Биомедицински материјали и примена легуре титанијума

Материјали од легура титанијума за биомедицинску примену су класа функционалних структурних материјала који се користе у биомедицинском инжењерству, посебно за производњу и производњу хируршких имплантата и ортопедских уређаја. Производња и припрема титанијумских легура обухвата металургију, прераду под притиском, композитне материјале и хемијску индустрију и препозната је као високотехнолошки производ у свету. Титанијум и легуре титанијума постепено улазе у цивилно потрошачко поље из ваздухопловне, ваздухопловне и одбрамбене индустрије. Као што су имплантати у индустрији здравствене заштите, медицински уређаји; спортске и рекреацијске индустрије титанијумски голф палице и титанијумски оквири за наочаре, сатови од титанијума, бицикли од титанијума и други производи, потражња за материјалима за обраду титанијума се повећава. Са снажним развојем биотехнологије и великим открићима, индустрија биомедицинских металних материјала и производа ће се развити у стуб индустрије светске привреде. Међу њима, титанијум и његове легуре мале тежине, ниског модула еластичности, нетоксичних, немагнетних, отпорних на корозију, високе чврстоће, добре жилавости и других одличних свеобухватних перформанси, последњих година захтевају брз и стабилан раст. У исто време, како легуре титанијума почну да улазе у област ортопедије и друге нове потенцијалне потражње на тржишту, будућност тржишта легура титанијума ће се појавити брже.
1 Напредак истраживања медицинске легуре титанијума
1.1 Класификација медицинске легуре титанијума
Легуре титанијума се могу поделити у 3 категорије према врсти микроструктуре материјала: -тип, + -тип и -тип легуре титанијума.
1.2 Тренд развоја медицинске легуре титанијума
Истраживања литературе су показала да се домаћи и страни истраживачи и научници слажу да је развој медицинских легура титанијума прошао кроз три иконичне фазе, прву фазу представљају чисти титан и Ти{0}}Ал-4В легура; друга фаза је представљена новом + легуром са Ти-5А1-2.5Фе, Ти-6А1-7Нб; трећа фаза је развој + легура са бољом биокомпатибилношћу и нижим модулом еластичности; трећа фаза је развој легуре + са бољом биокомпатибилношћу и нижим модулом еластичности. и нижи модул еластичности -легуре титанијума. Идеални биомедицински материјали од легуре титанијума морају испуњавати следеће услове: добра биокомпатибилност, низак модул еластичности, ниска густина, добра отпорност на корозију, нетоксичност, висока граница течења, дуг век замора, велика пластичност на собној температури, лако се формира, лако ливење . Важне легуре које се широко користе у материјалима за имплантате су Ти-6А1-4В и Ти-6А1-4ВЕЛИ. У литератури је пријављено да В елемент може изазвати малигну реакцију ткива, која може имати токсичне споредне ефекте на људски организам, а Ал може изазвати остеопорозу и менталне поремећаје и друге поремећаје; Да би решили овај проблем, садашњи научници за биоматеријале су посвећени истраживању и истраживању нових биомедицинских легура титанијума које не садрже В и Ал. Да би решили овај проблем, актуелни научници у области биоматеријала посвећени су истраживању и истраживању нових биоматеријала који не садрже В, Ал легуре титанијума за медицинску употребу, а пре тога је потребно утврдити које врсте легирајућих елемената су погодне за додавање не. -токсични и биокомпатибилни. Утврђено је да легуре титанијума које садрже нетоксичне елементе као што су молибден, ниобијум, тантал, цирконијум итд. садрже већи садржај стабилизујућих елемената, а у поређењу са легурама + титанијума имају мањи модул еластичности (Е {{ 19}} ~ 80ГПа) као и боља својства смицања и жилавост, што је погодније за имплантацију у људско тело као имплант.

2 Примена легуре титанијума
2.1 Медицинска основа легуре титанијума
Предности коришћења титанијума и легура титанијума као људских имплантата су углавном: (1) густина (20 степени )=4.5 г/цм3, лагана. Имплантирано у људско тело: за смањење оптерећења људског тела, као медицински уређај: за смањење оперативног оптерећења медицинског особља. (2) Низак модул еластичности, чисти титанијум је 108.500 МПа, имплантиран у тело: ближе природној кости људског тела, погодан за пресађивање костију, како би се смањио ефекат заштите од стреса кости на имплантат. (3) Немагнетно, није под утицајем електромагнетних поља и грмљавине, што је повољно за безбедност људског тела након употребе. (4) Нетоксичност, нема токсичних нежељених ефеката на људско тело као имплант. (5) отпорност на корозију (био-инертни метални материјали), одлична отпорност на корозију у окружењу потапања људске крви, како би се осигурала добра компатибилност са људском крвљу и ћелијским ткивима, пошто имплантати не производе људску контаминацију, неће доћи до алергијских реакција, што је основа за примену услова титанијума и легура титанијума. (6) висока чврстоћа, добра жилавост, због трауме, тумора и других фактора који доводе до оштећења костију, зглобова, да би се успоставила чврста подршка костију, морају се користити уз помоћ закривљених плоча, шрафова, вештачке кости и зглобова, итд., ови импланти треба да буду остављени у телу дуго времена, биће подложни савијању, увртању, екструзији, контракцији мишића и другим улогама, захтевима имплантата са високом чврстоћом и жилавости.

2.2 Медицинска и ортопедска поља легура титанијума
Тржишна ситуација са развојем легура титанијума, сорти титанијума и смањењем цена, примена титанијума у ​​цивилној индустрији се експоненцијално повећала. ЦФДА ће бити подељен у три класе медицинских уређаја према њиховој безбедности од високе до ниске, односно по три нивоа владиног надзора и управљања, титанијум и имплантати од легура титанијума припадају трећој класи медицинских уређаја, а високо вредни класа потрошног материјала. Тржишни удео подсегмента више од 5% под-индустрије, укључујући ин витро дијагностику, кардиологију, дијагностичко снимање, ортопедију, офталмологију, ортопедију, шест главних сегмената. Међу њима, ин витро дијагностика, ортопедија и кардиолошка интервенција је најбрже растући потрошни материјал високе вредности у Кини. Примена биомедицинског титанијума и његових легура прошла је кроз три значајне фазе: рана примена раних 1950-их, прво у Уједињеном Краљевству и Сједињеним Државама, комерцијално чисти титанијум је коришћен за производњу коштаних плоча, шрафова, интрамедуларних ексера и зглобова кука. . Швајцарски Матис је такође користио легуру Ти-6А1-7Нб за производњу неекспандираних интрамедуларних система за закивање (укључујући тибију, хумерус, бутну кост) и шупљих шрафова за лечење прелома врата бутне кости. Биоактивни материјал од порозне легуре Ни-Ти (ПНТ) за производњу цервикалне, лумбалне интертелесне фузије (Цаге) Канадска компанија БИОРТХЕКС развила је употребу патентираног материјала од порозне легуре Ни-Ти АЦТИПОРЕОРЕ гама за производњу цервикалне, лумбалне међутелесне фузије за ортопедско лечење повреда кичме. Нова легура бета титанијума може да узме у обзир ортопедију, стоматологију и васкуларне интервенције и друге употребе напредних материјала, индустрија ортопедских медицинских уређаја чини више од 9% светског удела на тржишту медицинских уређаја и још увек је у брзом расту. Тржиште ортопедских медицинских уређаја подељено је на четири главна сегмента трауме, зглобова, кичме и други. Међу њима, траума је једини сегмент који стране компаније нису заузеле да би заузеле већи тржишни удео, углавном зато што су производи у овој области нискотехнолошки, лаки за имитацију, лакши за руковање и многи други и трећи. Болнице на -нивоу се могу изводити, тако да стране компаније не могу бити потпуно покривене. Трауматски производи се могу поделити на уређаје за унутрашњу фиксацију и екстерну фиксацију, производе за трауму унутрашње фиксације укључујући интрамедуларне ексере, плоче и шрафове, итд. У 2012. години траума је чинила 34% домаћег ортопедског тржишта, 28% зглобова, 20% кичме, а 18% осталих. Велики зглобови су врхунски медицински уређаји са високим техничким баријерама. Тренутно, главне болнице углавном увозе ортопедске материјале, а још увек постоји јаз између домаћих и увозних производа у погледу технологије, дизајна, истраживања и развоја, материјала и процеса површинске обраде. Вештачки зглобови су углавном категорисани на вештачке зглобове колена, кука, лакта, рамена, прстију и прстију итд., од којих су најважније замене зглобова зглобова кука и колена, који заједно чине више од 95% светског тржишта замене зглобова . Уређаји за имплантате за кичму укључују тораколумбални систем нокатних плоча за кичму, систем плочица за нокте цервикалне кичме и систем фузије итд., од којих се систем интервертебралне фузије углавном користи у лечењу замене интервертебралног диска, који је такође најважнији сегмент, који чини око половину целокупног тржишта кичмених имплантата.
Врхунске перформансе легура титанијума резултирале су њиховом водећом позицијом у области медицине. Дизајн материјала и технологија припреме легура титанијума су се брзо развили са открићем у биотехнологији и великом потражњом за медицинску примену. Тренутно произведене медицинске легуре титанијума су углавном + легуре титанијума типа. Са становишта припремног процеса, производња ТЦ4 (ТЦ4ЕЛИ) тренутно заузима главни тржишни удео. -тип легуре титанијума постале су жариште истраживања нових медицинских легура титанијума због својих предности у биокомпатибилности и механичкој компатибилности, што је технологија која највише обећава у области медицинских имплантата. У будућности, технологија производње титанијумских легура треба да се развија у правцу ниског модула, високе чврстоће, добре биокомпатибилности и механичке компатибилности. Из тренда развоја, легура титанијума типа - ће постати будући правац развоја и главни ток тржишта медицинских легура титанијума.