Orvosbiológiai titánötvözet anyagok és alkalmazások

A titánötvözetből készült anyagok az orvosbiológiai alkalmazásokhoz a funkcionális szerkezeti anyagok egy osztálya, amelyeket az orvosbiológiai mérnökökben használnak, kifejezetten sebészeti implantátumok és ortopédiai eszközök gyártásához és gyártásához. A titánötvözetek gyártása és előkészítése a kohászat, a nyomás alatti feldolgozás, a kompozit anyagok és a vegyipar területére terjed ki, és a világon high-tech termékként ismerik el. A titán és a titánötvözetek fokozatosan belépnek a polgári fogyasztói területre a repülőgépiparból, a légi közlekedésből és a védelmi iparból. Ilyenek az egészségügyi ipari implantátumok, orvosi eszközök; sport és szabadidő ipar titán golfütők és titán szemüvegkeretek, titán órák, titán kerékpárok és egyéb termékek, a titán feldolgozó anyagok iránti kereslet növekszik. A biotechnológia erőteljes fejlődésével és a jelentős áttörésekkel az orvosbiológiai fémanyag- és -termékipar a világgazdaság pillériparává válik. Közülük a titán és ötvözetei könnyű súlyú, alacsony rugalmassági modulusú, nem mérgező, nem mágneses, korrózióálló, nagy szilárdságú, jó szívósságú és egyéb kiváló átfogó teljesítményűek, az elmúlt években a gyors és folyamatos növekedés iránti kereslet. Ugyanakkor, ahogy a titánötvözetek kezdenek belépni az ortopédia és más új potenciális piaci kereslet területére, a titánötvözetek piacának jövője gyorsabban fog növekedni.
1 Az orvosi titánötvözet kutatásának előrehaladása
1.1 Az orvosi titánötvözet osztályozása
A titánötvözetek 3 kategóriába sorolhatók az anyag mikroszerkezetének típusa szerint: -típusú, + -típusú és -típusú titánötvözetek.
1.2 Az orvosi titánötvözet fejlődési trendje
Az irodalmi kutatások azt találták, hogy hazai és külföldi kutatók és tudósok egyetértenek abban, hogy az orvosi titánötvözetek fejlesztése három ikonikus szakaszon ment keresztül, az első szakaszt a tiszta titán és a Ti{0}}Al-4V ötvözet képviseli; a második fokozatot az új + ötvözet képviseli Ti-5A1-2.5Fe, Ti-6A1-7Nb-vel; a harmadik szakasz a jobb biokompatibilitású és alacsonyabb rugalmassági modulusú + ötvözetek kifejlesztése; a harmadik lépés a + ötvözet kifejlesztése jobb biokompatibilitással és alacsonyabb rugalmassági modulussal. és alacsonyabb rugalmassági modulusú -titánötvözetek. Az ideális orvosbiológiai titánötvözet anyagoknak meg kell felelniük a következő feltételeknek: jó biokompatibilitás, alacsony rugalmassági modulus, alacsony sűrűség, jó korrózióállóság, nem toxicitás, nagy folyáshatár, hosszú kifáradási élettartam, nagy plaszticitás szobahőmérsékleten, könnyen alakítható, könnyű önthetőség . Az implantátumanyagokban széles körben használt fontos ötvözetek a Ti-6A1-4V és a Ti-6A1-4VELI. Az irodalomban beszámoltak arról, hogy a V elem rosszindulatú szöveti reakciót válthat ki, aminek toxikus mellékhatásai lehetnek az emberi szervezetre, az Al pedig csontritkulást és mentális zavarokat és egyéb rendellenességeket okozhat; A probléma megoldása érdekében a jelenlegi bioanyag-kutatók elkötelezettek az új, V-t és Al-t nem tartalmazó orvosbiológiai titánötvözetek feltárása és kutatása mellett. A probléma megoldása érdekében a jelenlegi bioanyag-kutatók elkötelezték magukat olyan új bioanyagok feltárása és kutatása iránt, amelyek nem tartalmaznak V, Al titánötvözetet, orvosi felhasználásra, és előtte ki kell deríteni, hogy milyen ötvözőelemek alkalmasak nem adalékanyagok hozzáadására. - mérgező és biokompatibilis. Azt találták, hogy a nem mérgező elemeket, például molibdént, nióbiumot, tantálot, cirkóniumot stb. tartalmazó titánötvözetek nagyobb stabilizálóelem-tartalmat tartalmaznak, és a + titánötvözetekhez képest alacsonyabb rugalmassági modulusúak (E {{ 19}} ~ 80GPa), valamint jobb nyíró tulajdonságokkal és szívóssággal rendelkezik, amely alkalmasabb az emberi testbe implantátumként történő beültetésre.

2 Titánötvözet alkalmazása
2.1 A titánötvözet orvosi alapjai
A titán és titánötvözetek emberi implantátumként való használatának előnyei főként a következők: (1) sűrűség (20 fok)=4,5 g/cm3, könnyű. Az emberi szervezetbe ültetve: az emberi test terhelésének csökkentésére, mint orvostechnikai eszköz: az egészségügyi személyzet működési terhelésének csökkentésére. (2) Alacsony rugalmassági modulusú, a tiszta titán 108 500 MPa, a testbe ültetve: közelebb az emberi test természetes csontjához, elősegíti a csontátültetést, hogy csökkentse a csont feszültségvédő hatását az implantátumon. (3) Nem mágneses, nem befolyásolja az elektromágneses mezőket és a zivatarokat, ami használat után kedvező az emberi test biztonsága szempontjából. (4) Nem toxicitás, nincs mérgező mellékhatás az emberi testre, mint implantátum. (5) korrózióállóság (bioinert fémanyagok), kiváló korrózióállóság az emberi vérbe merítés környezetében, az emberi vérrel és a sejtszövetekkel való jó kompatibilitás biztosítása érdekében, mivel az implantátumok nem okoznak emberi szennyeződést, nem lépnek fel allergiás reakciók, amelyek a titán és titánötvözet feltételek alkalmazásának alapja. (6) nagy szilárdságot, jó szívósságot, sérülések, daganatok és egyéb, csonthoz, ízületi károsodáshoz vezető tényezők miatt, a szilárd csonttámasz kialakítása érdekében ívelt lemezek, csavarok, műcsontok és ízületek segítségével kell használni, stb., ezeket az implantátumokat hosszú ideig a testben kell hagyni, ki vannak téve az emberi test hajlításának, csavarásának, extrudálásának, izomösszehúzódásának és egyéb szerepeinek, a nagy szilárdságú implantátumok követelményeinek és szívósság.

2.2 A titánötvözetek orvosi és ortopédiai területei
A piaci helyzet a titánötvözetek, a titánfajták fejlesztésével és az árcsökkentésekkel, a titánalkalmazásokkal a polgári iparban exponenciálisan nőtt. A CFDA az orvostechnikai eszközök három osztályára lesz osztva biztonságosságuk szerint a magastól az alacsonyig, illetve a kormányzati felügyelet és irányítás három szintje szerint, a titánból és a titánötvözetből készült implantátumok az orvostechnikai eszközök harmadik osztályába tartoznak, és nagy értékűek. fogyóeszközök osztály. Alszegmens piaci részesedése több mint 5%-a alágazat, beleértve az in vitro diagnosztikát, szív-, diagnosztikai képalkotás, ortopédia, szemészet, ortopédia hat fő szegmensben. Közülük az in vitro diagnosztika, az ortopédia és a kardiológiai beavatkozás a leggyorsabban növekvő nagy értékű fogyóeszköz Kínában. Az orvosbiológiai titán és ötvözeteinek alkalmazása három mérföldkőnek számító szakaszon ment keresztül: az 1950-es évek elején, először az Egyesült Királyságban és az Egyesült Államokban, a kereskedelmileg tiszta titánt csontlemezek, csavarok, intramedulláris szögek és csípőízületek gyártására használták. . A svájci Mathys Ti-6A1-7Nb ötvözetet is használt nem kiterjesztett intramedulláris szegezőrendszerek (beleértve a sípcsontot, a felkarcsontot, a combcsontot) és az üreges csavarok gyártásához a combnyaktörések kezelésére. Porózus Ni-Ti (PNT) ötvözet bioaktív anyagok gyártása nyaki, ágyéki testközi fúzió (Cage) Kanada A BIORTHEX cég porózus Ni-Ti ötvözet szabadalmaztatott anyag felhasználását fejlesztette ki ACTIPORE gamma gyártás nyaki, ágyéki testközi fúziós ortopédiai gerincsérülések kezelésére. Az új béta-titán ötvözet figyelembe tudja venni az ortopédia, a fogászat és az érrendszeri beavatkozások és a fejlett anyagok egyéb felhasználásait. Az ortopédiai orvostechnikai eszközök piaca négy fő szegmensre oszlik: trauma, ízület, gerinc és mások. Közülük a trauma az egyetlen olyan szegmens, amelyet nem foglaltak el külföldi cégek, és amely jelentős piaci részesedést szerzett, főként azért, mert ezen a területen a termékek alacsony technológiájúak, könnyen utánozhatók, kevésbé nehezen kezelhetők, és sok másod- és harmadik -szintű kórházak kivitelezhetők, így a külföldi cégeket nem lehet teljes mértékben lefedni. A traumatermékek belső rögzítő és külső rögzítő eszközökre, belső rögzítésű traumatermékekre, beleértve az intramedulláris szögeket, lemezeket és csavarokat stb. oszthatók. 2012-ben a trauma a hazai ortopédiai piac 34%-át, az ízületek 28%-át, az ízületek 20%-át tette ki 2012-ben. a gerinc, a másik 18%-a. A nagy ízületek csúcsminőségű orvosi eszközök, magas műszaki akadályokkal. Jelenleg a mainstream kórházak főként ortopédiai anyagokat importálnak, és még mindig szakadék tátong a hazai és az importált termékek között a technológia, a tervezés, a kutatás-fejlesztés, az anyagok és a felületkezelési folyamat tekintetében. A mesterséges ízületeket elsősorban a térd-, csípő-, könyök-, váll-, ujj- és lábujjízületekre stb. sorolják, amelyek közül a legfontosabb ízületi pótlások közé tartoznak a csípő- és térdízületek, amelyek együttesen a globális ízületi pótlási piac több mint 95%-át teszik ki. . A gerincimplantációs eszközök közé tartozik a mellkasi gerinc körömlemezrendszere, a nyaki gerinc körömlemezrendszere és a fúziós rendszer stb., amelyeknek a csigolyaközi fúziós rendszert főleg a csigolyaközi porckorongpótlás kezelésében alkalmazzák, ami egyben a legfontosabb szegmens, körülbelül a felét teszi ki. a teljes gerincimplantátum piacról.
A titánötvözetek kiváló teljesítménye vezetõ pozíciót eredményezett az orvostudomány területén. A titánötvözetek anyagtervezése és előállítási technológiája gyorsan fejlődött a biotechnológia áttörései és az orvosi alkalmazások iránti nagy kereslet következtében. A jelenleg gyártott orvosi titánötvözetek főként + típusú titánötvözetek. Az előkészítési folyamat szempontjából jelenleg a TC4 (TC4ELI) gyártása foglalja el a fő piaci részesedést. -típusú titánötvözetek biokompatibilitási és mechanikai kompatibilitási előnyeik miatt az új orvosi titánötvözetek kutatási központjává váltak, ami a legígéretesebb technológia az orvosi implantátumok területén. A jövőben a titánötvözetek gyártási technológiáját az alacsony modulus, a nagy szilárdság, a jó biokompatibilitás és a mechanikai kompatibilitás irányába kell fejleszteni. A fejlesztési trendből a -típusú titánötvözet lesz a jövőbeni fejlesztési irány és az orvosi titánötvözetek piacának fő áramlata.