Abstrakt: S dynamickým vývojem a velkými průlomy v biotechnologiích rychle roste poptávka po biomedicínských slitinách titanu. Vzhledem k patogenitě V a Al v široce používaných lékařských slitinách titanu, jako jsou TC4 a TC4ELI, má však výzkum a vývoj nových lékařských slitin titanu v mé zemi velký praktický význam a široké tržní vyhlídky. Tento článek stručně popisuje klasifikaci, základní vlastnosti a aplikační základ biomedicínských slitin titanu; poukazuje na jeho vývojový trend v lékařské oblasti; a shrnuje základní metody zpracování a přípravy a metody hodnocení výkonnosti nových slitin β titanu.
Klíčová slova: lékařská slitina titanu; rozvoj; vývoj výzkumu; zpracovává se
Biomedicínský materiál ze slitiny titanu se konkrétně týká třídy funkčních strukturálních materiálů používaných v biomedicínském inženýrství, konkrétně se týká výroby a výroby chirurgických implantátů a ortopedických zařízení [1]. Výroba a příprava materiálů pro zpracování slitin titanu zahrnuje oblasti metalurgie, tlakového zpracování, kompozitních materiálů a chemikálií a je ve světě uznávána jako špičkový produkt. Titan a slitiny titanu se postupně dostaly do oblasti civilní spotřeby z leteckého, leteckého, obranného a vojenského průmyslu [2]. Výrobky, jako jsou implantáty a lékařské vybavení v lékařském a zdravotnickém průmyslu; titanové golfové hole ve sportovním a volnočasovém průmyslu, titanové brýlové obruby, titanové hodinky, titanová kola a další výrobky jsou stále více žádány pro materiály zpracovávané titanem. S dynamickým rozvojem a zásadními průlomy v biotechnologiích se průmysl biomedicínských kovových materiálů a jejich produktů vyvine do pilířového odvětví světové ekonomiky [3]. Mezi nimi titan a jeho slitiny spoléhají na vynikající komplexní vlastnosti, jako je nízká hmotnost, nízký modul pružnosti, netoxický, nemagnetický, odolnost proti korozi, vysoká pevnost a dobrá houževnatost. V posledních letech se také rychle a stabilně zvyšuje poptávka po titanu a jeho slitinách [4]. Současně s tím, jak se slitiny titanu začínají dostávat do plastické chirurgie a dalších oborů, se objevují nové potenciální požadavky trhu a trh se slitinami titanu bude v budoucnosti zaznamenávat rychlejší růst.
1 Průzkum ve výzkumu lékařských slitin titanu
1.1 Klasifikace lékařských slitin titanu
Slitiny titanu lze rozdělit do tří typů podle typu mikrostruktury materiálu: titanová slitina typu α, α + α a typu β.
1.2 Trend vývoje lékařských slitin titanu
Podle průzkumu literatury [8-14] se příslušní vědci z domova i ze zahraničí shodují, že vývoj slitin lékařského titanu prošel třemi ikonickými fázemi. První stupeň představuje čistý titan a slitina Ti-6Al-4V; Druhým stupněm je nový typ slitiny α + β reprezentovaný Ti-5A1-2.5Fe a Ti-6A1-7Nb; třetí stupeň je hlavně vývoj a vývoj β-titanu s lepší biokompatibilitou a nižším modulem pružnosti Fáze slitiny. Ideální biomedicínský materiál ze slitiny titanu [15] musí splňovat následující podmínky: dobrá biokompatibilita, nízký modul pružnosti, nízká hustota, dobrý antikorozní výkon, netoxický, vysoká mez kluzu, dlouhá únavová životnost a vysoká teplota při pokojové teplotě . Velká plasticita, snadné tváření, snadné lití atd. V současné době jsou důležitými slitinami, které byly široce používány v implantačních materiálech, Ti-6A1-4V a Ti-6A1-4VELI. V literatuře [16-19] bylo uvedeno, že V element může způsobit zhoubné tkáňové reakce a může mít toxické vedlejší účinky na lidské tělo, zatímco Al může způsobit osteoporózu a duševní poruchy; za účelem vyřešení tohoto problému se současní vědci v oblasti biomateriálů zavázali prozkoumat Před zkoumáním nových biomedicínských materiálů ze slitin titanu, které neobsahují V a Al, je nutné zjistit, jaké slitinové prvky jsou vhodné pro přidání, které jsou netoxické a odpovídají princip biokompatibility. Studie [20–23] zjistily, že β slitiny titanu obsahující molybden, niob, tantal, zirkonium a další netoxické prvky obsahují vyšší obsah β stabilizačních prvků a mají nižší modul pružnosti ve srovnání s α + β slitiny titanu (E=55 ~ 80 GPa) a lepší smykový výkon a houževnatost, vhodnější pro implantaci do lidského těla jako implantát.
2 Aplikace slitiny titanu
2.1 Lékařský základ slitiny titanu
Hlavní výhody použití titanu a slitin titanu jako lidských implantátů jsou: (1) Hustota (20 ° C)=4,5 g/cm3, nízká hmotnost. Implantováno do lidského těla: snížit zátěž lidského těla, jako zdravotnický prostředek: snížit provozní zátěž zdravotnického personálu. (2) Modul pružnosti je nízký a čistý titan je 108500 MPa. Je implantován do lidského těla: je blíže k přirozené kosti lidského těla, což je příznivé pro kostní spojení a snižuje účinek kosti chránící napětí na implantát. (3) Nemagnetické, neovlivněné elektromagnetickými poli a bouřkami, což je prospěšné pro bezpečnost lidského těla po použití. (4) Netoxický, jako implantát nemá žádné toxické a vedlejší účinky na lidské tělo. (5) Odolnost proti korozi (biologicky inertní kovový materiál). Má vynikající odolnost proti korozi v prostředí ponoření lidské krve, zajišťuje dobrou kompatibilitu s lidskou krví a buněčnou tkání a nezpůsobuje znečištění lidského těla jako implantát. Dojde k alergickým reakcím, což je základní podmínka aplikace titanu a slitin titanu. (6) Vysoká pevnost a dobrá houževnatost. Poškození kostí a kloubů způsobené traumatem, nádory a dalšími faktory. Aby bylo možné vytvořit stabilní kostní lešení, je nutné použít zakřivené dlahy, šrouby, umělé kosti a klouby atd. A tyto implantáty by měly být ponechány po dlouhou dobu. Lidské tělo je vystaveno silám ohybu, kroucení, stlačování a svalové kontrakce lidského těla, což vyžaduje, aby implantát měl vysokou pevnost a houževnatost.
2.2 Lékařská a ortopedická oblast slitiny titanu
Situace na trhu S rozvojem titanových slitin, nárůstem rozmanitosti titanových materiálů a poklesem cen se aplikace titanu v civilním průmyslu exponenciálně zvýšila. CFDA rozděluje zdravotnická zařízení do tří úrovní podle jejich bezpečnosti od nejvyšší po nejnižší a je pod dohledem a správou tří úrovní státní správy. Implantáty z titanu a slitin titanu patří do třetí kategorie zdravotnických prostředků a jsou vysoce hodnotným spotřebním materiálem. . Subsektory, které představují více než 5% tržního segmentu, zahrnují diagnostiku in vitro, kardiologii, zobrazovací diagnostiku, ortopedii, oftalmologii a plastickou chirurgii. Mezi nimi jsou diagnostika in vitro, ortopedie a srdeční intervence nejrychleji rostoucím vysoce hodnotným spotřebním zbožím v Číně. Aplikace biomedicínského titanu a jeho slitinových materiálů prošla třemi ikonickými fázemi [27]: Na počátku 50. let 20. století, nejprve ve Velké Británii a ve Spojených státech, byl komerční čistý titan používán k výrobě kostních destiček, šroubů, nitrodřeňových hřebů a kyčle klouby. . Švýcarská společnost Mathys také používá slitinu Ti-6A1-7Nb k výrobě nevystružených propletených intramedulárních nehtových systémů (včetně holenní kosti, pažní kosti a stehenní kosti) a dutých šroubů k léčbě zlomenin krčku stehenní kosti. Bioaktivní materiály ze slitiny porézních Ni-Ti (PNT) pro výrobu cervikálních a bederních meziobratlových fúzních klecí (Cage) Kanadská společnost BIORTHEX vyvinula použití porézního Ni-Ti slitiny patentovaného materiálu ACTIPORE k výrobě cervikálních a bederních intervertebrálních fúzních klecí pro léčbu ortopedické páteře zranění. Nová slitina beta-titanu je pokročilý materiál pro ortopedii, zubní lékařství a vaskulární intervenci, který představuje 9% celosvětového podílu na trhu zdravotnických prostředků a stále rychle roste. Trh s ortopedickými zdravotnickými prostředky je rozdělen hlavně do čtyř oblastí: traumata, klouby, páteř a další. Mezi nimi je v současné době trauma jediným pododdělením, které není obsazeno zahraničními společnostmi. Hlavním důvodem je, že produkty v této oblasti mají nízkou technologii, jsou snadno napodobitelné a provoz je méně náročný. Mnoho sekundárních a terciárních nemocnic to může provádět a zahraniční společnosti to nemohou plně pokrýt. . Trauma produkty lze rozdělit na zařízení pro vnitřní fixaci a externí fixaci. Mezi produkty traumatu vnitřní fixace patří nitrodřeňové hřebíky, kostní dlahy a šrouby. V roce 2012 představoval domácí trh s ortopedií 34% traumat, 28% kloubů, 20% páteře a další. 18%. Velké klouby jsou špičková zdravotnická zařízení s vysokými technickými překážkami. V současnosti běžné nemocnice dovážejí zejména ortopedické materiály. Stále existuje propast mezi domácími a dováženými výrobky, pokud jde o technologie, design, výzkum a vývoj, materiály a procesy povrchové úpravy. . Umělé klouby se dělí hlavně na umělé klouby kolenní, kyčelní, loketní, ramenní, prstové, prstové atd. Mezi nejdůležitější kloubní náhrady patří kyčelní a kolenní klouby, které dohromady přesahují 95% celosvětového trhu s náhradami kloubů. Mezi zařízení pro spinální implantaci patří torakolumbární páteřní systém, systém krční páteře a systém fúzních klecí, mezi nimiž se systém meziobratlové fúzní klece používá hlavně k léčbě výměny meziobratlových plotének a je také nejdůležitějším segmentem, který představuje přibližně celý trh s implantáty páteře Polovina z toho.
3 Závěr
Vynikající výkon slitiny titanu dosáhl svého vedoucího postavení v lékařské oblasti. Technologie materiálového designu a přípravy titanové slitiny byla rychle vyvinuta s průlomem biotechnologie a masivní poptávkou po lékařských aplikacích. V současnosti vyráběné lékařské slitiny titanu jsou převážně titanové slitiny typu α + β. Z hlediska procesu přípravy zaujímá v současné době výroba TC4 (TC4ELI) významný podíl na trhu. Slitina titanu typu β má určité výhody, pokud jde o biokompatibilitu a mechanickou kompatibilitu, takže se stala vyhledávacím místem nových lékařských slitin titanu a je nejslibnější technologií v oblasti lékařských implantátů. V budoucnu by se výrobní technologie slitin titanu měla vyvíjet ve směru nízkého modulu, vysoké pevnosti, dobré biokompatibility a mechanické kompatibility. Z pohledu vývojových trendů se titanové slitiny typu β stanou směrem budoucího vývoje a hlavním proudem trhu se zdravotnickými titanovými slitinami.
