ბიოსამედიცინო ტიტანის შენადნობის მასალები და აპლიკაციები

ბიოსამედიცინო ტიტანის შენადნობის მასალები და აპლიკაციები

ბიოსამედიცინო ტიტანის შენადნობის მასალები კონკრეტულად ეხება ფუნქციური სტრუქტურული მასალების ტიპს, რომელიც გამოიყენება ბიოსამედიცინო ინჟინერიაში, სპეციალურად ქირურგიული იმპლანტების და ორთოპედიული ხელსაწყოების პროდუქტების წარმოებისა და წარმოებისთვის. ტიტანის შენადნობის გადამამუშავებელი მასალების წარმოება და მომზადება მოიცავს მეტალურგიის, წნევით დამუშავების, კომპოზიტური მასალების და ქიმიური მრეწველობის სფეროებს და არის აღიარებული მაღალტექნოლოგიური პროდუქტი მსოფლიოში. ტიტანი და ტიტანის შენადნობები თანდათან შემოვიდა სამოქალაქო მოხმარების სფეროში საჰაერო კოსმოსური, ავიაციის და ეროვნული თავდაცვის სფეროებიდან. პროდუქტები, როგორიცაა იმპლანტები და სამედიცინო მოწყობილობები სამედიცინო და ჯანდაცვის ინდუსტრიაში; ტიტანის გოლფის კლუბები სპორტისა და დასვენების ინდუსტრიაში, ასევე ტიტანის სათვალეების ჩარჩოები, ტიტანის საათები, ტიტანის ველოსიპედები და სხვა პროდუქტები, ტიტანის დამუშავებულ მასალებზე მოთხოვნა მუდმივად იზრდება. ბიოტექნოლოგიის ენერგიული განვითარება და გარღვევა, ბიოსამედიცინო ლითონის მასალებისა და პროდუქტების ინდუსტრია გადაიქცევა მსოფლიო ეკონომიკის საყრდენ ინდუსტრიად. მათ შორის, ტიტანმა და მისმა შენადნობებმა განიცადეს მოთხოვნის სწრაფი და სტაბილური ზრდა ბოლო წლებში მათი შესანიშნავი ყოვლისმომცველი თვისებების გამო, როგორიცაა მსუბუქი წონა, დაბალი ელასტიური მოდული, არატოქსიკური და არამაგნიტური, კოროზიის წინააღმდეგობა, მაღალი სიმტკიცე და კარგი სიმტკიცე. ამავდროულად, როდესაც ტიტანის შენადნობები იწყებს პლასტიკურ ქირურგიაში და სხვა სფეროებში შესვლას, ბაზრის ახალი პოტენციური მოთხოვნები ჩნდება და ტიტანის შენადნობების ბაზარი მომავალში უფრო სწრაფად გაიზრდება.

სამედიცინო ტიტანის შენადნობების კვლევის პროგრესი

1.1 სამედიცინო ტიტანის შენადნობების კლასიფიკაცია

ტიტანის შენადნობები შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად მასალის მიკროსტრუქტურის ტიპის მიხედვით: α ტიპი, α+β ტიპი და β ტიპის ტიტანის შენადნობი.

1.2 სამედიცინო ტიტანის შენადნობების განვითარების ტენდენცია

ლიტერატურის კვლევის შემდეგ დადგინდა, რომ შესაბამისი მკვლევარები სახლში და საზღვარგარეთ ერთხმად თვლიან, რომ განვითარების სამედიცინო ტიტანის შენადნობები გაიარა სამი საკულტო ეტაპი. პირველი ეტაპი წარმოდგენილია სუფთა ტიტანით და Ti-6Al-4V შენადნობით; მეორე ეტაპი წარმოდგენილია Ti ახალი α+β შენადნობებით, რომლებიც წარმოდგენილია -5A1-2.5Fe და Ti-6A1-7Nb; მესამე ეტაპი არის β-ტიტანის შენადნობების შემუშავებისა და განვითარების ძირითადი ეტაპი უკეთესი ბიოთავსებადობით და ელასტიურობის დაბალი მოდულით. იდეალური ბიოსამედიცინო ტიტანის შენადნობის მასალები უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ პირობებს: კარგი ბიოთავსებადობა, დაბალი ელასტიური მოდული, დაბალი სიმკვრივე, კარგი ანტიკოროზიული თვისებები, არატოქსიკური, მაღალი მოსავლიანობის სიმტკიცე, ხანგრძლივი დაღლილობის ვადა და დიდი პლასტიურობა ოთახის ტემპერატურაზე. , ადვილად ფორმირებადი, ადვილად ჩამოსხმა და ა.შ. მნიშვნელოვანი შენადნობები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება იმპლანტაციის მასალებში არის Ti-6A1-4V და Ti-6A1-4VELI. ლიტერატურაში არის ცნობები, რომ V ელემენტს შეუძლია გამოიწვიოს ავთვისებიანი ქსოვილის რეაქციები და შეიძლება ჰქონდეს ტოქსიკური გვერდითი ეფექტები ადამიანის სხეულზე, ხოლო Al-ს შეუძლია გამოიწვიოს ოსტეოპოროზი და ფსიქიკური დარღვევები. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, ბიომასალის მეცნიერები ამჟამად მოწოდებულნი არიან გამოიკვლიონ და გამოიკვლიონ V-უფასო, Al-ის ახალი ბიოსამედიცინო ტიტანის შენადნობის მასალები, მანამდე კი აუცილებელია იმის გარკვევა, თუ რა სახის შენადნობის ელემენტებია შესაფერისი დასამატებლად, რომლებიც არატოქსიკური და ბიოთავსებადია. . კვლევებმა აჩვენა, რომ β-ტიტანის შენადნობები, რომლებიც შეიცავს არატოქსიკურ ელემენტებს, როგორიცაა მოლიბდენი, ნიობიუმი, ტანტალი და ცირკონიუმი, შეიცავს β-სტაბილიზირებელ ელემენტებს და აქვთ უფრო დაბალი ელასტიურობის მოდული (E=55~80GPa) და უკეთესი ათვლის უნარი და სიმტკიცე, უფრო შესაფერისია ადამიანის სხეულში იმპლანტაციის სახით.

ტიტანის შენადნობების გამოყენება

2.1 ტიტანის შენადნობების სამედიცინო საფუძველი

ტიტანისა და ტიტანის შენადნობების ადამიანის იმპლანტებად გამოყენების ძირითადი უპირატესობებია: (1) სიმკვრივე (20°C) = 4.5 გ/სმ3 და მსუბუქი წონა. ჩანერგილი ადამიანის სხეულში: შეამციროს დატვირთვა ადამიანის სხეულზე; როგორც სამედიცინო მოწყობილობა: შეამცირეთ საოპერაციო დატვირთვა სამედიცინო პერსონალზე. (2) ელასტიურობის მოდული დაბალია, ხოლო სუფთა ტიტანი არის 108500 MPa. ადამიანის სხეულში იმპლანტაციისას: ის უფრო ახლოს არის ადამიანის სხეულის ბუნებრივ ძვალთან, რაც ხელს უწყობს ძვლის გადანერგვას და ამცირებს ძვლის სტრესის დამცავ ეფექტს იმპლანტზე. (3) არამაგნიტური, ელექტრომაგნიტური ველების და ჭექა-ქუხილის ზემოქმედების გარეშე, რაც სასარგებლოა ადამიანის უსაფრთხოებისთვის გამოყენების შემდეგ. (4) ის არატოქსიკურია და არ აქვს ტოქსიკური ან გვერდითი ეფექტები ადამიანის სხეულზე, როგორც იმპლანტი. (5) კოროზიის წინააღმდეგობა (ბიოლოგიურად ინერტული ლითონის მასალა). მას აქვს შესანიშნავი კოროზიის წინააღმდეგობა ადამიანის სისხლის ჩაძირვის გარემოში და უზრუნველყოფს კარგ თავსებადობას ადამიანის სისხლთან და უჯრედულ ქსოვილებთან. როგორც იმპლანტი, ის არ წარმოქმნის ადამიანის დაბინძურებას და არ არის საზიანო ადამიანის სხეულისთვის. მოხდება ალერგიული რეაქციები, რაც ტიტანისა და ტიტანის შენადნობების გამოყენების ძირითადი პირობაა. (6) მაღალი სიმტკიცე და კარგი სიმტკიცე. ძვლებისა და სახსრების დაზიანება ტრავმის, სიმსივნეების და სხვა ფაქტორების გამო. სტაბილური ძვლის ხარაჩოს ​​დასამყარებლად გამოყენებული უნდა იყოს რკალის ფირფიტები, ხრახნები, ხელოვნური ძვლები, სახსრები და ა.შ. ეს იმპლანტანტები უნდა დარჩეს ადგილზე დიდი ხნის განმავლობაში. ადამიანის სხეული ექვემდებარება მოხრას, გადახვევას, შეკუმშვას, კუნთების შეკუმშვას და ადამიანის სხეულის სხვა ეფექტებს, რაც მოითხოვს იმპლანტანტებს მაღალი სიმტკიცის და სიმტკიცეს.

2.2 ტიტანის შენადნობების სამედიცინო და ორთოპედიული ველები

ბაზრის მდგომარეობა ტიტანის შენადნობების განვითარებით, ტიტანის მასალების ჯიშების ზრდასთან და ფასების შემცირებით, ტიტანის გამოყენება სამოქალაქო ინდუსტრიაში გაორმაგდა. CFDA სამედიცინო მოწყობილობებს ყოფს სამ დონედ, მათი უსაფრთხოების მიხედვით მაღალიდან დაბალამდე და მათ ზედამხედველობას და მართვას ახორციელებს, შესაბამისად, მთავრობის სამი დონე. ტიტანისა და ტიტანის შენადნობის მასალებისგან დამზადებული იმპლანტები მიეკუთვნება სამედიცინო მოწყობილობების მესამე კატეგორიას და წარმოადგენს მაღალი ღირებულების სახარჯო მასალას. ქვესექტორები, რომლებიც ბაზრის 5%-ზე მეტს იკავებს, მოიცავს ექვს ძირითად სეგმენტს: ინ ვიტრო დიაგნოსტიკა, კარდიოლოგია, დიაგნოსტიკური ვიზუალიზაცია, ორთოპედია, ოფთალმოლოგია და პლასტიკური ქირურგია. მათ შორის, ინ ვიტრო დიაგნოსტიკა, ორთოპედია და გულის ჩარევა ყველაზე სწრაფად მზარდი მაღალი ღირებულების სახარჯო მასალებია ჩინეთში. ბიოსამედიცინო ტიტანისა და მისი შენადნობის მასალების გამოყენებამ გაიარა სამი საკულტო ეტაპი: საწყისი გამოყენება 1950-იანი წლების დასაწყისში, პირველად გაერთიანებულ სამეფოში და შეერთებულ შტატებში, კომერციულად სუფთა ტიტანი გამოიყენებოდა ძვლის ფირფიტების, ხრახნების, ინტრამედულარული ფრჩხილების და ბარძაყის დასამზადებლად. სახსრები. შვეიცარიული კომპანია Mathys ასევე იყენებს Ti-6A1-7Nb შენადნობას არაგაფართოებული ჩამკეტი ინტრამედულარული ფრჩხილის სისტემების (წვივის, მხრის და ბარძაყის ძვლის ჩათვლით) და ღრუ ხრახნების დასამზადებლად ბარძაყის კისრის ძვლის მოტეხილობების სამკურნალოდ. ფოროვანი Ni-Ti (PNT) შენადნობის ბიოაქტიური მასალა გამოიყენება საშვილოსნოს ყელის და წელის მალთაშუა შერწყმის გალიების (Cage) დასამზადებლად. კანადურმა კომპანია BIORTHEX-მა შეიმუშავა საშვილოსნოს ყელის და წელის მალთაშუა შერწყმის გალია, რომელიც დამზადებულია ფოროვანი Ni-Ti შენადნობისგან დაპატენტებული მასალისაგან ACTIPORE G ორთოპედიული ხერხემლის დაზიანებების სამკურნალოდ. ახალი ბეტა ტიტანის შენადნობი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მოწინავე მასალა მრავალი მიზნისთვის, როგორიცაა ორთოპედია, სტომატოლოგია და სისხლძარღვთა ჩარევა. ორთოპედიული სამედიცინო მოწყობილობების ინდუსტრია იკავებს სამედიცინო მოწყობილობების მსოფლიო ბაზრის წილის 9%-ს და კვლავ სწრაფად იზრდება. ორთოპედიული სამედიცინო მოწყობილობების ბაზარი ძირითადად დაყოფილია ოთხ სფეროდ: ტრავმა, სახსრები, ხერხემალი და სხვა. მათ შორის, ტრავმა ერთადერთი სეგმენტია, რომელსაც ამჟამად არ აქვს უცხოური კომპანიების მიერ საბაზრო წილი. მთავარი მიზეზი ის არის, რომ ამ დარგის პროდუქტებს აქვთ დაბალი ტექნიკური შემცველობა, მარტივი იმიტაცია და ნაკლებად რთული ექსპლუატაცია. მათი ჩატარება შესაძლებელია ბევრ მეორე და მესამე დონის საავადმყოფოებში და უცხოური კომპანიები მათ სრულად ვერ ფარავენ. ტრავმის პროდუქტები შეიძლება დაიყოს შიდა ფიქსაციის და გარე ფიქსაციის მოწყობილობებად. შინაგანი ფიქსაციის ტრავმის პროდუქტები მოიცავს ინტრამედულარული ფრჩხილებს, ძვლის ფირფიტებს, ხრახნებს და ა.შ. 2012 წელს ტრავმამ შეადგინა შიდა ორთოპედიის ბაზრის 34%, სახსრების 28%, ხერხემლის 20% და სხვა. 18%. დიდი სახსრები არის მაღალი დონის სამედიცინო მოწყობილობა მაღალი ტექნიკური ბარიერებით. ამჟამად, ძირითადი საავადმყოფოები ძირითადად იმპორტირებულ ორთოპედიულ მასალებს იყენებენ. ჯერ კიდევ არის უფსკრული შიდა და იმპორტირებულ პროდუქტებს შორის ტექნოლოგიების, დიზაინის, კვლევისა და განვითარების, მასალების, ზედაპირის დამუშავების პროცესების და ა.შ. ხელოვნური სახსრები ძირითადად იყოფა ხელოვნურ მუხლებზე, თეძოებზე, იდაყვებზე, მხრებზე, თითების და ფეხის თითების სახსრებად და ა.შ. მათ შორის ყველაზე მნიშვნელოვანი სახსრის ჩანაცვლებაა ბარძაყის სახსრები და მუხლის სახსრები, რომლებიც ერთად შეადგენენ სახსრის ჩანაცვლების გლობალური ბაზრის 95%-ზე მეტს. ხერხემლის იმპლანტაციის მოწყობილობები მოიცავს გულმკერდის ფრჩხილის ფირფიტის სისტემებს, საშვილოსნოს ყელის ხერხემლის ფრჩხილის ფირფიტის სისტემებს და fusion cage სისტემებს, რომელთა შორის მალთაშუა გალიის სისტემა ძირითადად გამოიყენება მალთაშუა დისკის ჩანაცვლებითი მკურნალობისთვის და ასევე არის ყველაზე მნიშვნელოვანი სეგმენტი, რომელიც მოიცავს ზურგის იმპლანტაციის დაახლოებით მთელ ბაზარს. .

დასკვნა

ტიტანის შენადნობების მაღალმა თვისებებმა ხელი შეუწყო მის წამყვან პოზიციას სამედიცინო სფეროში. ტიტანის შენადნობების მასალის დიზაინისა და მომზადების ტექნოლოგია სწრაფად განვითარდა ბიოტექნოლოგიის მიღწევებით და სამედიცინო აპლიკაციების დიდი მოთხოვნით. The სამედიცინო ტიტანის შენადნობები ამჟამად იწარმოება ძირითადად α+β ტიპის ტიტანის შენადნობები. მომზადების ტექნოლოგიის თვალსაზრისით, TC4-ის (TC4ELI) წარმოება ამჟამად ძირითად საბაზრო წილს იკავებს. β-ტიპის ტიტანის შენადნობას აქვს გარკვეული უპირატესობები ბიოთავსებადობისა და მექანიკური თავსებადობის თვალსაზრისით, ამიტომ იგი გახდა ახალი სამედიცინო ტიტანის შენადნობების კვლევის ცენტრი და არის ყველაზე პოტენციური ტექნოლოგია სამედიცინო იმპლანტების სფეროში. მომავალში, ტიტანის შენადნობების წარმოების ტექნოლოგია უნდა განვითარდეს დაბალი მოდულის, მაღალი სიმტკიცის, კარგი ბიოთავსებადობის და მექანიკური თავსებადობის მიმართულებით. განვითარების ტენდენციების პერსპექტივიდან, β ტიპის ტიტანის შენადნობები გახდება მომავალი განვითარების მიმართულება და სამედიცინო ტიტანის შენადნობების ბაზრის მეინსტრიმი.