Khả năng thích ứng của vật liệu Titan với con người

Để quan sát phản ứng của các ion kim loại với khả năng thích ứng của cơ thể con người, trong phòng thí nghiệm, các tế bào nguyên bào sợi phổi của chuột thí nghiệm y tế Trung Quốc (tế bào V79) và mô tế bào nguyên bào sợi của chuột (20-ngày sau sinh) (tế bào I929) ), v.v., sử dụng các tế bào nhạy cảm với các ion kim loại để tiến hành các phương pháp đánh giá khả năng thích ứng của tế bào. Các ion nguyên tố riêng lẻ được cung cấp bởi cơ quan hành chính độc lập Tổ chức Cơ sở Công nghệ Đánh giá Sản phẩm (Ủy ban Kỹ thuật Tiêu chuẩn hóa Đánh giá Sinh học Thiết bị Y tế) có hiệu quả trong cơ thể con người (cơ thể sinh học). ) phản ứng và chia thành 3 nhóm như trong Hình 1.

Những chất độc hại nhất bao gồm vanadi (V), niken (Ni), đồng (Cu), v.v. Khi các nguyên tố trên có mặt ở đơn vị phần triệu (×{0}}), tế bào sẽ chết trong vòng một khoảng thời gian ngắn. Lấy vanadi (V) và niken (N) làm ví dụ, kết quả thử nghiệm trong tế bào V79 được thể hiện trên Hình 2. Kết quả thử nghiệm ngâm trong một tuần cho thấy nếu nồng độ niken ở khoảng 10×10-6 (Ghi chú của người dịch chiều=phần triệu), tất cả các tế bào sẽ chết. Để so sánh, hàm lượng vanadi (V) thấp hơn hai chữ số ở mức 0,6 Khoảng ×10-6 có nghĩa là tất cả các ô đã chết. Thứ hai, khi các mô cứng (xương) và mô mềm (cơ) của các động vật nhỏ như chuột, thỏ được chôn trong các tấm kim loại để thử nghiệm thì chắc chắn các kim loại có độc tính cao này phải tiếp xúc với cả các mô cứng (xương) và các mô mềm (cơ). Một số gây hoại tử.

a-Mối quan hệ giữa năng lượng hình thành quần thể tế bào V79 và nồng độ ion niken (Ni);

b-Mối quan hệ giữa năng lượng hình thành quần thể tế bào V79 và nồng độ ion vanadi (V)

Nhóm còn lại biểu thị thương tích. Ở trạng thái được cấy ghép và gắn vào, một phản ứng sinh học được hình thành trên mô sợi tại vị trí tiếp xúc được thải ra khỏi cơ thể. Sắt, nhôm, vàng, bạc, v.v. đều hành xử theo cách này. Các vật liệu kim loại thông thường như thép không gỉ SUS 304L, thép không gỉ SUS 36L và hợp kim coban-crom đều thuộc loại này. Mảnh kim loại gắn vào mô cứng không kết hợp được với các tế bào xương. Khi thử nghiệm chiết xuất được thực hiện vài tuần sau đó, nó được kéo ra một cách trơn tru mà không gặp trở ngại nào.

Nhóm thứ ba phải có phản ứng nhỏ nhất với sinh vật sống. Khi được cấy ghép hoặc gắn vào, titan (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), tantalum (Ta) và bạch kim (Pt) là phù hợp. Khi các kim loại này được cấy ghép hoặc gắn vào cơ thể, chúng sẽ tích hợp chặt chẽ với các tế bào và mô của mô cứng và mô mềm, biểu hiện hiện tượng cơ thể hóa.

Bằng cách này, titan chắc chắn ít gây hại cho sinh vật sống và là kim loại an toàn. Khi sử dụng hợp kim titan, tùy thuộc vào thành phần hợp kim được sử dụng, khả năng chống ăn mòn thấp hơn so với titan nguyên chất. Khi sự ăn mòn xảy ra, các phần tử của nó có thể bị hòa tan. Cần phải lựa chọn các nguyên tố hợp kim có khả năng chống ăn mòn và không gây hư hại. Trong số các hợp kim titan, hợp kim Ti{2}}AI-4V từ lâu đã được sử dụng trong sản xuất máy bay và thiết bị kỹ thuật chịu nước biển và có nhiều trường hợp sử dụng. Trong ngành y tế, việc sử dụng hợp kim loại ELI có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời (hàm lượng sắt, oxy và hydro thấp) đã được giới thiệu từ lâu. Tuy nhiên, trong nghiên cứu và phát triển hợp kim titan gần đây cho bộ phận cấy ghép và vật gắn kèm, dựa trên các báo cáo về đặc tính hư hỏng của một đơn vị, hợp kim Ti-13Nb-13Zr đã được tiêu chuẩn hóa bằng cách thay thế vanadi ( V) với niobi không bị tổn thương (Nb). (ASTM, ISO). Ngoài ra còn có một hợp kim thuận lợi tích cực thải nhôm và sắp được tung ra thị trường.

Là tiêu chuẩn ASTM của Mỹ (mã F) dùng trong y tế, nó tương đương với tiêu chuẩn thế giới ở Châu Âu. Tiêu chuẩn ISO và tiêu chuẩn ASTM được hợp nhất và hợp nhất thành tiêu chuẩn Châu Âu. Nhật Bản đang sàng lọc các tiêu chuẩn nội địa của mình, lấy các tiêu chuẩn tương ứng với ASTM và ISO và bắt đầu xây dựng các tiêu chuẩn dựa trên tiêu chuẩn ISO.

Các vật liệu titan quy định trong tiêu chuẩn ASTM được sử dụng trong các mô cấy và các phụ kiện gắn vào như khớp gối nhân tạo, khớp háng (bao gồm cả đầu xương đùi), v.v... được liệt kê trong Bảng 1 theo hình dạng của chúng. Từ lâu, hợp kim titan nguyên chất và Ti{1}}AI{2}}V, bao gồm cả vật liệu dạng bột, đã được chế tạo thành các bộ phận và bộ phận có nhiều hình dạng khác nhau.

Các bộ phận được sử dụng rộng rãi là khớp xương đùi nhân tạo, khớp gối nhân tạo, tấm xương,… thích hợp cho phẫu thuật chỉnh hình. viêm khớp biến dạng
Bệnh thấp khớp [phiên âm là "Liumaqizim", có nghĩa là đau dữ dội ở khớp và cơ, đồng thời cũng là một bệnh dị ứng - ghi chú của người dịch] và các nguyên nhân khác gây đau dữ dội, dẫn đến đi lại khó khăn, liệu bệnh nhân mắc bệnh này có thể loại bỏ hoàn toàn cơn đau và có thể đi lại được nhờ phẫu thuật thay khớp háng nhân tạo và khớp gối nhân tạo. Tại Nhật Bản, 80,000 ca phẫu thuật thay khớp háng nhân tạo và 40,000 ca phẫu thuật thay khớp gối nhân tạo được thực hiện trong một năm (thống kê năm 2005). Trong tương lai, với sự xuất hiện của một xã hội già hóa, có thể dự đoán tỷ lệ tăng trưởng sẽ được sử dụng để đáp ứng nhu cầu này.

Titan không phù hợp với tất cả các bộ phận khớp nhân tạo. Ở các bộ phận khớp, các bộ phận thường xuyên lắc lư không phù hợp vì titan dễ mòn (gốm sứ và hợp kim coban phù hợp), và nên sử dụng hợp kim titan cho các bộ phận cấy ghép. Để nhanh chóng tích hợp nó với xương sinh học, bề mặt của hợp kim titan phải được làm không đồng đều và phủ các chất cảm biến xương như apatit (Apatit) và bioglass. Ngoài ra, đinh có khung bằng hợp kim titan và tấm hợp kim titan được sử dụng để cố định gãy xương. Hình 3 cho thấy các ví dụ khác nhau về cấy ghép và gắn kết.

Ngoài ra còn có xu hướng ngày càng tăng trong lĩnh vực nha khoa với việc sử dụng cấy ghép và phụ kiện. Lượng titan được sử dụng là nhỏ và được làm từ titan nguyên chất, hợp kim titan và hợp kim ghi nhớ hình dạng TiNi. Hình dạng của nó bao gồm loại tấm, loại ren, loại tay áo và loại giỏ như trong Hình 4. Các bộ phận và thành phần này được dẫn trực tiếp vào xương hàm để cố định trên phần nướu được cấy ghép và được phủ một lớp apatit tượng trưng cho thành phần xương. Nhìn chung, titan rất thích hợp để cấy ghép kim loại vào răng. Có hai phương pháp: đúc chính xác và tạo hình siêu dẻo. So với việc sử dụng hợp kim coban và crom trước đây, nó có trọng lượng nhẹ hơn và không gây ra sự thay đổi mùi trong thực phẩm có tính axit. Vì việc sử dụng vật liệu titan nằm ngoài phạm vi chẩn đoán và điều trị của bảo hiểm y tế nên giá thành khá đắt.

Là một thiết bị cấy ghép (chôn) hoặc phụ kiện dành cho nội khoa, khi bệnh nhân có nhịp tim thấp, máy điều hòa nhịp tim (Máy tạo nhịp tim--một thiết bị co bóp tâm thất tự động) có thể được cấy ghép (chôn) để kích thích tim. Một thiết bị đảm bảo số nhịp tim bình thường - Ghi chú của người dịch). Một dây điện cực được luồn từ tĩnh mạch dưới đòn tới tim. Điện cực này đưa tín hiệu điện tử tới máy điều hòa nhịp tim, trở thành máy điều hòa nhịp tim. Gần đây, sản phẩm máy điều hòa nhịp tim có khối lượng 20g và độ dày 6 mm. Nó nhỏ đến mức được kết nối với dây điện cực và nhúng dưới da. Pin và mạch điều khiển được đóng gói trong một hộp (hộp) nhỏ, là sản phẩm titan nguyên chất không gây hại cho sinh vật sống. Tuổi thọ của pin phải được duy trì tối thiểu là 6 năm nên thùng (hộp) nhỏ này yêu cầu phải có độ ổn định và an toàn lâu dài. Hiện nay, gần 5,000 người ở Nhật Bản đã được hưởng lợi.

Kết quả của việc xử lý titan cũng có thể được nhìn thấy trong các dụng cụ phẫu thuật. Đặc biệt trong phẫu thuật thần kinh kéo dài hơn 10 giờ, kẹp cũng yêu cầu phải nhẹ, kẹp cầm máu và các loại kẹp cầm máu khác phải được làm bằng titan. Nhiều thiết bị điều trị nha khoa, chẳng hạn như cấy ghép, dụng cụ phẫu thuật để gắn và máy rung để loại bỏ cao răng, được làm bằng titan. Ngoài các thiết bị cấy ghép (chôn) và các phụ kiện đính kèm, thiết bị hỗ trợ và xe lăn cũng đang được làm bằng titan. Khi một phần chi bị mất do bệnh tật hoặc tai nạn thì phải làm chi giả để phục hồi chức năng. Vì bộ phận chính được làm bằng kim loại nên nó phải nhẹ, bền (chủ yếu là chống ăn mòn và chống hư hỏng do mỏi) và về khả năng tương thích sinh học (Ni, Cr, v.v.), nó đang được áp dụng. Về xe lăn, mục tiêu chính là giảm trọng lượng của toàn bộ xe lăn nên một số sử dụng titan ở hầu hết các bộ phận kim loại như khung và bánh xe.