معرفی کنید
مواد فلزی از دیرباز وارد زندگی مردم شده است. مواد کاربردی زیست پزشکی مدرن در دهه 1930 آغاز شد. در ابتدا، فولاد ضد زنگ برای ایمپلنت ها و کاربردهای پزشکی ساخته شد. ماده دوم یک آلیاژ مبتنی بر کبالت است. در حدود دهه 1960، تیتانیوم و آلیاژهای آن به عنوان آخرین نسل بیومواد فلزی دنبال شدند. از زمان پیدایش، تیتانیوم به عنوان یک فلز معجزه گر شناخته شده است و مورد توجه گسترده قرار گرفته است.
چه چیزی تیتانیوم را بسیار خاص می کند؟
تیتانیوم به عنوان یک فلز انتقالی دارای ویژگی های چگالی کم و استحکام بالا است. در شرایط مختلف در برابر خوردگی مقاوم است. مهمتر از همه، تیتانیوم بی اثر است و تحت تأثیر مایعات و بافت های بدن قرار نمی گیرد. اینها به اصطلاح زیست سازگاری و مقاومت در برابر خوردگی هستند. آنها یک نیاز کلیدی برای کاربردهای پزشکی هستند.
جدول 1 خواص پایه تیتانیوم، فولاد ضد زنگ و آلیاژهای کبالت را شرح می دهد. حداقل چگالی تیتانیوم 4.51 گرم بر سانتی متر-3 و فولاد ضد زنگ 8 گرم بر سانتی متر-3 است. با استحکام کششی قابل مقایسه، تیتانیوم با نسبت استحکام به چگالی بالاتر 76 کیلو نیوتن متر بر کیلوگرم به پایان می رسد. 20 درصد بالاتر از فولاد ضد زنگ (استحکام / چگالی 63 کیلونیوتن متر بر کیلوگرم). مقدار مدول الاستیک تیتانیوم تنها نصف فولاد ضد زنگ معمولی و آلیاژهای کبالت است. به اسکلت انسان نزدیکتر است. تیتانیوم نیز غیر فرومغناطیسی است و انبساط حرارتی و هدایت الکتریکی کمی دارد.
تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای برخی از مفیدترین خواص هستند که باعث موفقیت آنها در ارتوپدی، ایمپلنت و ابزار جراحی شده است. شرکت استاندارد تیتانیوم تولید کننده و تامین کننده آسیاب های نورد فلزی تیتانیوم و مس نیکل و محصولات نهایی است که وسیع ترین طیف محصولات، گریدها و اندازه های نورد را پوشش می دهد.
شرکت استاندارد تیتانیوم در مرکز تولید تیتانیوم چین واقع شده است و پایین ترین قیمت و بالاترین استانداردهای مهندسی فلز را به بازار می آورد. ما مطمئن هستیم که نمیتوانیم از نظر قیمت و کیفیت شکست بخوریم، و ضمانت قول قیمت را راهاندازی کردهایم. مشتریان در سراسر جهان استاندارد تیتانیوم را به عنوان تامین کننده مورد اعتماد و قابل اعتماد خود برای آسیاب ها و محصولات نهایی تیتانیوم و مس نیکل انتخاب می کنند.
مفاصل مصنوعی و ایمپلنت های پزشکی
جمعیت جهان در حال پیر شدن است. ما اکنون زندگی بسیار فعالی داریم و می خواهیم طولانی تر زندگی کنیم. صدمات ناشی از ورزش شدید، ترافیک جاده ای و سایر تصادفات فراوان است. واضح است که تقاضا برای مفاصل مصنوعی در حال افزایش است. تیتانیوم و آلیاژهای آن معمولاً در ساخت وسایل کاشتنی مانند: باسن مصنوعی، زانوهای مصنوعی، صفحات استخوانی، پیچ های ثابت کننده شکستگی، پروتزهای دریچه قلب، ضربان سازها و قلب مصنوعی استفاده می شود. در سراسر جهان، سالانه بیش از 100 میلیون بیمار درمان جایگزین دریافت میکنند و بیش از 1،{2}} تن تیتانیوم در بیماران کاشته میشود.
از نظر مکانیکی، این ایمپلنت های فلزی باید در طول استفاده شکل گرفته و عملکردی داشته باشند. فعالیت های روزانه ما شامل خم شدن، چرخاندن، فشردن و انقباض عضلانی است. این قطعات ساخته شده توسط انسان نباید در اثر خستگی، سایش و بارهای ضربه ای تخریب شوند. تیتانیوم 50 درصد سبک تر از فولاد ضد زنگ است و 20 درصد نسبت استحکام / چگالی بالاتری دارد. سبک تر و قوی تر است. هنگامی که در بدن انسان کاشته می شود، بار روی بدن را کاهش می دهد. بیمار احساس انعطاف پذیری و فعالیت بیشتری خواهد داشت. فشاری بین قسمت مصنوعی و بدن انسان وجود خواهد داشت. به اصطلاح تنش سطحی ناشی از عدم تطابق مدول الاستیک است. همانطور که از جدول 1 مشاهده می شود، مدول الاستیک تیتانیوم در بین این سه ماده کمترین است. سازگاری مکانیکی ایمپلنت های تیتانیوم با استخوان انسان بسیار بهتر است.
از نظر فیزیولوژیکی، بدن اجسام خارجی را دفع می کند. هنگامی که از فولاد ضد زنگ و آلیاژهای مشترک به عنوان مواد زیستی استفاده می شود، التهاب، قرمزی و خارش اغلب پس از جراحی کاشت به صورت بالینی دیده می شود. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم از مواد فلزی بیاثر بیولوژیکی شناخته شدهاند. آنها در محیط غوطه ور شدن خون انسان مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. در برابر خون و بافت انسان بسیار مقاوم است و سازگاری خوبی را تضمین می کند. عملا هیچ آلودگی و واکنش های آلرژیک وجود ندارد و بهبودی بیمار را تا حد زیادی بهبود می بخشد. این اساس کاربرد گسترده تیتانیوم است.
به طور کلی، تیتانیوم خالص تجاری (Cp Ti) بهترین کاندید در نظر گرفته می شود زیرا تیتانیوم خالص بهترین سازگاری زیستی را دارد. اما Ti-6Al-7Nb، Ti-13Nb-13Zr، Ti-12Mo-6Zr، و Ti-6 آلیاژهای Al{7}V ELI نیز به طور گسترده در ایمپلنت های پزشکی استفاده می شوند. برای پرس و جو در مورد پیشنهادات متنوع ما، وب سایت ما را بررسی کنید!
تجهیزات ارتوپدی
وظیفه اصلی ارتوپدی تنظیم ناهنجاری های اسکلتی است. یک بدن پیچ خورده به نیروی خارجی نیاز دارد تا به آن کمک کند تا به موقعیت طبیعی خود بازگردد. دستگاه های ارتوپدی باید پشتیبانی قوی داشته باشند و فرم صحیح بدن را به خاطر بسپارند. علاوه بر مقاومت در برابر سایش و خوردگی، ویژگی منحصر به فرد مورد نیاز در اینجا حافظه شکل است. آلیاژهای حافظه دار تیتانیوم نیکل شکل استحکام و ویژگی های حافظه قوی را با هم ترکیب می کنند. در حال حاضر صفحات استخوانی معمولی، ناخن های داخل مدولری، تثبیت داخلی فک پایین و اصلاح اسکولیوز همگی از آلیاژهای تیتانیوم نیکل ساخته شده اند.
ایمپلنت دندان
ایمپلنت دندان کمی متفاوت است. سه نوع ایمپلنت دندان وجود دارد: osseointegrated، مینی ایمپلنت برای انکوریج ارتودنسی و zygomatic. تیتانیوم به عنوان روکش های دندان، پین های تاج، بریج های ثابت، بریج های چینی، بریج های باند شده، حلقه های نگهدارنده دندان مصنوعی، پایه ها، دستگاه های اتصال و دستگاه های تقویت کننده استفاده شده است. تقریباً تمام قسمت های فلزی دندان مصنوعی با تیتانیوم پوشانده شده است.
بیایید با یک استئواینتگراسیون معمولی شروع کنیم. ابتدا پزشک "ریشه" یا "دانه" را در استخوان فک قرار می دهد. پس از ته نشین شدن، روبنای دندان به ایمپلنت می پیوندد. سپس دندان های جدید روی آن رشد خواهند کرد. این تفاوت بین ایمپلنت های پزشکی و ایمپلنت های دندانی است. ایمپلنت های پزشکی جایگزینی برای بافت سخت شکست خورده یا "چسب" یا "پیچ" برای اتصال بافت سخت شکسته هستند. اما ایمپلنت های دندانی به رشد ساختارهای جدید کمک می کنند. چقدر جذاب!
این روش "آسان" به زیست سازگاری و خواص حرارتی عالی نیاز دارد. وقتی سوپ می خورید و بستنی می خورید، مردم احساس گرما و سرما می کنند، اما این احساسات از دهان می آید، نه دندان. دندان های سالم هیچ گونه تحریکی را تجربه نمی کنند.
تیتانیوم انبساط حرارتی بسیار کمی دارد. هنگامی که یک ایمپلنت مبتنی بر تیتانیوم به عنوان "ریشه" استفاده می شود، در داخل دهان فرد منبسط یا منقبض نمی شود. دندان تازه تشکیل شده در جایی که باید باشد باقی می ماند. رسانایی حرارتی تیتانیوم بسیار کم است، فقط 1/5 فولاد ضد زنگ، 1/3 آلومینیوم و 1/2 مس. هنگامی که به عنوان روکش استفاده می شود، به ساختار دندان واقعی منتقل نمی شود. تیتانیوم از پالپ در برابر گرما و سرما محافظت می کند.
در زمینه دندانپزشکی، تیتانیوم ریخته گری دقیق دارای ویژگی های دقت ابعادی بالا، بدون حباب و بدون حفره انقباض است. در حال حاضر 4 نوع تیتانیوم خالص تجاری (Cp Ti) به طور انحصاری برای ایمپلنت های دندانی استفاده می شود. آنها از درجه 1 تا 4 ASTM هستند. همه آنها دارای سطوح پایین هدایت الکترونیکی، مقاومت در برابر خوردگی بالا، حالت ترمودینامیکی در pH فیزیولوژیکی، تمایل کم به تشکیل یون در محیط های آبی و نقاط ایزوالکتریک اکسیدهای 5-6 هستند.
از سطح 1 تا 4 خلوص کاهش و استحکام افزایش می یابد. تیتانیوم درجه 2 محبوب ترین ستاره در کاربردهای ایمپلنت است. حداقل استحکام تسلیم آن 275 مگاپاسکال با فولادهای زنگ نزن آستنیتی آنیل شده قابل مقایسه است. آلیاژهای تیتانیوم نیز می توانند در مواقعی که به استحکام بالاتری نیاز است استفاده شوند. آلیاژهایی مانند Ti-6Al-4V نیز در موارد مختلف استفاده میشوند.
وسایل جراحی
در توسعه ابزارهای جراحی، نسل اول فولاد کربنی است و عملکرد آن دیگر نمی تواند الزامات استفاده بالینی را پس از آبکاری الکتریکی برآورده کند. اغلب باعث عفونت می شود. نسل دوم فولاد ضد زنگ آستنیتی است، اما محتوای کروم آن سمی است و تأثیر خاصی بر بدن انسان دارد.
در ساخت ابزار جراحی، خواص مکانیکی و شکل پذیری اولین مواردی است که باید مورد توجه قرار گیرد. فلز باید مقداری شکل پذیری داشته باشد تا شکل مورد نظر را بدون نقص نگه دارد. برخی از ابزارهای اصلی جراحی مانند چاقوی جراحی، فورسپس و قیچی بلند و نازک هستند. برای اطمینان از عملکرد ایمن، ابزار به استحکام خاصی نیاز دارد. آنها باید به اندازه کافی قوی باشند و در حین جراحی نشکنند. حداقل مدول مورد نیاز برای ابزار جراحی 100 GPa است. مدول تیتانیوم 116 گیگا پاسکال است.
در طی مراحل جراحی، ابزارها مستقیماً در معرض بافت زنده قرار می گیرند. مقاومت در برابر خوردگی، زیست سازگاری و خواص مغناطیسی مورد نیاز است. تیتانیوم برای بافت انسان سمی نیست. هیچ پاسخ ایمنی ایجاد نمی کند. اتاق های عمل گاهی اوقات در معرض میدان های مغناطیسی قرار می گیرند. برای مثال، MRI میدان مغناطیسی حدود 1.5 تسلا تولید می کند. این میدان مغناطیسی می تواند ابزارهای جراحی را به طرق مختلفی تحت تأثیر قرار دهد، از جمله: حرکت ناخواسته ناشی از فعل و انفعالات میدان مغناطیسی (یعنی اثرات موشک)، گرمایش ابزار به دلیل رسوب توان فرکانس رادیویی (RF) و عکاسی مرتبط با استفاده از ابزار. تیتانیوم غیر مغناطیسی است تا عملکرد ایمن را تضمین کند. خواص غیر مغناطیسی آن همچنین خطر آسیب به وسایل الکترونیکی کاشته شده کوچک و حساس را از بین می برد.
پس از جراحی، فرآیند استریلیزاسیون تحت جت بخار داغ با دمای بالا انجام می شود. پاک کننده های مختلفی برای پاکسازی باکتری ها و عفونت ها استفاده می شود. پس از تمیز کردن مکرر، اندازه ابزار تغییر نمی کند و کیفیت سطح تحت تأثیر قرار نمی گیرد. پوشیدن نیز باید حداقل باشد. جراحان به ابزارهایی نیاز دارند که در هر بار استفاده از آنها کار کند. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند. محدوده دمای عملیاتی 150 o C تا 500 o C می باشد.
آخرین اما نه کم اهمیت، وزن سبک تیتانیوم آن را به ویژه برای جراحی میکروسکوپی مناسب می کند. ابزارهای جراحی سبک می توانند خستگی جراح را کاهش دهند، به ویژه در طی مراحل طولانی مدت.
در زمینه تجهیزات پزشکی، تیتانیوم پزشکی و آلیاژهای تیتانیوم از مواد فلزی با کیفیت بالا هستند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. الکترودها، مته ها و فورسپس های لیزر معمولاً از تیتانیوم ساخته می شوند.
