Biyomedikal Titanyum Alaşımlı Malzemeler ve Uygulamaları

Biyomedikal uygulamalara yönelik titanyum alaşımlı malzemeler, biyomedikal mühendisliğinde, özellikle cerrahi implantların ve ortopedik cihazların üretimi ve imalatı için kullanılan bir fonksiyonel yapısal malzeme sınıfıdır. Titanyum alaşımlarının üretimi ve hazırlanması, metalurji, basınçlı işleme, kompozit malzemeler ve kimya endüstrisini kapsamakta olup, dünyada yüksek teknoloji ürünü olarak kabul edilmektedir. Titanyum ve titanyum alaşımları havacılık, havacılık ve savunma sanayinden giderek sivil tüketici alanına girmektedir. Sağlık sektörü implantları, tıbbi cihazlar gibi; spor ve eğlence endüstrisinde titanyum golf sopaları ve titanyum gözlük çerçeveleri, titanyum saatler, titanyum bisikletler ve diğer ürünler, titanyum işleme malzemelerine olan talep artıyor. Biyoteknolojinin güçlü gelişimi ve büyük atılımlarla birlikte biyomedikal metal malzeme ve ürünleri endüstrisi, dünya ekonomisinin temel endüstrilerinden biri haline gelecektir. Bunlar arasında hafif, düşük elastikiyet modülü, toksik olmayan, manyetik olmayan, korozyon direnci, yüksek mukavemet, iyi tokluk ve diğer mükemmel kapsamlı performansa sahip titanyum ve alaşımları, son yıllarda hızlı ve istikrarlı bir büyüme talebi. Aynı zamanda titanyum alaşımları ortopedi alanına ve diğer yeni potansiyel pazar taleplerine girmeye başladıkça, titanyum alaşımları pazarının geleceği daha hızlı büyüyecek gibi görünüyor.
1 Tıbbi titanyum alaşımının araştırma ilerlemesi
1.1 Tıbbi titanyum alaşımının sınıflandırılması
Titanyum alaşımları, malzemenin mikro yapısının türüne göre 3 kategoriye ayrılabilir: -tipi, + -tipi ve -tipi titanyum alaşımları.
1.2 Tıbbi titanyum alaşımının gelişme eğilimi
Literatür araştırması, yerli ve yabancı araştırmacıların ve akademisyenlerin, tıbbi titanyum alaşımlarının gelişiminin üç ikonik aşamadan geçtiği konusunda hemfikir olduğunu, ilk aşamanın saf titanyum ve Ti{0}}Al-4V alaşımı ile temsil edildiğini; ikinci aşama Ti-5A1-2.5Fe, Ti-6A1-7Nb'den oluşan yeni + alaşımla temsil edilir; üçüncü aşama, daha iyi biyouyumluluk ve daha düşük elastik modüle sahip + alaşımlarının geliştirilmesidir; üçüncü aşama daha iyi biyouyumluluk ve daha düşük elastik modüle sahip + alaşımını geliştirmektir. ve daha düşük elastik modüllü -titanyum alaşımları. İdeal biyomedikal titanyum alaşımlı malzemeler aşağıdaki koşulları karşılamalıdır: iyi biyouyumluluk, düşük elastikiyet modülü, düşük yoğunluk, iyi korozyon direnci, toksik olmama, yüksek akma dayanımı, uzun yorulma ömrü, oda sıcaklığında büyük plastiklik, şekillendirilmesi kolay, kolay döküm . İmplant malzemelerinde yaygın olarak kullanılan önemli alaşımlar Ti-6A1-4V ve Ti-6A1-4VELI'dir. Literatürde V elementinin insan vücudunda toksik yan etkileri olabilen malign doku reaksiyonuna neden olabileceği, Al'ın ise osteoporoz ve ruhsal bozukluklara ve diğer rahatsızlıklara neden olabileceği; Bu sorunu çözmek için mevcut biyomalzeme bilim adamları, V ve Al içermeyen yeni biyomedikal titanyum alaşımlarını keşfetmeye ve araştırmaya kararlıdırlar. Bu sorunu çözmek için mevcut biyomalzeme bilim adamları, tıbbi kullanım için V, Al titanyum alaşımları içermeyen yeni biyomateryalleri keşfetmeye ve araştırmaya kararlıdırlar ve bundan önce, hangi tür alaşım elementlerinin titanyum alaşımlarını içermeyenlerin eklenmesi için uygun olduğunu bulmak gerekir. -Toksik ve biyolojik olarak uyumludur. Molibden, niyobyum, tantal, zirkonyum vb. gibi toksik olmayan elementler içeren titanyum alaşımlarının daha yüksek oranda stabilize edici element içerdiği ve + titanyum alaşımlarıyla karşılaştırıldığında daha düşük bir elastikiyet modülüne sahip oldukları bulunmuştur (E {{ 19}} ~ 80GPa) ve ayrıca daha iyi kesme özellikleri ve tokluk, bu da insan vücuduna implant olarak implantasyon için daha uygundur.

2 Titanyum alaşımının uygulanması
2.1 Titanyum alaşımının tıbbi temeli
İnsan implantları olarak titanyum ve titanyum alaşımlarını kullanmanın avantajları temel olarak şunlardır: (1) yoğunluk (20 derece)=4.5g/cm3, hafif. İnsan vücuduna implante edilir: Tıbbi bir cihaz olarak insan vücudunun yükünü azaltmak için: Tıbbi personelin çalışma yükünü azaltmak için. (2)Düşük elastikiyet modülü, saf titanyum 108.500MPa'dır, vücuda implante edilir: insan vücudunun doğal kemiğine daha yakındır, kemiğin implant üzerindeki stres koruyucu etkisini azaltmak için kemik greftine elverişlidir. (3)Manyetik değildir, elektromanyetik alanlardan ve fırtınalardan etkilenmez, bu da kullanımdan sonra insan vücudunun güvenliği için uygundur. (4) Toksik değildir, implant olarak insan vücudu üzerinde toksik yan etkiler yoktur. (5) korozyon direnci (biyo-atıl metal malzemeler), insan kanı daldırma ortamında mükemmel korozyon direnci, insan kanı ve hücresel dokularla iyi uyumluluk sağlamak için, implantlar insan kontaminasyonu üretmediğinden, alerjik reaksiyonlar meydana gelmez, bu da titanyum ve titanyum alaşımı koşullarının uygulanmasının temelini oluşturur. (6) travma, tümörler ve kemiğe yol açan diğer faktörler nedeniyle yüksek mukavemet, iyi tokluk, eklem hasarı, sağlam bir kemik desteği oluşturmak için kavisli plakalar, vidalar, yapay kemik ve eklemler yardımıyla kullanılmalıdır, vb. gibi durumlarda, bu implantların vücutta uzun süre kalması, insan vücudunun bükülmesine, bükülmesine, ekstrüzyonuna, kas kasılmasına ve diğer rollere maruz kalması, yüksek mukavemet ve tokluğa sahip implantların gereksinimleridir.

2.2 Titanyum alaşımlarının tıbbi ve ortopedik alanları
Titanyum alaşımlarının gelişmesi, titanyum çeşitleri ve fiyat düşüşleri ile pazar durumu, inşaat sektöründe titanyum uygulamaları katlanarak arttı. CFDA, güvenliklerine göre yüksekten düşüğe ve sırasıyla hükümet denetimi ve yönetiminin üç düzeyine göre üç tıbbi cihaz sınıfına ayrılacaktır; titanyum ve titanyum alaşımlı malzeme implantları üçüncü tıbbi cihaz sınıfına aittir ve yüksek değerlidir. sarf malzemeleri sınıfı. In vitro diagnostik, kardiyak, diagnostik görüntüleme, ortopedi, oftalmoloji, ortopedi olmak üzere altı ana segmentin de dahil olduğu yan sanayinin pazar payı %5'ten fazladır. Bunlar arasında in vitro teşhis, ortopedi ve kardiyak müdahale, Çin'de en hızlı büyüyen yüksek değerli sarf malzemeleridir. Biyomedikal titanyum ve alaşımlarının uygulanması üç önemli aşamadan geçmiştir: 1950'lerin başlarında ilk kez Birleşik Krallık ve Amerika Birleşik Devletleri'nde uygulanması, ticari olarak saf titanyumun kemik plakaları, vidalar, intramedüller çiviler ve kalça eklemleri üretiminde kullanılması. . Swiss Mathys aynı zamanda genişletilmemiş intramedüller çivileme sistemleri (tibia, humerus, femur dahil) ve femur boynu kırıklarının tedavisi için içi boş vidalar üretmek için Ti-6A1-7Nb alaşımını da kullandı. Gözenekli Ni-Ti (PNT) alaşımlı biyoaktif malzeme üretimi servikal, lomber vücutlararası füzyon (Cage) Kanada BIORTHEX şirketi, ortopedik omurilik yaralanması tedavisi için gözenekli Ni-Ti alaşımı patentli malzeme ACTIPOREORE gama üretimi servikal, lomber vücutlararası füzyonun kullanımını geliştirdi. Yeni beta titanyum alaşımı, ortopedi, diş hekimliği ve damar müdahalelerini ve ileri malzemelerin diğer kullanımlarını hesaba katabilir. Ortopedik tıbbi cihaz endüstrisi, küresel tıbbi cihaz pazar payının %9'undan fazlasını oluşturuyor ve halen hızlı bir büyüme içinde. Ortopedik tıbbi cihazlar pazarı travma, eklem, omurga ve diğerleri olmak üzere dört ana bölüme ayrılmıştır. Bunların arasında travma, yabancı şirketler tarafından büyük bir pazar payına sahip olmayan tek segmenttir; bunun temel nedeni, bu alandaki ürünlerin düşük teknolojili, taklit edilmesi kolay, çalıştırılması daha az zor olması ve birçok ikinci ve üçüncü sırada yer almasıdır. düzeyindeki hastanelerde yürütülebildiğinden yabancı şirketler tam olarak karşılanamamaktadır. Travma ürünleri dahili fiksasyon ve harici fiksasyon cihazları, intramedüller çiviler, plaklar ve vidalar dahil dahili fiksasyon travma ürünleri olarak ayrılabilir. 2012 yılında travma, yurtiçi ortopedi pazarının %34'ünü, eklemlerin %28'ini, ortopedi pazarının %20'sini oluşturuyordu. omurga ve diğerinin %18'i. Büyük eklemler, yüksek teknik engellere sahip üst düzey tıbbi cihazlardır. Şu anda ana akım hastaneler ağırlıklı olarak ortopedik malzeme ithal ediyor ve teknoloji, tasarım, araştırma ve geliştirme, malzeme ve yüzey işleme süreci açısından yerli ve ithal ürünler arasında hala bir boşluk var. Yapay eklemler temel olarak yapay diz, kalça, dirsek, omuz, parmak ve ayak parmağı eklemleri vb. olarak kategorize edilir; bunların en önemli eklem replasmanları, birlikte küresel eklem replasman pazarının %95'inden fazlasını oluşturan kalça ve diz eklemlerini içerir. . Spinal implant cihazları arasında torakolomber omurga tırnak plakası sistemi, servikal omurga tırnak plakası sistemi ve füzyon sistemi vb. yer alır; bunların yaklaşık yarısı kadarını oluşturan, aynı zamanda en önemli segment olan intervertebral disk replasmanının tedavisinde esas olarak intervertebral füzyon sistemi kullanılır. tüm omurga implantı pazarının
Titanyum alaşımlarının üstün performansı, onların tıp alanında lider konuma gelmesine neden olmuştur. Titanyum alaşımlarının malzeme tasarımı ve hazırlama teknolojisi, biyoteknolojideki atılımlar ve tıbbi uygulamalara olan büyük talep ile birlikte hızla gelişmiştir. Şu anda üretilen tıbbi titanyum alaşımları ağırlıklı olarak + tipi titanyum alaşımlarıdır. Hazırlık süreci açısından bakıldığında TC4 (TC4ELI) üretimi şu anda ana pazar payını elinde tutuyor. tipi titanyum alaşımları, tıbbi implantlar alanında en umut verici teknoloji olan biyouyumluluk ve mekanik uyumluluk avantajlarından dolayı yeni tıbbi titanyum alaşımlarının araştırma noktası haline gelmiştir. Gelecekte titanyum alaşımlarının üretim teknolojisi, düşük modüllü, yüksek mukavemetli, iyi biyouyumluluk ve mekanik uyumluluk yönünde geliştirilmelidir. Geliştirme trendinden itibaren -tipi titanyum alaşımı, tıbbi titanyum alaşımı pazarının gelecekteki geliştirme yönü ve ana akımı haline gelecektir.