wprowadzić
Materiały metalowe od dawna są wprowadzane w życie ludzi. Nowoczesne biomedyczne materiały funkcjonalne rozpoczęły się w latach 30. XX wieku. Początkowo stal nierdzewna została opracowana na implanty i zastosowania medyczne. Drugim materiałem jest stop na bazie kobaltu. Około 1960, tytan i jego stopy pojawiły się jako najnowsza generacja biomateriałów metalicznych. Od samego początku tytan był znany jako cudowny metal i cieszył się szerokim zainteresowaniem.
Co sprawia, że tytan jest tak wyjątkowy?
Jako metal przejściowy tytan ma cechy niskiej gęstości i wysokiej wytrzymałości. Jest odporny na korozję w różnych warunkach. Co najważniejsze, tytan jest obojętny i nie ma na nie wpływu płyny ustrojowe i tkanki. Są to tzw. biokompatybilność i odporność na korozję. Są kluczowym wymogiem w zastosowaniach medycznych.
Tabela 1 opisuje podstawowe właściwości stopów tytanu, stali nierdzewnej i kobaltu. Tytan ma minimalną gęstość 4,51 g/cm-3, podczas gdy stal nierdzewna ma gęstość 8 g/cm-3. Przy porównywalnej wytrzymałości na rozciąganie tytan ma wyższy stosunek wytrzymałości do gęstości wynoszący 76 kN m/kg. 20 procent wyższa niż stal nierdzewna (wytrzymałość/gęstość 63 kN m/kg). Wartość modułu sprężystości tytanu jest tylko o połowę mniejsza niż w przypadku konwencjonalnej stali nierdzewnej i stopów kobaltu. Jest bliżej ludzkiego szkieletu. Tytan jest również nieferromagnetyczny i ma niską rozszerzalność cieplną i przewodność elektryczną.
Tytan i jego stopy mają jedne z najbardziej użytecznych właściwości, dzięki którym odniosły ogromny sukces w ortopedii, implantach i narzędziach chirurgicznych. Standard Titanium Co. jest producentem i dostawcą walcarek do metali tytanowych i miedziowo-niklowych oraz wyrobów gotowych, obejmujących najszerszą gamę produktów walcowniczych, gatunków i rozmiarów.
Standard Titanium Co. znajduje się w chińskim centrum produkcji tytanu, oferując najniższe ceny i najwyższe standardy inżynierii metali na rynku. Jesteśmy pewni, że cena i jakość są bezkonkurencyjne, dlatego wprowadziliśmy Gwarancję Obietnicy Ceny. Klienci na całym świecie wybierają Standard Titanium jako zaufanego i niezawodnego dostawcę walcowni tytanu i miedzi z niklem oraz gotowych produktów.
Sztuczne stawy i implanty medyczne
Ludność świata starzeje się. Żyjemy teraz bardzo aktywnie i pragniemy żyć dłużej. Obrażenia spowodowane intensywnymi ćwiczeniami, ruchem drogowym i innymi wypadkami są obfite. Wyraźnie rośnie zapotrzebowanie na sztuczne stawy. Tytan i jego stopy są powszechnie stosowane w produkcji urządzeń wszczepialnych, takich jak: sztuczne biodra, sztuczne kolana, płytki kostne, śruby mocujące złamania, protezy zastawek serca, rozruszniki serca i sztuczne serca. Na całym świecie każdego roku ponad 100 milionów pacjentów otrzymuje terapię zastępczą, a pacjentom wszczepia się ponad 1,000 tony tytanu.
Mechanicznie, te metalowe implanty muszą nabrać kształtu i pozostać funkcjonalne podczas użytkowania. Nasze codzienne czynności obejmują zginanie, skręcanie, ściskanie i skurcze mięśni. Te części wykonane przez człowieka nie mogą ulegać degradacji pod wpływem zmęczenia, zużycia i obciążeń udarowych. Tytan jest o 50 procent lżejszy niż stal nierdzewna i ma o 20 procent wyższy stosunek wytrzymałości do gęstości. Jest lżejszy i mocniejszy. Po wszczepieniu w ludzkie ciało zmniejsza obciążenie organizmu. Pacjent poczuje się bardziej elastyczny i aktywny. Pomiędzy sztuczną częścią a ludzkim ciałem pojawi się ciśnienie. Tak zwane naprężenie międzyfazowe jest spowodowane niedopasowaniem modułu sprężystości. Jak widać z tabeli 1, moduł sprężystości tytanu jest najniższy spośród trzech materiałów. Mechaniczna kompatybilność implantów tytanowych z ludzką kością jest znacznie lepsza.
Fizjologicznie organizm odrzuca ciała obce. Gdy jako biomateriały stosuje się stal nierdzewną i kostopy, po zabiegu implantacji często obserwuje się stan zapalny, zaczerwienienie i swędzenie. Tytan i stopy tytanu są dobrze znanymi biologicznie obojętnymi materiałami metalicznymi. Posiadają doskonałą odporność na korozję w środowisku immersyjnym ludzkiej krwi. Jest bardzo odporny na ludzką krew i tkankę, zapewniając dobrą kompatybilność. Nie ma praktycznie żadnych zanieczyszczeń i reakcji alergicznych, co znacznie poprawia powrót do zdrowia pacjenta. To podstawa szerokiego zastosowania tytanu.
Ogólnie rzecz biorąc, komercyjnie czysty tytan (Cp Ti) jest uważany za najlepszego kandydata, ponieważ czysty tytan ma najlepszą biokompatybilność. Ale Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr i Ti-6 Stopy Al-4V ELI są również szeroko stosowane w implantach medycznych. Sprawdź naszą stronę internetową, aby zapytać o naszą różnorodną ofertę!
Sprzęt ortopedyczny
Głównym zadaniem ortopedii jest korygowanie deformacji szkieletu. Skręcone ciało potrzebuje siły zewnętrznej, aby powrócić do normalnej pozycji. Urządzenia ortopedyczne powinny zapewniać mocne podparcie i zapamiętywać prawidłową sylwetkę. Oprócz odporności na zużycie i korozję, wymaganą wyjątkową właściwością jest pamięć kształtu. Stopy tytanowo-niklowe z pamięcią kształtu łączą w sobie dużą wytrzymałość i właściwości pamięciowe. Obecnie płytki kostne wspólne, gwoździe śródszpikowe, stabilizacja wewnętrzna żuchwy i korekcja skoliozy wykonywane są ze stopów tytanowo-niklowych.
implant dentystyczny
Implanty dentystyczne są nieco inne. Istnieją trzy rodzaje implantów dentystycznych: osseointegrowane, miniimplanty do zakotwiczenia ortodontycznego oraz jarzmowe. Tytan znalazł zastosowanie jako korony dentystyczne, szpilki koronowe, mosty stałe, mosty porcelanowe, mosty klejone, pierścienie podtrzymujące protezy, podstawy, urządzenia łączące i wzmacniające. Niemal wszystkie metalowe części protez pokryte są tytanem.
Zacznijmy od typowej osteointegracji. Najpierw lekarz umieści „korzeń” lub „nasienie” w kości szczęki. Po ustabilizowaniu się, nadbudowa zęba połączy się z implantem. Wtedy wyrosną na nim nowe zęby. Na tym polega różnica między implantami medycznymi a implantami dentystycznymi. Implanty medyczne zastępują uszkodzoną tkankę twardą lub „klej” lub „śruby” do łączenia uszkodzonej tkanki twardej. Ale implanty dentystyczne pomagają rosnąć nowym strukturom. Jak czarująco!
Ta „łatwa” procedura wymaga doskonałej biokompatybilności i właściwości termicznych. Kiedy pijesz zupę i jesz lody, ludziom może być gorąco i zimno, ale te uczucia pochodzą z ust, a nie z zębów. Zdrowe zęby nie ulegają podrażnieniom.
Tytan ma bardzo niską rozszerzalność cieplną. Kiedy implant na bazie tytanu jest używany jako „korzeń”, nie rozszerza się ani nie kurczy w ustach osoby. Nowo powstały ząb pozostanie tam, gdzie powinien. Przewodność cieplna tytanu jest bardzo niska, tylko 1/5 stali nierdzewnej, 1/3 aluminium i 1/2 miedzi. Stosowany jako korona nie przenosi się na rzeczywistą strukturę zęba. Tytan chroni miazgę przed gorącem i zimnem.
W dziedzinie stomatologii, precyzyjne odlewanie tytanu charakteryzuje się wysoką dokładnością wymiarową, brakiem pęcherzyków i braków skurczowych. Obecnie 4 rodzaje komercyjnie czystego tytanu (Cp Ti) są używane wyłącznie do implantów dentystycznych. Są to klasy ASTM od 1 do 4. Wszystkie mają niski poziom przewodnictwa elektronowego, wysoką odporność na korozję, stan termodynamiczny w fizjologicznym pH, niską skłonność do tworzenia jonów w środowisku wodnym oraz punkty izoelektryczne tlenków 5-6.
Od poziomu 1 do 4 czystość spada, a siła wzrasta. Tytan Grade 2 jest najpopularniejszą gwiazdą w zastosowaniach implantologicznych. Jego minimalna granica plastyczności wynosząca 275 MPa jest porównywalna z wyżarzonymi austenitycznymi stalami nierdzewnymi. Stopy tytanu mogą być również stosowane, gdy wymagana jest wyższa wytrzymałość. Stopy takie jak Ti-6Al-4V są również używane przy różnych okazjach.
Narzędzia chirurgiczne
W rozwoju narzędzi chirurgicznych pierwszą generacją jest stal węglowa, a jej wydajność po powlekaniu galwanicznym nie spełnia już wymagań zastosowań klinicznych. Często powodują infekcję. Druga generacja to austenityczna stal nierdzewna, ale zawartość chromu jest toksyczna i ma pewien wpływ na organizm człowieka.
W produkcji narzędzi chirurgicznych pierwszymi kwestiami, które należy wziąć pod uwagę, są właściwości mechaniczne i ciągliwość. Metal musi mieć pewną ciągliwość, aby zachować pożądany kształt bez wad. Niektóre podstawowe narzędzia chirurgiczne, takie jak skalpele, kleszcze i nożyczki, są długie i cienkie. Aby zapewnić bezpieczną pracę, instrument wymaga pewnej siły. Muszą być wystarczająco mocne i nie pękać podczas operacji. Minimalny moduł wymagany dla narzędzi chirurgicznych to 100 GPa. Moduł tytanu wynosi 116 GPa.
Podczas zabiegów chirurgicznych narzędzia są bezpośrednio narażone na żywą tkankę. Wymagana jest odporność na korozję, biokompatybilność i właściwości magnetyczne. Tytan nie jest toksyczny dla tkanki ludzkiej. Nie wywołuje żadnej odpowiedzi immunologicznej. Sale operacyjne są czasami narażone na działanie pól magnetycznych. Na przykład rezonans magnetyczny wytwarza pole magnetyczne o wartości około 1,5 Tesli. To pole magnetyczne może wpływać na narzędzia chirurgiczne na wiele sposobów, w tym: niepożądany ruch spowodowany oddziaływaniem pola magnetycznego (tj. efekt pocisku), nagrzewanie się narzędzia w wyniku osadzania mocy o częstotliwości radiowej (RF) oraz fotografowanie związane z użyciem narzędzi. Tytan jest niemagnetyczny, aby zapewnić bezpieczną pracę. Jego niemagnetyczne właściwości eliminują również ryzyko uszkodzenia drobnej i wrażliwej wszczepionej elektroniki.
Po zabiegu proces sterylizacji odbywa się pod strumieniem gorącej pary o wysokiej temperaturze. Do czyszczenia bakterii i infekcji stosuje się różne środki czyszczące. Po wielokrotnym czyszczeniu rozmiar instrumentu nie zmienia się i nie ma to wpływu na jakość powierzchni. Zużycie również powinno być minimalne. Chirurdzy potrzebują instrumentów, które działają przy każdym użyciu. Tytan i stopy tytanu mają dobrą odporność na korozję. Zakres temperatur pracy od 150 o C do 500 o C.
Wreszcie niewielka waga tytanu sprawia, że nadaje się on szczególnie do mikrochirurgii. Lekkie narzędzia chirurgiczne mogą zmniejszyć zmęczenie chirurga, zwłaszcza podczas długotrwałych zabiegów.
W dziedzinie wyrobów medycznych tytan medyczny i stopy tytanu są wysokiej jakości materiałami metalowymi i znajdują szerokie zastosowanie. Elektrody laserowe, wiertła i kleszcze są zwykle wykonane z tytanu.
