Biomedicínské materiály ze slitin titanu označují druh funkčních konstrukčních materiálů používaných v biomedicínském inženýrství, konkrétně pro výrobu a výrobu chirurgických implantátů a ortopedických nástrojů [1]. Výroba a příprava zpracovatelských materiálů slitin titanu zahrnuje obory metalurgie, tlakové zpracování, kompozitní materiály a chemický průmysl. Ve světě je uznáván jako špičkový-technický produkt. Titan a slitiny titanu se postupně dostaly do oblasti civilní spotřeby z oblastí letectví, letectví, národní obrany a vojenského průmyslu [2]. Jako jsou implantáty a zdravotnická zařízení v lékařském a zdravotnickém průmyslu; Poptávka po materiálech na zpracování titanu roste u titanových golfových holí, titanových brýlových obrub, titanových hodinek, titanových kol a dalších produktů v odvětví sportu a volného času. S energickým rozvojem a velkým průlomem v biotechnologii se průmysl biomedicínských kovových materiálů a jejich výrobků vyvine v pilířový průmysl světové ekonomiky [3]. Mezi nimi poptávka po titanu a jeho slitinách v posledních letech také rychle a stabilně roste díky jejich vynikajícím komplexním vlastnostem, jako je nízká hmotnost, nízký modul pružnosti, ne-toxický a{11}}magnetický, odolnost proti korozi, vysoká pevnost a dobrá houževnatost [4]. Současně, jak titanová slitina začíná vstupovat do plastické chirurgie a dalších oborů, objevuje se nová potenciální poptávka na trhu a trh s titanovými slitinami poroste v budoucnu rychleji.
Pokrok ve výzkumu lékařské slitiny titanu
1.1 klasifikace slitin lékařského titanu
Titanové slitiny lze rozdělit na: Typ, + Typ a slitina titanu Typ 3.
1.2 vývojový trend lékařské titanové slitiny
Prostřednictvím průzkumu literatury [8-14] bylo zjištěno, že příslušní výzkumní učenci doma i v zahraničí se shodují na tom, že vývoj slitiny lékařského titanu prošel třemi přelomovými fázemi. První stupeň představuje čistý titan a slitina Ti-6Al-4V; Druhý stupeň je nový stupeň reprezentovaný slitinou ti-5a1-2,5fe a ti-6a1-7nb + Type; Třetím stupněm je především vývoj a vývoj lepší biokompatibility a nižšího modulu pružnosti – stupeň slitiny titanu. Ideální biomedicínský materiál slitiny titanu [15] musí splňovat následující podmínky: dobrá biokompatibilita, nízký modul pružnosti, nízká hustota, dobrý antikorozní výkon, netoxický, vysoká mez kluzu, dlouhá únavová životnost, velká plasticita při pokojové teplotě, snadno se tvaruje, snadno se odlévá atd. V současnosti jsou důležité slitiny široce používané v materiálech implantátů Ti-6A1-4V a ti-6a1. Uvádí se, že prvek [16-19] V může způsobit maligní tkáňovou reakci a může mít toxické a vedlejší účinky na lidský organismus, zatímco Al může způsobit osteoporózu, duševní poruchy a další onemocnění; Aby tento problém vyřešili, biomaterialisté se zavázali zkoumat a studovat nové biomedicínské materiály ze slitin titanu bez V a spol. Předtím je nutné zjistit, jaké legovací prvky je vhodné přidat, které jsou netoxické a v souladu s principem biokompatibility. Některé studie [20-23] zjistily, že obsahuje netoxické prvky jako molybden, niob, tantal a zirkonium Titanová slitina obsahuje vysoký obsah stabilních prvků a + Ve srovnání s titanovou slitinou typu I má nižší modul pružnosti (E=55 ~ 80 gpa), lepší smykové vlastnosti a houževnatost a je vhodnější pro implantaci do lidského těla.
2 Aplikace slitiny titanu
2.1 lékařský základ slitiny titanu
Výhody použití titanu a titanové slitiny jako lidských implantátů jsou: (1) hustota (20 stupňů)=4.5g/cm3, nízká hmotnost. Implantace do lidského těla: snížení zátěže lidského těla. Jako zdravotnický prostředek: snížit provozní zátěž zdravotnického personálu. (2) Modul pružnosti je nízký a čistý titan je 108 500 mpa. Implantuje se do lidského těla: je blíže přirozené kosti lidského těla, což přispívá ke spojení kosti a snižuje účinek stínění kosti na implantát proti stresu. (3) Nemagnetické, neovlivněné elektromagnetickým polem a bouřkovým počasím, což přispívá k bezpečnosti lidí po použití. (4) Netoxický. Jako implantát nemá žádné vedlejší účinky na lidský organismus. (5) Odolnost proti korozi (bio inertní kovový materiál), vynikající odolnost proti korozi v imerzním prostředí lidské krve, dobrá kompatibilita s lidskou krví a buněčnou tkání, žádné lidské znečištění a alergická reakce jako implantát, což je základní podmínkou pro aplikaci titanu a slitiny titanu. (6) Má vysokou pevnost a dobrou houževnatost. Poškození kostí a kloubů je způsobeno traumatem, nádorem a dalšími faktory. Pro vytvoření stabilního kostního lešení je nutné použít obloukové dlahy, šrouby, umělé kosti a klouby. Tyto implantáty by měly zůstat v lidském těle po dlouhou dobu a budou ovlivněny ohýbáním, torzí, vytlačováním a svalovou kontrakcí lidského těla. Vyžaduje se, aby implantáty měly vysokou pevnost a houževnatost.
2.2 lékařské a ortopedické obory slitiny titanu
Situace na trhu s vývojem slitiny titanu, nárůstem odrůd titanu a snížením ceny, aplikace titanu v civilním průmyslu se zdvojnásobila. CFDA rozděluje zdravotnická zařízení do tří úrovní podle jejich bezpečnosti od vysoké po nízkou, přičemž tři-úrovně na ně dohlížejí a spravují je vlády. Implantáty vyrobené z titanu a materiálů ze slitin titanu patří do třetí kategorie zdravotnických prostředků a jsou vysoce-hodnotným spotřebním materiálem. Mezi dílčí odvětví s tržními segmenty představujícími více než 5 % patří diagnostika in vitro, srdce, zobrazovací diagnostika, ortopedie, oftalmologie a plastická chirurgie. Mezi nimi jsou diagnostika in vitro, ortopedie a srdeční intervence nejrychleji-rostoucím vysoce-spotřebním materiálem v Číně. Aplikace biomedicínského titanu a jeho slitinových materiálů prošla třemi přelomovými fázemi [27]: na počátku 50. let 20. století byl komerční čistý titan poprvé použit k výrobě kostních dlahy, šroubů, nitrodřeňových hřebů a kyčelních kloubů v Británii a Spojených státech. Mathys of Switzerland také používá slitinu ti-6a1-7nb k výrobě nevystružovaného systému nitrodřeňových nehtů (včetně tibie, humeru a femuru) a dutých šroubů pro léčbu zlomenin krčku stehenní kosti. Výroba bioaktivního materiálu z porézní slitiny Ni Ti (pnt) pro výrobu cervikální a bederní mezitělové fúzní klece (klece) kanadská společnost biortex vyvinula cervikální a bederní mezitělovou fúzní klec vyrobenou z porézního materiálu actipore GA slitiny Ni Ti pro léčbu ortopedických poranění páteře. Nový typ titanové slitiny je pokročilý materiál, který lze použít v ortopedii, stomatologii a cévních intervencích. Odvětví ortopedických zdravotnických prostředků představuje 9 % celosvětového podílu na trhu zdravotnických prostředků a stále rychle roste. Trh s ortopedickými zdravotnickými prostředky je rozdělen především do čtyř oblastí: trauma, kloub, páteř a další. Mezi nimi je trauma jediné rozdělené pole, které nebylo obsazeno zahraničními podniky. Hlavním důvodem je, že výrobky v této oblasti mají nízký technický obsah, snadno se kopírují a provoz je méně náročný. Může ji provádět řada středních a vysokých nemocnic, které nemohou být plně pokryty zahraničními podniky. Úrazové produkty lze rozdělit na vnitřní fixační prostředky a externí fixační prostředky. Produkty traumatu vnitřní fixace zahrnují intramedulární hřeby, kostní dlahy a šrouby. V roce 2012 tvořilo trauma na tuzemském ortopedickém trhu 34 %, klouby 28 %, páteř 20 % a ostatní 18 %. Velké klouby jsou špičková zdravotnická zařízení s vysokými technickými bariérami. V současnosti běžné nemocnice dovážejí především ortopedický materiál. Mezi domácími a dováženými produkty stále existuje propast, pokud jde o technologii, design, výzkum a vývoj, materiály, proces povrchové úpravy atd. Umělé klouby se dělí především na umělé kolenní, kyčelní, loketní, ramenní, prstové a prstové klouby, mezi které patří mezi nejvýznamnější kloubní náhrady kyčelní a kolenní klouby, představující více než 95 % celosvětového trhu kloubních náhrad. Zařízení pro páteřní implantáty zahrnují torakolumbální šroubový dlahový systém, cervikální šroubový dlahový systém a fúzní klecový systém. Systém intervertebrální fúze se používá především k léčbě náhrady meziobratlové ploténky. Je to také nejdůležitější segment, který představuje asi polovinu celého trhu s páteřními implantáty.
3 závěr
Vynikající vlastnosti titanové slitiny z ní činí vedoucí pozici v lékařské oblasti. S průlomem v biotechnologii a velkou poptávkou po lékařských aplikacích se materiálový design a technologie přípravy titanové slitiny rychle rozvíjely. V současnosti jsou hlavními vyráběnými slitinami lékařského titanu titanová slitina typu +. Z hlediska procesu přípravy zaujímá v současnosti hlavní podíl na trhu výroba TC4 (tc4eli). Vzhledem ke svým určitým výhodám v biokompatibilitě a mechanické kompatibilitě se titanová slitina typu T- stala centrem výzkumu nové slitiny lékařského titanu a nejpotenciálnější technologií v oblasti lékařských implantátů. V budoucnu by se technologie výroby titanové slitiny měla vyvíjet směrem k nízkému modulu, vysoké pevnosti, dobré biokompatibilitě a mechanické kompatibilitě. Z vývojového trendu se titanová slitina typu stane budoucím směrem vývoje a hlavním proudem trhu lékařských slitin titanu.
