Resum: Amb el desenvolupament vigorós i els grans avenços de la biotecnologia, la demanda d'aliatges biomèdics de titani creix ràpidament. No obstant això, a causa de la patogenicitat de V i Al en els aliatges de titani mèdics àmpliament utilitzats com TC4 i TC4ELI, la investigació i desenvolupament de nous aliatges de titani mèdics té una gran importància pràctica i àmplies perspectives de mercat al meu país. Aquest article descriu breument la classificació, propietats bàsiques i base d'aplicació dels aliatges biomèdics de titani; assenyala la seva tendència de desenvolupament en l'àmbit mèdic; i resumeix els mètodes bàsics de processament i preparació i mètodes d'avaluació del rendiment dels nous aliatges de titani β.
Paraules clau: aliatge de titani mèdic; desenvolupament; progrés de la investigació; processament
El material d'aliatge de titani biomèdic es refereix específicament a una classe de materials estructurals funcionals utilitzats en enginyeria biomèdica, es refereix específicament a la producció i fabricació d'implants quirúrgics i dispositius ortopèdics [1]. La producció i preparació de materials de processament d’aliatges de titani implica els camps de la metal·lúrgia, el processament a pressió, els materials compostos i els productes químics, i és reconeguda com un producte d’alta tecnologia al món. El titani i els aliatges de titani han entrat gradualment en el camp del consum civil de les indústries aeroespacial, aeronàutica, de defensa nacional i militar [2]. Productes com ara implants i equipament mèdic en la indústria mèdica i sanitària; Els clubs de golf de titani de la indústria de l’esport i l’oci, els marcs d’espectacles de titani, els rellotges de titani, les bicicletes de titani i altres productes tenen una demanda creixent de materials processats de titani. Amb el desenvolupament vigorós i els grans avenços de la biotecnologia, la indústria dels materials metàl·lics biomèdics i els seus productes es convertirà en una indústria de pilars de l’economia mundial [3]. Entre ells, el titani i els seus aliatges compten amb excel·lents propietats integrals, com ara pes lleuger, baix mòdul elàstic, no tòxic, no magnètic, resistència a la corrosió, alta resistència i bona duresa. En els darrers anys, la demanda de titani i els seus aliatges també ha augmentat de forma ràpida i constant [4]. Al mateix temps, a mesura que els aliatges de titani comencen a entrar en cirurgia plàstica i altres camps, sorgeixen noves demandes potencials del mercat i el mercat d’aliatges de titani experimentarà un creixement més ràpid en el futur.
1 Avanç de la investigació d'aliatges de titani mèdics
1.1 Classificació d'aliatges de titani mèdics
Els aliatges de titani es poden dividir en tres tipus segons el tipus de microestructura del material: aliatge de titani de tipus α, α + i de tipus β.
1.2 La tendència de desenvolupament dels aliatges mèdics de titani
Segons una enquesta bibliogràfica [8-14], els investigadors rellevants nacionals i estrangers coincideixen que el desenvolupament d'aliatges de titani mèdics ha passat per tres etapes icòniques. La primera etapa està representada per titani pur i aliatge Ti-6Al-4V; La segona etapa és un nou tipus d'aliatge α + β representat per Ti-5A1-2.5Fe i Ti-6A1-7Nb; la tercera etapa consisteix principalment a desenvolupar i desenvolupar β-titani amb una millor biocompatibilitat i un mòdul elàstic inferior. L'etapa de l'aliatge. El material d'aliatge de titani biomèdic ideal [15] ha de complir les següents condicions: bona biocompatibilitat, baix mòdul d'elasticitat, baixa densitat, bon rendiment anticorrosiu, no tòxic, resistència elevada al rendiment, llarga vida a la fatiga i temperatura elevada a temperatura ambient . Gran plasticitat, fàcil formació, fàcil colada, etc. Actualment, els aliatges importants que s’han utilitzat àmpliament en materials per a implants són Ti-6A1-4V i Ti-6A1-4VELI. A la literatura [16-19] s’ha informat que l’element V pot causar reaccions malignes del teixit i pot tenir efectes secundaris tòxics sobre el cos humà, mentre que l’A pot causar osteoporosi i trastorns mentals; Per resoldre aquest problema, els científics actuals en biomaterials es comprometen a explorar Abans d’investigar nous materials d’aliatge de titani biomèdics que no continguin V i Al, és necessari esbrinar quins elements d’aliatge són adequats per a l’addició que no són tòxics i s’ajusten a el principi de biocompatibilitat. Els estudis [20-23] van trobar que els aliatges de titani β que contenen molibdè, niobi, tàntal, zirconi i altres elements no tòxics contenen un contingut més alt d’elements estabilitzadors β i tenen un mòdul d’elasticitat inferior en comparació amb α + β aliatges de titani (E=55 ~ 80GPa) i un millor rendiment i resistència al tall, més adequats per a la implantació al cos humà com a implant.
2 Aplicació d'aliatge de titani
2.1 Bases mèdiques de l'aliatge de titani
Els principals avantatges d’utilitzar titani i aliatges de titani com a implants humans són: (1) Densitat (20 ° C)=4,5 g / cm3, pes lleuger. Implantat al cos humà: reduir la càrrega sobre el cos humà, com a dispositiu mèdic: reduir la càrrega operativa del personal mèdic. (2) El mòdul d’elasticitat és baix i el titani pur és de 108500MPa. S'implanta al cos humà: està més a prop de l'os natural del cos humà, cosa que propicia la connexió òssia i redueix l'efecte de protecció contra l'estrès de l'os sobre l'implant. (3) No magnètic, no afectat pels camps electromagnètics i les tempestes, cosa que és beneficiosa per a la seguretat del cos humà després del seu ús. (4) No tòxic, com a implant, no té efectes tòxics ni secundaris per al cos humà. (5) Resistència a la corrosió (material metàl·lic biològicament inert). Té una excel·lent resistència a la corrosió a l’entorn d’immersió de la sang humana, que garanteix una bona compatibilitat amb la sang humana i el teixit cel·lular, i no causa contaminació del cos humà com a implant. Es produiran reaccions al·lèrgiques, que és la condició bàsica per a l’aplicació de titani i aliatges de titani. (6) Alta resistència i bona duresa. Danys en ossos i articulacions causats per traumes, tumors i altres factors. Per establir una bastida òssia estable, cal utilitzar plaques corbes, cargols, ossos i articulacions artificials, etc., i s’hauran de deixar aquests implants durant molt de temps. El cos humà està sotmès a les forces de flexió, torsió, compressió i contracció muscular del cos humà, que requereixen que l’implant tingui una alta resistència i resistència.
2.2 El camp mèdic i ortopèdic de l'aliatge de titani
Situació del mercat Amb el desenvolupament d'aliatges de titani, l'augment de la varietat de materials de titani i la disminució dels preus, l'aplicació del titani a la indústria civil ha augmentat exponencialment. El CFDA divideix els dispositius mèdics en tres nivells segons la seva seguretat de més alt a més baix, i està supervisat i gestionat per tres nivells de govern. Els implants de material de titani i aliatge de titani pertanyen a la tercera categoria de dispositius mèdics i són consumibles d’alt valor. . Els subsectors que representen més del 5% del segment del mercat inclouen diagnòstic in vitro, cardiologia, diagnòstic per imatge, ortopèdia, oftalmologia i cirurgia plàstica. Entre ells, el diagnòstic in vitro, l’ortopèdia i la intervenció cardíaca són els consumibles d’alt valor de més ràpid creixement a la Xina. L'aplicació de titani biomèdic i els seus materials d'aliatge ha passat per tres etapes icòniques [27]: A principis dels anys 50, primer al Regne Unit i als Estats Units, el titani pur comercial es feia servir per fabricar plaques d'os, cargols, claus intramedulars i maluc articulacions. . L’empresa suïssa Mathys també utilitza aliatge Ti-6A1-7Nb per fabricar sistemes d’ungles intramedulars no encreuats (inclosos la tíbia, l’húmer i el fèmur) i cargols buits per al tractament de fractures del coll femoral. Materials bioactius d’aliatge porós Ni-Ti (PNT) per fabricar gàbies de fusió intervertebral cervical i lumbar (gàbia) L’empresa canadenca BIORTHEX va desenvolupar l’ús de material patentat d’aliatge Ni-Ti porós ACTIPORE per fabricar gàbies de fusió intervertebral cervical i lumbar per al tractament de la columna vertebral ortopèdica lesions. El nou aliatge de β-titani és un material avançat per a intervencions d’ortopèdia, odontologia i vascular, que representa el 9% de la quota de mercat mundial de dispositius mèdics i que continua creixent ràpidament. El mercat de dispositius mèdics ortopèdics es divideix principalment en quatre àrees: traumes, articulacions, columna vertebral i altres. Entre elles, el trauma és actualment l’única subdivisió que no ocupen empreses estrangeres. La raó principal és que els productes d’aquest camp tenen poca tecnologia, són fàcils d’imitar i són menys difícils d’utilitzar. Molts hospitals secundaris i terciaris poden realitzar-la i les empreses estrangeres no la poden cobrir completament. . Els productes traumàtics es poden dividir en dispositius de fixació interna i externa. Els productes traumàtics de fixació interna inclouen ungles intramedulars, plaques òssies i cargols. El 2012, el mercat nacional d’ortopèdia va representar el 34% dels traumes, el 28% de les articulacions, el 20% de la columna vertebral i altres. 18%. Les juntes grans són dispositius mèdics de gamma alta amb barreres tècniques elevades. Actualment, els hospitals principals importen principalment materials ortopèdics. Encara hi ha una bretxa entre els productes nacionals i els importats en termes de tecnologia, disseny, investigació i desenvolupament, materials i processos de tractament de superfícies. . Les articulacions artificials es divideixen principalment en articulacions artificials de genoll, maluc, colze, espatlla, dit, dit dels peus, etc. Els dispositius d’implant vertebral inclouen el sistema de plaques de columna vertebral toracolumbar, el sistema de plaques de columna vertebral cervical i el sistema de gàbies de fusió, entre els quals el sistema de gàbies de fusió intervertebral s’utilitza principalment per al tractament de la substitució de disc intervertebral, i també és el segment més important, que representa aproximadament tot mercat d’implants vertebrals La meitat.
3 Conclusió
El rendiment superior de l’aliatge de titani ha assolit la seva posició de lideratge en el camp mèdic. El disseny de materials i la tecnologia de preparació de l’aliatge de titani s’ha desenvolupat ràpidament amb l’avenç de la biotecnologia i la gran demanda d’aplicacions mèdiques. Els aliatges de titani mèdics produïts actualment són principalment aliatges de titani de tipus α +. Des de la perspectiva del procés de preparació, la producció de TC4 (TC4ELI) ocupa actualment una quota de mercat important. L’aliatge de titani de tipus β té certs avantatges en termes de biocompatibilitat i compatibilitat mecànica, de manera que s’ha convertit en un punt d’investigació de nous aliatges de titani mèdics i és la tecnologia més prometedora en el camp dels implants mèdics. En el futur, la tecnologia de producció d'aliatges de titani hauria de desenvolupar-se en la direcció de mòduls baixos, alta resistència, bona biocompatibilitat i compatibilitat mecànica. Des de la perspectiva de les tendències del desenvolupament, els aliatges de titani de tipus β esdevindran la direcció del desenvolupament futur i el corrent principal del mercat d'aliatges de titani mèdics.
