični, nemagnetni, otpornost na koroziju, visoka čvrstoća i dobra žilavost. Posljednjih godina potražnja za titanom i njegovim legurama također se brzo i postojano povećavala [4]. U isto vrijeme, kako legure titana počinju ulaziti u plastičnu kirurgiju i druga područja, pojavljuju se i novi potencijalni zahtjevi tržišta, a tržište legura titana u budućnosti će bilježiti brži rast.
1 Napredak istraživanja medicinskih legura titana
1.1 Klasifikacija medicinskih legura titana
Legure titana mogu se podijeliti u tri vrste prema tipu mikrostrukture materijala: α-tip, α + β-tip i β-legura titana.
1.2 Trend razvoja medicinskih legura titana
Prema istraživanju literature [8-14], relevantni istraživači u zemlji i inostranstvu slažu se da je razvoj medicinskih legura titana prošao kroz tri ikonične faze. Prva faza je predstavljena čistim titanom i legurom Ti-6Al-4V; Druga faza je nova vrsta legure α + β predstavljena Ti-5A1-2.5Fe i Ti-6A1-7Nb; treća faza je uglavnom razvoj i razvoj β-titana s boljom biokompatibilnošću i nižim modulom elastičnosti. Stupanj legure. Idealni biomedicinski materijal od legure titana [15] mora ispunjavati sljedeće uvjete: dobra biokompatibilnost, nizak modul elastičnosti, niska gustoća, dobre antikorozivne performanse, netoksičan, velika granica tečenja, dug vijek trajanja na umoru i visoka temperatura na sobnoj temperaturi . Velika plastičnost, lako oblikovanje, jednostavno lijevanje itd. Trenutno su važne legure koje su imale široku primjenu u implantatskim materijalima Ti-6A1-4V i Ti-6A1-4VELI. U literaturi je objavljeno [16-19] da V element može izazvati reakcije malignog tkiva i može imati toksične nuspojave na ljudsko tijelo, dok Al može uzrokovati osteoporozu i mentalne poremećaje; kako bi riješili ovaj problem, trenutni znanstvenici o biomaterijalima predani su istraživanju Prije istraživanja novih biomedicinskih materijala od legura titana koji ne sadrže V i Al, potrebno je utvrditi koji su elementi legure prikladni za dodavanje koji nisu toksični i u skladu su s princip biokompatibilnosti. Studije [20-23] su otkrile da β legure titana koje sadrže molibden, niobij, tantal, cirkonij i druge netoksične elemente sadrže veći sadržaj β stabilizacijskih elemenata i imaju niži modul elastičnosti u usporedbi s α + β legure titana (E=55 ~ 80GPa) i bolje performanse smicanja i žilavosti, pogodnije za implantaciju u ljudsko tijelo kao implantat.
2 Primjena legure titana
2.1 Medicinska osnova legure titana
Glavne prednosti korištenja titana i legura titana kao ljudskih implantata su: (1) Gustoća (20 ° C)=4,5 g/cm3, mala težina. Umetnuti u ljudsko tijelo: smanjiti opterećenje ljudskog tijela, kao medicinsko sredstvo: smanjiti operativno opterećenje medicinskog osoblja. (2) Modul elastičnosti je nizak, a čisti titan je 108500MPa. Ugrađuje se u ljudsko tijelo: bliže je prirodnoj kosti ljudskog tijela, što pogoduje povezivanju kosti i smanjuje učinak zaštite kosti od stresa na implantat. (3) Nemagnetni, na njih ne utiču elektromagnetna polja i grmljavina, što je korisno za sigurnost ljudskog tijela nakon upotrebe. (4) Netoksičan, kao implantat, nema toksičnih i nuspojava po ljudsko tijelo. (5) Otpornost na koroziju (biološki inertan metalni materijal). Ima odličnu otpornost na koroziju u uronjenom okruženju ljudske krvi, osiguravajući dobru kompatibilnost s ljudskom krvlju i staničnim tkivom, te ne uzrokuje zagađenje ljudskog tijela kao implantat. Doći će do alergijskih reakcija, što je osnovni uvjet za primjenu titana i legura titana. (6) Visoka čvrstoća i dobra žilavost. Oštećenja kostiju i zglobova uzrokovana traumom, tumorima i drugim faktorima. Da bi se uspostavila stabilna koštana skela, potrebno je koristiti zakrivljene ploče, vijke, umjetne kosti i zglobove itd., A ove implantate treba ostaviti duže vrijeme. Ljudsko tijelo je izloženo savijanju, uvijanju, stiskanju i mišićnoj kontrakciji ljudskog tijela, što zahtijeva da implant ima visoku čvrstoću i žilavost.
2.2 Područje medicine i ortopedije od legure titana
Tržišno stanje S razvojem legura titana, povećanjem raznolikosti materijala od titana i smanjenjem cijena, primjena titana u civilnoj industriji eksponencijalno je porasla. CFDA dijeli medicinska sredstva na tri nivoa prema njihovoj sigurnosti od visokog do niskog, a nadziru ga i upravljaju tri nivoa vlasti. Implantati od titana i materijala od legure titana pripadaju trećoj kategoriji medicinskih uređaja i visoko su vrijedni potrošni materijal. . Podsektori koji čine više od 5% tržišnog segmenta uključuju in vitro dijagnostiku, kardiologiju, slikovnu dijagnostiku, ortopediju, oftalmologiju i plastičnu hirurgiju. Među njima su dijagnostika in vitro, ortopedija i srčana intervencija najbrže rastući potrošni materijal visoke vrijednosti u Kini. Primjena biomedicinskog titana i njegovih legura prošla je kroz tri znamenite faze [27]: Ranih 1950 -ih, prvo u Ujedinjenom Kraljevstvu i Sjedinjenim Državama, komercijalni čisti titan korišten je za izradu koštanih ploča, vijaka, intramedularnih eksera i kukova zglobovi. . Švicarska kompanija Mathys također koristi leguru Ti-6A1-7Nb za proizvodnju nereamiranih međusobno povezanih intramedularnih sistema noktiju (uključujući tibiju, nadlakticu i femur) i šuplje vijke za liječenje prijeloma vrata bedrene kosti. Bioaktivni materijali od porozne Ni-Ti (PNT) legure za proizvodnju cervikalnih i lumbalnih intervertebralnih fuzijskih kaveza (Kavez) Kanadska kompanija BIORTHEX razvila je upotrebu poroznog materijala od Ni-Ti legure patentiranog ACTIPORE za proizvodnju cervikalnih i lumbalnih intervertebralnih fuzijskih kaveza za liječenje ortopedskih kralježnica povrede. Nova legura β-titana napredan je materijal za ortopediju, stomatologiju i vaskularne intervencije, koja čini 9% globalnog tržišnog udjela medicinskih proizvoda, i još uvijek brzo raste. Tržište ortopedskih medicinskih proizvoda uglavnom je podijeljeno na četiri područja: traume, zglobovi, kralježnica i druga. Među njima, trauma je trenutno jedina podružnica u kojoj ne rade strane kompanije. Glavni razlog je taj što su proizvodi na ovom polju niske tehnologije, laki su za imitaciju i manje su teški za rukovanje. Mnoge sekundarne i tercijarne bolnice to mogu izvesti, a strane kompanije to ne mogu u potpunosti pokriti. . Proizvodi za traumu mogu se podijeliti na uređaje za unutrašnju i vanjsku fiksaciju. Proizvodi traume unutarnje fiksacije uključuju intramedularne eksere, koštane ploče i vijke. Domaće tržište ortopedije u 2012. činilo je 34% traume, 28% zglobova, 20% kičme i dr. 18%. Veliki zglobovi vrhunski su medicinski uređaji s visokim tehničkim preprekama. Trenutno, uobičajene bolnice uglavnom uvoze ortopedski materijal. Još uvijek postoji jaz između domaćih i uvezenih proizvoda u pogledu tehnologije, dizajna, istraživanja i razvoja, materijala i procesa površinske obrade. . Umjetni zglobovi uglavnom se dijele na umjetne zglobove koljena, kuka, lakta, ramena, prstiju, stopala itd. Najvažnije zamjene zglobova uključuju zglobove kuka i koljena, koji zajedno prelaze 95% svjetskog tržišta zamjena zglobova. Uređaji za implantaciju kičme uključuju sustav torakolumbalne ploče kralježnice, sustav ploča vratne kralježnice i sustav fuzijskog kaveza, među kojima se sustav intervertebralnog fuzijskog kaveza uglavnom koristi za liječenje zamjene intervertebralnog diska, a ujedno je i najvažniji segment koji čini oko cijelog Tržište implantata za kičmu Polovina.
3 Zaključak
Vrhunske performanse legure titana postigle su vodeću poziciju u medicini. Tehnologija dizajna i pripreme materijala od legure titana brzo se razvijala s napretkom biotehnologije i velikom potražnjom za medicinskom primjenom. Medicinske legure titana koje se trenutno proizvode uglavnom su legure titana tipa α + β. Iz perspektive procesa pripreme, proizvodnja TC4 (TC4ELI) trenutno zauzima veliki tržišni udio. Legura titana tipa β ima određene prednosti u smislu biokompatibilnosti i mehaničke kompatibilnosti, pa je postala žarište novih legura medicinskog titana i najperspektivnija je tehnologija u području medicinskih implantata. U budućnosti bi se tehnologija proizvodnje legura titana trebala razvijati u smjeru niskog modula, visoke čvrstoće, dobre biokompatibilnosti i mehaničke kompatibilnosti. Iz perspektive razvojnih trendova, legure titana β tipa postat će smjer budućeg razvoja i glavni tok tržišta medicinskih legura titana.
