Deunyddiau a chymwysiadau aloi titaniwm biofeddygol

Deunyddiau a chymwysiadau aloi titaniwm biofeddygol

Mae deunyddiau aloi titaniwm biofeddygol yn cyfeirio'n benodol at fath o ddeunyddiau strwythurol swyddogaethol a ddefnyddir mewn peirianneg fiofeddygol, yn benodol ar gyfer cynhyrchu a gweithgynhyrchu mewnblaniadau llawfeddygol a chynhyrchion dyfeisiau orthopedig. Mae cynhyrchu a pharatoi deunyddiau prosesu aloi titaniwm yn cynnwys meysydd meteleg, prosesu pwysau, deunyddiau cyfansawdd, a diwydiant cemegol, ac mae'n gynnyrch uwch-dechnoleg cydnabyddedig yn y byd. Mae aloion titaniwm a thitaniwm wedi mynd i mewn i faes defnydd sifil yn raddol o feysydd awyrofod, hedfan ac amddiffyn cenedlaethol. Cynhyrchion megis mewnblaniadau a dyfeisiau meddygol yn y diwydiant meddygol ac iechyd; clybiau golff titaniwm yn y diwydiant chwaraeon a hamdden, yn ogystal â fframiau sbectol titaniwm, gwylio titaniwm, beiciau titaniwm, a chynhyrchion eraill, mae'r galw am ddeunyddiau prosesu titaniwm yn cynyddu'n gyson. Gyda datblygiad a datblygiadau egnïol biotechnoleg, bydd y diwydiant deunyddiau a chynhyrchion metel biofeddygol yn datblygu i fod yn ddiwydiant piler o economi'r byd. Yn eu plith, mae titaniwm a'i aloion wedi profi twf cyflym a chyson yn y galw yn ystod y blynyddoedd diwethaf oherwydd eu priodweddau cynhwysfawr rhagorol fel ysgafn, modwlws elastig isel, nad yw'n wenwynig ac anfagnetig, ymwrthedd cyrydiad, cryfder uchel, a chaledwch da. Ar yr un pryd, wrth i aloion titaniwm ddechrau mynd i mewn i lawdriniaeth blastig a meysydd eraill, mae gofynion marchnad posibl newydd yn dod i'r amlwg, a bydd y farchnad aloi titaniwm yn tyfu'n gyflymach yn y dyfodol.

Cynnydd ymchwil aloion titaniwm meddygol

1.1 Dosbarthiad aloion titaniwm meddygol

Gellir rhannu aloion titaniwm yn dri chategori yn ôl y math o ficrostrwythur deunydd: math α, math α + β, ac aloi titaniwm math β.

1.2 Tuedd Datblygiad Aloion Titaniwm Meddygol

Ar ôl ymchwil llenyddiaeth, canfuwyd bod ymchwilwyr perthnasol gartref a thramor yn unfrydol yn credu bod datblygiad aloion titaniwm meddygol wedi mynd trwy dri cham eiconig. Cynrychiolir y cam cyntaf gan titaniwm pur ac aloi Ti-6Al-4V; cynrychiolir yr ail gam gan aloion α+β Ti Newydd a gynrychiolir gan -5A1-2.5Fe a Ti-6A1-7Nb; y trydydd cam yw'r prif gam o ddatblygu a datblygu aloion β-titaniwm gyda gwell biocompatibility a modwlws elastig is. Delfrydol deunyddiau aloi titaniwm biofeddygol Rhaid bodloni'r amodau canlynol: biocompatibility da, modwlws elastig isel, dwysedd isel, eiddo gwrth-cyrydu da, nad yw'n wenwynig, cryfder cynnyrch uchel, bywyd blinder hir, a phlastigrwydd mawr ar dymheredd ystafell. , yn hawdd i'w ffurfio, yn hawdd i'w castio, ac ati Yr aloion pwysig sydd wedi'u defnyddio'n helaeth mewn deunyddiau mewnblaniad yw Ti-6A1-4V a Ti-6A1-4VELI. Mae adroddiadau yn y llenyddiaeth y gall elfen V achosi adweithiau meinwe malaen a gall gael sgîl-effeithiau gwenwynig ar y corff dynol, tra gall Al achosi osteoporosis ac anhwylderau meddwl. Er mwyn datrys y broblem hon, mae gwyddonwyr biomaterial wedi ymrwymo ar hyn o bryd i archwilio ac ymchwilio i ddeunyddiau aloi titaniwm biofeddygol newydd Al, heb V, cyn bod angen darganfod pa fath o elfennau aloi sy'n addas i'w hychwanegu nad ydynt yn wenwynig ac yn fiogydnaws. . Mae astudiaethau wedi canfod bod aloion β-titaniwm sy'n cynnwys elfennau nad ydynt yn wenwynig fel molybdenwm, niobium, tantalwm, a zirconium yn cynnwys cynnwys uwch o elfennau sefydlogi β a bod ganddynt fodwlws elastig is (E=55 ~ 80GPa) a pherfformiad cneifio gwell a caledwch, mae'n fwy addas ar gyfer mewnblannu i'r corff dynol fel mewnblaniad.

Cymwysiadau aloion titaniwm

2.1 Sail feddygol aloion titaniwm

Prif fanteision defnyddio aloion titaniwm a thitaniwm fel mewnblaniadau dynol yw: (1) Dwysedd (20 ° C) = 4.5g / cm3 ac ysgafn. Wedi'i fewnblannu i'r corff dynol: lleihau'r llwyth ar y corff dynol; fel dyfais feddygol: lleihau'r llwyth gweithredu ar bersonél meddygol. (2) Mae'r modwlws elastig yn isel, ac mae titaniwm pur yn 108500MPa. Pan gaiff ei fewnblannu yn y corff dynol: mae'n agosach at asgwrn naturiol y corff dynol, sy'n ffafriol i impio esgyrn ac yn lleihau effaith cysgodi straen yr asgwrn ar y mewnblaniad. (3) Anfagnetig, heb ei effeithio gan feysydd electromagnetig a stormydd mellt a tharanau, sy'n fuddiol i ddiogelwch dynol ar ôl ei ddefnyddio. (4) Nid yw'n wenwynig ac nid oes ganddo unrhyw sgîl-effeithiau gwenwynig neu sgîl-effeithiau ar y corff dynol fel mewnblaniad. (5) Gwrthiant cyrydiad (deunydd metel anadweithiol yn fiolegol). Mae ganddo ymwrthedd cyrydiad rhagorol yn amgylchedd trochi gwaed dynol ac mae'n sicrhau cydnawsedd da â gwaed dynol a meinweoedd celloedd. Fel mewnblaniad, nid yw'n cynhyrchu llygredd dynol ac nid yw'n niweidiol i'r corff dynol. Bydd adweithiau alergaidd yn digwydd, sy'n gyflwr sylfaenol ar gyfer cymhwyso aloion titaniwm a thitaniwm. (6) Cryfder uchel a chaledwch da. Niwed i esgyrn a chymalau oherwydd trawma, tiwmorau, a ffactorau eraill. Er mwyn sefydlu sgaffald asgwrn sefydlog, rhaid defnyddio platiau arc, sgriwiau, esgyrn artiffisial, cymalau, ac ati. Rhaid gadael y mewnblaniadau hyn yn eu lle am amser hir. bydd y corff dynol yn destun plygu, troelli, gwasgu, crebachiad cyhyrau, ac effeithiau eraill y corff dynol, gan ei gwneud yn ofynnol i fewnblaniadau gael cryfder a chaledwch uchel.

2.2 Meysydd meddygol ac orthopedig o aloion titaniwm

Sefyllfa'r Farchnad Gyda datblygiad aloion titaniwm, y cynnydd mewn mathau o ddeunydd titaniwm, a'r gostyngiad mewn prisiau, mae cymhwyso titaniwm mewn diwydiant sifil wedi dyblu. Mae'r CFDA yn rhannu dyfeisiau meddygol yn dair lefel yn ôl eu diogelwch o uchel i isel, ac maent yn cael eu goruchwylio a'u rheoli gan y tair lefel o lywodraeth yn y drefn honno. Mae mewnblaniadau wedi'u gwneud o ddeunyddiau aloi titaniwm a thitaniwm yn perthyn i'r trydydd categori o ddyfeisiau meddygol ac maent yn nwyddau traul gwerth uchel. Mae'r is-sectorau sy'n cyfrif am fwy na 5% o'r farchnad yn cynnwys chwe rhan fawr: diagnosteg in vitro, cardioleg, delweddu diagnostig, orthopaedeg, offthalmoleg, a llawfeddygaeth blastig. Yn eu plith, diagnosteg in vitro, orthopaedeg, ac ymyrraeth cardiaidd yw'r nwyddau traul gwerth uchel sy'n tyfu gyflymaf yn Tsieina. Mae cymhwyso titaniwm biofeddygol a'i ddeunyddiau aloi wedi mynd trwy dri cham eiconig: Cymhwysiad cychwynnol Yn gynnar yn y 1950au, yn gyntaf yn y Deyrnas Unedig a'r Unol Daleithiau, defnyddiwyd titaniwm pur fasnachol i gynhyrchu platiau asgwrn, sgriwiau, ewinedd intramedwlaidd, a chlun cymalau. Mae cwmni Mathys o'r Swistir hefyd yn defnyddio aloi Ti-6A1-7Nb i gynhyrchu systemau cloi ewinedd intramedwlaidd nad ydynt yn ehangu (gan gynnwys tibia, humerus, a ffemwr) a sgriwiau gwag ar gyfer trin toriadau asgwrn gwddf y femoral. Defnyddir deunydd bioactif aloi mandyllog Ni-Ti (PNT) i gynhyrchu cewyll ymasiad rhyngfertebraidd ceg y groth a meingefnol (Cawell). Mae cwmni BIORTHEX o Ganada wedi datblygu cawell ymasiad rhyngfertebraidd ceg y groth a meingefnol wedi'i wneud o ddeunydd patent aloi Ni-Ti mandyllog ACTIPORE G ar gyfer trin anafiadau orthopedig i'r asgwrn cefn. Gellir defnyddio'r aloi titaniwm beta newydd fel deunydd datblygedig at ddibenion lluosog megis orthopaedeg, deintyddiaeth, ac ymyrraeth fasgwlaidd. Mae'r diwydiant dyfeisiau meddygol orthopedig yn cyfrif am 9% o gyfran y farchnad dyfeisiau meddygol byd-eang ac mae'n dal i dyfu'n gyflym. Mae'r farchnad dyfeisiau meddygol orthopedig wedi'i rhannu'n bennaf yn bedwar maes: trawma, cymalau, asgwrn cefn, ac eraill. Yn eu plith, trawma yw'r unig segment nad oes ganddo gyfran fawr o'r farchnad a feddiannir gan gwmnïau tramor ar hyn o bryd. Y prif reswm yw bod gan y cynhyrchion yn y maes hwn gynnwys technegol isel, eu bod yn hawdd eu dynwared, ac maent yn llai anodd eu gweithredu. Gellir eu perfformio mewn llawer o ysbytai ail a thrydedd lefel, ac ni all cwmnïau tramor eu cwmpasu'n llawn. Gellir rhannu cynhyrchion trawma yn osodiad mewnol a dyfeisiau gosod allanol. Mae cynhyrchion trawma gosod mewnol yn cynnwys ewinedd intramedullary, platiau esgyrn, sgriwiau, ac ati. Yn 2012, roedd trawma yn cyfrif am 34% o'r farchnad orthopaedeg ddomestig, cymalau 28%, asgwrn cefn 20%, ac eraill. 18%. Mae cymalau mawr yn ddyfeisiau meddygol pen uchel gyda rhwystrau technegol uchel. Ar hyn o bryd, mae ysbytai prif ffrwd yn defnyddio deunyddiau orthopedig wedi'u mewnforio yn bennaf. Mae bwlch o hyd rhwng cynhyrchion domestig a chynhyrchion wedi'u mewnforio o ran technoleg, dylunio, ymchwil a datblygu, deunyddiau, prosesau trin wyneb, ac ati. Rhennir cymalau artiffisial yn bennaf yn ben-gliniau artiffisial, cluniau, penelinoedd, ysgwyddau, cymalau bysedd a bysedd traed, ac ati. Yn eu plith, mae'r cymalau amnewid pwysicaf yn cynnwys cymalau clun a chymalau pen-glin, sydd gyda'i gilydd yn cyfrif am fwy na 95% o'r farchnad amnewid cymalau byd-eang. Mae dyfeisiau mewnblaniad asgwrn cefn yn cynnwys systemau plât ewinedd thoracolumbar, systemau plât ewinedd asgwrn cefn ceg y groth, a systemau cawell ymasiad, ymhlith y mae'r system cawell rhyngfertebraidd yn cael ei defnyddio'n bennaf ar gyfer triniaeth amnewid disg rhyngfertebraidd a dyma'r segment pwysicaf hefyd, sy'n cyfrif am tua'r farchnad mewnblaniadau asgwrn cefn gyfan. . hanner o.

Casgliad

Mae priodweddau uwch aloion titaniwm wedi cyfrannu at ei safle blaenllaw yn y maes meddygol. Mae technoleg dylunio a pharatoi deunydd aloion titaniwm wedi datblygu'n gyflym gyda'r datblygiadau arloesol mewn biotechnoleg a'r galw mawr am gymwysiadau meddygol. Mae'r aloion titaniwm meddygol a gynhyrchir ar hyn o bryd yn bennaf yn aloion titaniwm math α + β. O safbwynt technoleg paratoi, mae cynhyrchu TC4 (TC4ELI) ar hyn o bryd yn meddiannu'r brif gyfran o'r farchnad. Mae gan aloi titaniwm math β fanteision penodol mewn biocompatibility a chydnawsedd mecanyddol, felly mae wedi dod yn fan cychwyn ymchwil ar gyfer aloion titaniwm meddygol newydd a dyma'r dechnoleg fwyaf posibl ym maes mewnblaniadau meddygol. Yn y dyfodol, dylai technoleg cynhyrchu aloion titaniwm ddatblygu i gyfeiriad modwlws isel, cryfder uchel, biocompatibility da, a chydnawsedd mecanyddol. O safbwynt tueddiadau datblygu, bydd aloion titaniwm math β yn dod yn gyfeiriad datblygu yn y dyfodol ac yn brif ffrwd y farchnad aloi titaniwm meddygol.