Tiivistelmä: Biotekniikan voimakkaan kehityksen ja suurten läpimurtojen myötä biolääketieteellisten titaaniseosten kysyntä kasvaa nopeasti. Kuitenkin V: n ja Al: n patogeenisyyden vuoksi laajalti käytetyissä lääketieteellisissä titaaniseoksissa, kuten TC4 ja TC4ELI, uusien lääketieteellisten titaaniseosten tutkimuksella ja kehittämisellä on suuri käytännön merkitys ja laajat markkinanäkymät kotimaassani. Tässä artikkelissa kuvataan lyhyesti biolääketieteellisten titaaniseosten luokitus, perusominaisuudet ja käyttöperusta; korostaa kehityssuuntaansa lääketieteen alalla; ja tiivistää uusien β -titaaniseosten peruskäsittely- ja valmistusmenetelmät sekä suorituskyvyn arviointimenetelmät.
Avainsanat: lääketieteellinen titaaniseos; kehitys; tutkimuksen edistyminen; käsittelyä
Biolääketieteellinen titaaniseosmateriaali viittaa nimenomaan biolääketieteellisessä tekniikassa käytettyjen toiminnallisten rakenteellisten materiaalien luokkaan, erityisesti kirurgisten implanttien ja ortopedisten laitteiden tuotantoon ja valmistukseen [1]. Titaaniseosprosessointimateriaalien tuotanto ja valmistus käsittävät metallurgian, painekäsittelyn, komposiittimateriaalit ja kemikaalit, ja se on tunnustettu korkean teknologian tuotteeksi maailmassa. Titaani ja titaaniseokset ovat vähitellen tulleet siviilikäyttöön ilmailu-, ilmailu-, maanpuolustus- ja sotateollisuudesta [2]. Tuotteet, kuten implantit ja lääkinnälliset laitteet lääketieteen ja terveydenhuollon alalla; titaani -golfmailat urheilu- ja vapaa -ajan teollisuudessa, titaaniset silmälasikehykset, titaanikellot, titaanipolkupyörät ja muut tuotteet ovat yhä kysytyimpiä titaanipitoisista materiaaleista. Biotekniikan voimakkaan kehityksen ja suurten läpimurtojen myötä biolääketieteellisten metallimateriaalien ja niiden tuotteiden teollisuus kehittyy maailmantalouden pilarialaksi [3]. Niistä titaani ja sen seokset luottavat erinomaisiin kattaviin ominaisuuksiin, kuten kevyeen, pieneen kimmomoduuliin, myrkyttömään, ei-magneettiseen, korroosionkestävyyteen, korkeaan lujuuteen ja hyvään sitkeyteen. Viime vuosina myös titaanin ja sen seosten kysyntä on kasvanut nopeasti ja tasaisesti [4]. Samaan aikaan, kun titaaniseokset alkavat tulla plastiikkakirurgiaan ja muille aloille, uusia potentiaalisia markkinoiden vaatimuksia syntyy, ja titaaniseosten markkinat kasvavat nopeammin tulevaisuudessa.
1 Lääketieteellisten titaaniseosten tutkimustyö
1.1 Lääketieteellisten titaaniseosten luokittelu
Titaaniseokset voidaan jakaa kolmeen tyyppiin materiaalin mikrorakenteen mukaan: α-tyyppi, α + β-tyyppi ja β-tyyppinen titaaniseos.
1.2 Lääketieteellisten titaaniseosten kehityssuunta
Kirjallisuustutkimuksen [8-14] mukaan asiaankuuluvat tutkijat kotimaassa ja ulkomailla ovat yhtä mieltä siitä, että lääketieteellisten titaaniseosten kehittäminen on käynyt läpi kolme ikonista vaihetta. Ensimmäistä vaihetta edustaa puhdas titaani ja Ti-6Al-4V-seos; Toinen vaihe on uudentyyppinen α + β -lejeerinki, jota edustavat Ti-5A1-2.5Fe ja Ti-6A1-7Nb; kolmas vaihe on pääasiassa β-titaanin kehittäminen ja kehittäminen, jolla on parempi biologinen yhteensopivuus ja pienempi kimmomoduuli. Ihanteellisen biolääketieteellisen titaaniseoksen materiaalin [15] on täytettävä seuraavat ehdot: hyvä biologinen yhteensopivuus, alhainen joustavuusmoduuli, pieni tiheys, hyvä korroosionestokyky, myrkytön, korkea myötölujuus, pitkä väsymiskesto ja korkea lämpötila huoneenlämmössä . Suuri plastisuus, helppo muotoilu, helppo valu jne. Tällä hetkellä tärkeitä seoksia, joita on käytetty laajalti implanttimateriaaleissa, ovat Ti-6A1-4V ja Ti-6A1-4VELI. Kirjallisuudessa [16-19] on raportoitu, että V-elementti voi aiheuttaa pahanlaatuisia kudosreaktioita ja sillä voi olla myrkyllisiä sivuvaikutuksia ihmiskeholle, kun taas Al voi aiheuttaa osteoporoosia ja mielenterveyden häiriöitä; Tämän ongelman ratkaisemiseksi nykyiset biomateriaalitutkijat ovat sitoutuneet tutkimaan Ennen uusien biolääketieteellisten titaaniseosmateriaalien tutkimista, jotka eivät sisällä V: tä ja Al: a, on selvitettävä, mitkä seososat sopivat lisäykseen, jotka ovat myrkyttömiä ja biologisen yhteensopivuuden periaate. Tutkimuksissa [20-23] havaittiin, että molybdeeniä, niobiumia, tantaalia, zirkoniumia ja muita myrkyttömiä alkuaineita sisältävät β-titaaniseokset sisältävät enemmän β-stabilointiaineita ja niiden elastisuusmoduuli on pienempi kuin α + β titaaniseokset (E=55 ~ 80GPa) ja parempi leikkauskyky ja sitkeys, jotka sopivat paremmin istutukseen ihmiskehoon implanttina.
2 Titaaniseoksen käyttö
2.1 Titaaniseoksen lääketieteellinen perusta
Tärkeimmät edut titaanin ja titaaniseosten käytöstä ihmisimplantteina ovat: (1) Tiheys (20 ° C)=4,5 g/cm3, kevyt. Ihmiskehoon istutettu: vähennä ihmiskehon kuormitusta lääkinnällisenä laitteena: vähennä lääketieteellisen henkilökunnan kuormitusta. (2) Kimmomoduuli on alhainen ja puhdas titaani on 108500MPa. Se istutetaan ihmiskehoon: se on lähempänä ihmiskehon luonnollista luuta, mikä edistää luun muodostumista ja vähentää luun rasitusta suojaavaa vaikutusta implanttiin. (3) Ei-magneettinen, ei vaikuta sähkömagneettisiin kenttiin ja ukkosmyrskyihin, mikä on hyödyllistä ihmiskehon turvallisuudelle käytön jälkeen. (4) Ei-myrkyllinen, sillä implanttina sillä ei ole myrkyllisiä ja sivuvaikutuksia ihmiskeholle. (5) Korroosionkestävyys (biologisesti inertti metallimateriaali). Sillä on erinomainen korroosionkestävyys ihmisveren upotusympäristössä, mikä varmistaa hyvän yhteensopivuuden ihmisveren ja solukudoksen kanssa eikä aiheuta ihmiskehon saastumista implanttina. Allergisia reaktioita esiintyy, mikä on perusedellytys titaanin ja titaaniseosten levitykselle. (6) Suuri lujuus ja hyvä sitkeys. Trauman, kasvainten ja muiden tekijöiden aiheuttamat luu- ja nivelvauriot. Vakaan luutelineen luomiseksi on käytettävä kaarevia levyjä, ruuveja, keinotekoisia luita ja niveliä jne., Ja nämä implantit on jätettävä pitkäksi aikaa. Ihmiskeho altistuu ihmiskehon taivutus-, kiertymis-, puristus- ja lihassupistumisvoimille, mikä edellyttää, että implantilla on suuri lujuus ja sitkeys.
2.2 Titaaniseoksen lääketieteen ja ortopedian ala
Markkinatilanne Titaaniseosten kehityksen, titaanimateriaalivalikoiman lisääntymisen ja hintojen laskun myötä titaanin käyttö siviiliteollisuudessa on lisääntynyt räjähdysmäisesti. CFDA jakaa lääkinnälliset laitteet kolmeen tasoon niiden turvallisuuden mukaan korkeasta matalaan, ja sitä valvoo ja hallinnoi kolme hallituksen tasoa. Titaani- ja titaaniseosmateriaali-implantit kuuluvat kolmanteen lääkinnällisten laitteiden luokkaan ja ovat arvokkaita kulutusosia. . Alasektoreita, jotka muodostavat yli 5% markkinasegmentistä, ovat in vitro -diagnostiikka, kardiologia, kuvantamisdiagnostiikka, ortopedia, silmälääketiede ja plastiikkakirurgia. Niistä in vitro -diagnostiikka, ortopedia ja sydämen interventio ovat Kiinan nopeimmin kasvavia arvokkaita kulutustarvikkeita. Biolääketieteellisen titaanin ja sen seosmateriaalien käyttö on käynyt läpi kolme ikonista vaihetta [27]: 1950 -luvun alussa, ensin Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja Yhdysvalloissa, kaupallista puhdasta titaania käytettiin luulevyjen, ruuvien, intramedullaaristen kynsien ja lonkan valmistukseen Liitokset. . Sveitsiläinen Mathys-yhtiö käyttää myös Ti-6A1-7Nb-seosta valmistamaan ei-riisuttua, lukittavaa, intramedullaarista kynsijärjestelmää (mukaan lukien sääriluu, olkaluu ja reisiluu) ja onttoja ruuveja reisiluun kaulan murtumien hoitoon. Huokoiset Ni-Ti (PNT) -seoksesta valmistetut bioaktiiviset materiaalit kohdunkaulan ja lannerangan nikamien fuusiohäkkien valmistukseen (Cage) Kanadalainen BIORTHEX-yhtiö kehitti huokoisen Ni-Ti-seoksesta patentoidun materiaalin ACTIPORE käytön kohdunkaulan ja lannerangan nikamien välisten fuusiohäkkien valmistukseen ortopedisen selkärangan hoitoon vammoja. Uusi β-titaaniseos on edistyksellinen materiaali ortopediaan, hammaslääketieteeseen ja verisuonistoon, jonka osuus on 9% maailman lääkinnällisten laitteiden markkinaosuudesta ja kasvaa edelleen nopeasti. Ortopedisten lääkinnällisten laitteiden markkinat on jaettu pääasiassa neljään alueeseen: traumat, nivelet, selkäranka ja muut. Niistä trauma on tällä hetkellä ainoa alaosasto, joka ei ole ulkomaisten yritysten käytössä. Tärkein syy on se, että tämän alan tuotteet ovat vähän tekniikkaa, niitä on helppo jäljitellä ja ne ovat vaikeampia käyttää. Monet toissijaiset ja korkea -asteen sairaalat voivat suorittaa sen, eivätkä ulkomaiset yritykset voi kattaa sitä kokonaan. . Traumatuotteet voidaan jakaa sisäisiin kiinnitys- ja ulkoisiin kiinnityslaitteisiin. Sisäisiä kiinnitystraumatuotteita ovat intramedullaariset kynnet, luulevyt ja ruuvit. Vuonna 2012 kotimaisten ortopediamarkkinoiden osuus traumasta oli 34%, nivelistä 28%, selkärangasta 20% ja muita. 18%. Suuret nivelet ovat huippuluokan lääketieteellisiä laitteita, joilla on korkeat tekniset esteet. Tällä hetkellä yleissairaalat tuovat pääasiassa ortopedisiä materiaaleja. Kotimaisten ja tuontituotteiden välillä on edelleen kuilu tekniikan, suunnittelun, tutkimuksen ja kehityksen, materiaalien ja pintakäsittelyprosessien suhteen. . Keinotekoiset nivelet jaetaan pääasiassa keinotekoisiin polvi-, lonkka-, kyynär-, olkapää-, sormi-, varpaaliitoksiin jne. Tärkeimpiä nivelkorvauksia ovat lonkka- ja polvinivelet, jotka yhdessä ylittävät 95% nivelten korvausmarkkinoista. Selkärangan istutuslaitteisiin kuuluvat rintakehän selkärangan levyjärjestelmä, kohdunkaulan selkälevyjärjestelmä ja fuusiohäkkijärjestelmä. selkärangan implanttimarkkinat Puolet siitä.
3 Johtopäätös
Titaaniseoksen ylivoimainen suorituskyky on saavuttanut johtavan asemansa lääketieteen alalla. Titaaniseoksen materiaalisuunnittelu- ja valmistustekniikkaa on kehitetty nopeasti biotekniikan läpimurron ja lääketieteellisten sovellusten suuren kysynnän myötä. Tällä hetkellä valmistetut lääketieteelliset titaaniseokset ovat pääasiassa α + β -tyyppisiä titaaniseoksia. Valmistusprosessin näkökulmasta TC4: n (TC4ELI) tuotanto on tällä hetkellä merkittävä markkinaosuus. β-tyyppisellä titaaniseoksella on tiettyjä etuja biologisen yhteensopivuuden ja mekaanisen yhteensopivuuden suhteen, joten siitä on tullut uusien lääketieteellisten titaaniseosten tutkimuspiste ja se on lupaavin tekniikka lääketieteellisten implanttien alalla. Tulevaisuudessa titaaniseosten tuotantotekniikkaa kehitetään alhaisen moduulin, lujuuden, hyvän biologisen yhteensopivuuden ja mekaanisen yhteensopivuuden suuntaan. Kehityssuuntausten näkökulmasta β-tyyppisistä titaaniseoksista tulee tulevan kehityksen suunta ja lääketieteen titaaniseosmarkkinoiden valtavirta.
