Titaanmaterjalide kohandatavus inimesega

Et jälgida metalliioonide reaktsiooni inimkeha kohanemisvõimele, uuriti laboris Hiina meditsiinilise eksperimentaalse hiire kopsufibroblasti rakud (V79 rakud) ja hiire (20-päevajärgsed hiired) fibroblasti rakukude (I929 rakud) ) jne, kasutavad rakkude kohanemisvõime hindamise meetodite läbiviimiseks metalliioonide suhtes tundlikke rakke. Üksikute elementide ioonid, mida pakub sõltumatu ametiasutus Product Evaluation Technology Basic Organisation (Meditsiiniseadmete bioloogilise hindamise standardimise tehniline komitee), on inimkehas (bioloogilises kehas) tõhusad. ) reaktsioonid ja jagatud 3 rühma, nagu on näidatud joonisel 1.

Kõige mürgisemad on vanaadium (V), nikkel (Ni), vask (Cu) jne. Kui ülaltoodud elemendid esinevad miljondikes (×{{0}}), surevad rakud lühike ajavahemik. Võttes näiteks vanaadiumi (V) ja nikli (N), on katsetulemused V79 rakkudes näidatud joonisel 2. Ühenädalase sukeldustesti tulemused näitasid, et kui nikli kontsentratsioon oli umbes 10 × 10-6 (Tõlkija märkus pm=parts per million), sureksid kõik rakud. Võrdluseks, vanaadiumi (V) sisaldus oli kaks numbrit madalam, 0,6. Umbes × 10-6 tähendab, et kõik rakud on surnud. Teiseks, kui väikeste loomade, näiteks rottide ja küülikute kõvad koed (luud) ja pehmed koed (lihased) maeti testimiseks metalllehtedesse, peavad need väga mürgised metallid olema kontaktis mõlema kõvakoega (luud). ja pehmed kuded (lihased). Mõned põhjustavad nekroosi.

a-V79 rakupopulatsiooni moodustumise energia ja nikli (Ni) ioonide kontsentratsiooni seos;

b - seos V79 rakupopulatsiooni moodustumise energia ja vanaadiumi (V) ioonide kontsentratsiooni vahel

Teine rühm viitab vigastusele. Implanteeritud ja kinnitatud olekus tekib kontaktkohas kiulisele koele bioloogiline reaktsioon, mis väljutatakse kehast. Raud, alumiinium, kuld, hõbe jne käituvad nii. Üldised metallmaterjalid, nagu SUS 304L roostevaba teras, SUS 36L roostevaba teras ja koobalt-kroomisulamid, kuuluvad kõik sellesse tüüpi. Kõvasse koesse surutud metallitükk ei sulandu luurakkudega. Kui paar nädalat hiljem ekstraheerimiskatset tehti, tõmmati see sujuvalt välja ilma vastupanuta.

Kolmandal rühmal peab olema kõige väiksem reaktsioon elusorganismidega. Implanteerituna või kinnitatuna sobivad titaan (Ti), tsirkoonium (Zr), nioobium (Nb), tantaal (Ta) ja plaatina (Pt). Kui need metallid implanteeritakse või kinnitatakse keha külge, on need tihedalt integreeritud kõvade ja pehmete kudede rakkude ja kudedega, mis näitab somatiseerumise nähtust.

Nii on titaan elusorganismidele kindlasti vähem kahjulik ja ohutu metall. Titaanisulami kasutamisel on sõltuvalt kasutatud sulamielementidest korrosioonikindlus madalam kui puhtal titaanil. Kui korrosioon tekib, võivad selle elemendid lahustuda. On vaja valida legeerelemendid, mis on korrosioonikindlad ja mitte kahjustavad. Titaanisulamitest on Ti-6AI-4V sulamit pikka aega kasutatud lennukite tootmises ja mereveekindlates insenertehnilistes seadmetes ning sellel on palju kasutusjuhtumeid. Meditsiinitööstuses on juba ammu kasutusele võetud suurepärase korrosioonikindlusega (madala raua-, hapniku- ja vesinikusisaldusega) ELI-tüüpi sulamite kasutamine. Hiljutiste implantaatide ja kinnitusdetailide titaanisulamite uurimise ja arendamise käigus, mis põhinevad aruannetel üksiku üksuse kahjustusomaduste kohta, on aga Ti-13Nb-13Zr sulam standarditud, asendades vanaadiumi ( V) mittehaavatava nioobiumiga (Nb). (ASTM, ISO). Samuti on soodne sulam, mis tühjendab aktiivselt alumiiniumi ja on turule tulemas.

Ameerika ASTM-standardina (F-kood) meditsiiniliseks kasutamiseks on see samaväärne Euroopas kehtiva maailmastandardiga. ISO standard ja ASTM standard koondati ja liideti Euroopa standardiks. Jaapan korrastab oma kodumaiseid standardeid, võtab ASTM-ile ja ISO-le vastavad standardid ning hakkab ISO standardite alusel standardeid formuleerima.

ASTM-i standardites sätestatud titaanmaterjalid, mida kasutatakse implantaatides ja kinnitusdetailides, mida esindavad kunstlikud põlveliigesed, puusaliigesed (kaasa arvatud reieluupead) jne, on loetletud tabelis 1 vastavalt nende kujudele. Pikka aega on puhtast titaanist ja Ti-6AI-4V-sulamitest, sealhulgas pulbermaterjalidest, valmistatud erineva kujuga komponente ja osi.

Osadeks, kus titaanmaterjale kasutatakse laialdaselt, on kunstlikud reieluuliigesed, kunstpõlveliigesed, luuplaadid jne, mis sobivad ortopeediliseks operatsiooniks. deformeeriv liigesepõletik
Reuma [translitereeritud kui "Liumaqizim", mis tähendab tugevat valu liigestes ja lihastes ning on ka allergiline haigus – tõlkija märkus] ja muud tugeva valu põhjused, mille tulemuseks on kõndimisraskused, tahe Selle haiguse all kannatavad patsiendid võivad valu täielikult kõrvaldada ning suutma läbida kunstliku puusaliigese ja kunstliku põlveliigese asendusoperatsiooni. Jaapanis tehakse aastas 80,000 kunstlikku puusaliigese asendusoperatsiooni ja 40,000 kunstlikku põlveliigese asendusoperatsiooni (2005. aasta statistika). Tulevikus, vananeva ühiskonna saabudes, võib eeldada, millise kasvuprotsendiga seda nõudlust rahuldatakse.

Titaan ei sobi kõikide kunstliigeste osade jaoks. Liigendites ei sobi sageli õõtsuvad osad, kuna titaan on kergesti kuluv (sobib keraamika ja koobaltisulamid), implanteeritud osade puhul tuleks kasutada titaanisulameid. Selle kiireks integreerimiseks bioloogilise luuga tuleb titaanisulami pind muuta ebaühtlaseks ja katta luuanduritega nagu apatiit (Apatiit) ja bioklaas. Lisaks kasutatakse luumurdude fikseerimiseks titaanisulamist intramedullaarseid naelu ja titaanisulamist plaate. Joonisel 3 on kujutatud erinevaid näiteid implanteerimisest ja kinnitamisest.

Implantaatide ja aksessuaaride kasutamisega on tõusev trend ka hambaravi valdkonnas. Kasutatud titaani kogus on väike ja see on valmistatud puhtast titaanist, titaanisulamist ja kujumälusulamist TiNi. Selle kujud hõlmavad plaaditüüpi, niiditüüpi, hülsi tüüpi ja korvitüüpi, nagu on näidatud joonisel 4. Need osad ja komponendid surutakse otse lõualuusse, et kinnitada implanteeritud igemeosale, ning need on kaetud apatiidiga, mis esindab luu koostist. Üldiselt sobib titaan väga hästi hammaste metallist implantaatideks. On kaks meetodit: täppisvalu ja superplastiline vormimine. Võrreldes varasema koobalti- ja kroomisulamite kasutamisega on see kaalult kergem ega põhjusta happelistes toiduainetes lõhnamuutusi. Kuna titaanmaterjalide kasutamine jääb haigekassa diagnoosimise ja ravi raamidest välja, on hind üsna kallis.

Kui patsiendil on madal südame löögisagedus, saab implantaadi (maetud) või sisehaiguste lisaseadmena implanteerida (maetud) südamestimulaatori (Pacemaker{0}}automaatne vatsakeste kontraktsiooniseade), et stimuleerida südant. Seade, mis tagab normaalse südamelöökide arvu – tõlkija märkus). Subklaviaveenist südamesse on sisestatud elektrooditraat. See elektrood sisestab elektroonilisi signaale südamestimulaatorisse, millest saab südamestimulaator. Viimasel ajal on südamestimulaatori toote mass 20g ja paksus 6mm. See on nii väike, et see on ühendatud elektroodjuhtmetega ja asetatud naha alla. Aku ja juhtahel on pakitud väikesesse anumasse (karpi), mis on puhas titaantoode, mis ei ole elusorganismidele kahjulik. Aku eluiga peab olema vähemalt 6 aastat, seega peab sellel väikesel konteineril (kastil) olema pikaajaline stabiilsus ja ohutus. Nüüd on Jaapanis sellest kasu saanud peaaegu 5000 inimest.

Titaani töötlemise tulemusi on näha ka kirurgiliste instrumentide puhul. Eriti pikaajalise neurokirurgia puhul, mis kestab üle 10 tunni, peavad tangid olema ka kerged ning hemostaatilised tangid ja muud hemostaatilised tangid peavad olema valmistatud titaanist. Paljud hambaravi seadmed, nagu implantaadid, kirurgilised instrumendid kinnitamiseks ja vibraatorid hambakivi eemaldamiseks, on valmistatud titaanist. Lisaks implantaatidele (matmistele) ja kinnitustele valmistatakse titaanist ka abivahendeid ja ratastoole. Kui osa jäsemest on haiguse või õnnetuse tõttu puudu, tuleb funktsiooni taastamiseks teha jäseme protees. Kuna põhiosa on metallist, peab see olema kerge, vastupidav (peamiselt korrosiooni- ja väsimuskahjustuste vastupidavus) ning bioloogilise sobivuse (Ni, Cr jne) seisukohalt on see kasutusel. Ratastoolide puhul on peamine eesmärk vähendada kogu ratastooli kaalu, mistõttu mõned kasutavad titaani peaaegu kõigis metallosades, nagu raamid ja rattad.