Titan za medicinsku upotrebu

Što je Titanium?

Materijali od titana već se dugo koriste u svakodnevnom životu. Tridesete godine prošlog stoljeća bile su početak modernih biomedicinskih funkcionalnih materijala. U početku je nehrđajući čelik razvijen za upotrebu u medicini i implantatima. Legura izrađena od kobalta je drugi materijal. Titan i njegova legura postali su najnovija generacija metalnih biomaterijala oko 1960-ih. Od svog najupečatljivijeg pojavljivanja, titan je prikazivan kao čudesan metal i dobio je široka razmatranja.

Zašto je titan tako jedinstven?

Titanijje prijelazni metal koji ima veliku čvrstoću i malu gustoću. Pod različitim uvjetima, otporan je na koroziju. Konkretno, titan je latentan i otporan na tjelesne tekućine i tkiva. To su navodna biokompatibilnost i smetnja konzumiranja. Oni su osnovni zahtjevi za primjenu u medicini.

Osnovna svojstva titana, nehrđajućeg čelika i legure kobalta navedena su u tablici 1. Najniža gustoća je 4,51 g/cm-3 za titan, dok je najveća gustoća 8 g/cm-3 za ne hrđajući Čelik. Titan ima mnogo veći omjer čvrstoće i gustoće od 76 kNm/kg za istu vlačnu čvrstoću. Sa čvrstoćom/gustoćom od 63 kNm/kg, 20 posto je jači od nehrđajućeg čelika. Vrijednost modula elastičnosti titana samo je upola manja od legure kobalta i konvencionalnog nehrđajućeg čelika. Znatno je sličnija ljudskoj kosti. Osim toga, titan ima malo toplinsko širenje i vodljivost, što ga čini neferomagnetskim.

Titan i njegov kompozit imaju vrlo korisna svojstva koja ih čine golemim rezultatima u zdravlju mišića, umetcima i pažljivim poljima instrumenata. Baoji City Changsheng titanium co. ltd je proizvođač i dobavljač metalnih mlina od titana i Cu-Ni i gotovih proizvoda u najopsežnijem rasponu kvaliteta, dimenzija i proizvoda za mljevenje.

Najniže cijene i najviše inženjerske standarde za metale tržištu nudi baoji city changsheng titanium co. ltd, koja se nalazi u srcu kineske proizvodnje titana. Sigurni da ne možemo biti najbolji u pogledu troškova i kvalitete, predstavili smo naše jamstvo troškova. Titan je preferirani izbor dobavljača mlina za titan i CuNi i gotovih proizvoda diljem svijeta.

Kolika je gustoća titana?

Budući da ga je zahtjevnije ekstrahirati, metalni titan nije tako pristupačan kao željezo, pa su njegove primjene obično specijalizirane. Svojstva metala titana izuzetno su vrijedna. Slično kao aluminij, stvara tanki zaštitni oksidni sloj koji sprječava koroziju, što ga čini praktički inertnim. Budući da ima gustoću od 4,5 grama po cm3, što je znatno niže od gustoće željeza, legure titana važne su za zrakoplovnu industriju. Korišten je za izradu velikog dijela SR-71 Blackbirda, koji je bio najbrži zrakoplov s posadom na svijetu. Također se koristio za izradu mnogih motora i konstrukcije velikih putničkih zrakoplova poput Airbusa i 747-ice.

Zbog svoje otpornosti na morsku vodu, ovaj se metal koristi u pomorskim aplikacijama kao što su osovine propelera. Priča se i da su ga Rusi koristili za gradnju podmornica. Titan nije otrovan i tijelo ga ne izbacuje. Budući da se također povezuje s kostima, koristi se u kirurškim zahvatima kao što su zubni implantati i zamjene zglobova, osobito zglobova kuka.

Zašto se titan koristi za implantate?

Tržište dentalnih implantata, koje se procjenjuje na oko 4,6 milijardi USD diljem svijeta, otvorilo je vrata mogućnosti vraćanja zdravlja i funkcije zuba pacijentu [6]. Titanski implantati su zbog svoje biokompatibilnosti i niske cijene najčešće korišteni materijal na tržištu.

Titan je bioinertan materijal koji ne izaziva praktički nikakav štetan utjecaj na okolno tkivo. Međutim, usprkos opisu materijala o brojnim inherentnim prednostima, on se ne uspijeva dobro integrirati u kost i gingivalno tkivo bez odgovarajuće površinske obrade, što može rezultirati kvarom implantata. Loša oseointegracija je uzrok ovih kvarova koji utječu na stabilnost implantata u kosti i mogu rezultirati razvojem infekcija i upalnih procesa u periimplantnom prostoru [7]. Proučavaju se različiti površinski tretmani za sprječavanje stvaranja štetnih bakterijskih biofilmova i poboljšanje oseointegracije kao način smanjenja ovih problema. Nanotehnologija je stvorila pozitivne učinke u stomatologiji, imajući mogućnost isporuke površina s određenim zemljopisnim položajem i sintetskih komada za rad na biokompatibilnim kvalitetama materijala.

Je li kirurški titan magnetičan?

Metalni implantati posebno su osjetljivi na rizike od migracije implantata i zagrijavanja izazvanog radiofrekvencijom (RF), a oboje mogu oštetiti okolno tkivo jer uređaji za magnetsku rezonancu koriste snažne magnete [11].

Implantati koji su sigurno pričvršćeni za kost nisu pogođeni pomakom izazvanim MRI-om, prema studijama [1,12]. S obzirom na nedostatak stalnih pregleda, rendgensko snimanje se ne preporučuje u brzom postoperativnom razdoblju kod pacijenata s nezahvaćenim umetcima poput uvojaka, kanala i stentova [6]. Budući da su vrtložne struje implantata paralelne sa statičkim magnetskim poljem skenera, RF zagrijavanje je teoretski moguće. U svakom slučaju, sve partnerske studije otkrile su da je ova promjena temperature nevažna, pokazujući da su brige o oštećenju tkiva RF zagrijavanjem neopravdane.

Artefakti slike uzrokovani metalnim implantatima mogu dovesti do pogrešnog tumačenja rezultata. Optimiziranjem parametara skeniranja i modificiranjem sekvenci impulsa magnetske rezonancije, tehnološki napredak može smanjiti izobličenje slike. Liječnici moraju uzeti u obzir prednosti snimanja kao i mogućnost iskrivljenja slike izazvanog implantatom kada odlučuju hoće li ili ne provesti MRI na pacijentima.

Magnetsko polje MRI-a nema utjecaja na titan jer je on paramagnetski materijal. MRI se može sigurno koristiti kod pacijenata koji imaju implantate jer postoji vrlo nizak rizik od komplikacija uzrokovanih implantatima. Međutim, legure se koriste za izradu titanskih ploča koje se koriste u kraniofacijalnom području. Budući da na učinke MRI utječe udio sastojaka legure, potrebno je preciznije istraživanje.

Krivotvoreni zglob i Clinical embed

Ukupna populacija godinama napreduje. Danas želimo živjeti dulje i živjeti vrlo aktivno. Nesreće povezane sa sportom, prometom i druge vrste nezgoda rezultiraju ozljedama. Jasno je da se interes za krivotvorene zglobove nastavlja razvijati. Titan i njegovi kompoziti obično se koriste za proizvodnju naprava za ugradnju, na primjer, koštanih ploča, vijaka za pričvršćivanje prijeloma, proteza srčanih zalistaka, srčanih stimulatora i umjetnih srca, sve su to primjeri umjetnih zglobova. Godišnje preko 100 milijuna pacijenata u svijetu prima nadomjesnu terapiju, au tijelo pacijenata ugradi se preko 1,000 tona titana.

Ovi metalni implantati moraju biti mehanički oblikovani na određeni način kako bi zadržali svoje funkcije tijekom uporabe. Tijekom svakodnevnih aktivnosti mišiće savijamo, uvijamo, stežemo i skupljamo. Kada su izloženi opterećenjima od zamora, abraziji i udarcima, ovi umjetni dijelovi ne smiju se pokvariti. Titan je 50 posto lakši od nehrđajućeg čelika i ima 20 posto veći omjer čvrstoće i gustoće. Jači je i lakši. U trenutku kada se ugradi u ljudsko tijelo, smanjit će tjelesna opterećenja. Pacijenti će se moći slobodnije kretati. Između umjetnog dijela i ljudskog tijela bit će napetost. Neusklađenost u modulu elastičnosti je ono što dovodi do takozvanog graničnog naprezanja. Iz tablice 1 možemo vidjeti da titan ima najmanji modul fleksibilnosti među ova tri materijala. Implantat od titana i ljudska kost mnogo su mehanički kompatibilniji.

Fiziološki, tijelo odbija nepoznate dijelove. Nakon operacije ugradnje implantata, često se javlja klinička upala, crvenilo i svrbež kada se kao biomaterijali koriste nehrđajući čelik i kolegure. Titan i njegove legure dobro su poznati po svojoj biološkoj inertnosti. Iznimno su otporni na koroziju u okruženju uranjanja u ljudsku krv. Općenito se dobro suprotstavlja ljudskoj krvi i staničnom tkivu, jamčeći veliku sličnost. Praktično nema kontaminacije i nepovoljno osjetljivih odgovora, što izvanredno djeluje na oporavak pacijenata. Na tome se temelje brojne primjene Titana.

Zbog svoje superiorne biokompatibilnosti, komercijalno čisti titan (Cp Ti) općenito se smatra najboljim kandidatom. Međutim, ELI legure Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr i Ti{ {6}}Al-4V također se intenzivno koristi u medicinskim implantatima. Zapravo, pogledajte naše stranice i raspitajte se o našim različitim artiklima!

Oprema za ortopediju Liječenje koštanih deformiteta primarni je fokus ortopedije. Da bi se iskrivljeno tijelo vratilo u normalan položaj, potrebna je vanjska sila. Oprema za zdravlje mišića trebala bi pružiti čvrstu potporu i podsjetiti na pravo stanje tijela. Osim ometanja trošenja i protivljenja eroziji, novo svojstvo koje se ovdje očekuje je pamćenje oblika. Legure s pamćenjem oblika izrađene od titana i nikla imaju i visoku čvrstoću i svojstva pamćenja. Ti-Ni legura trenutno se koristi za izradu uobičajenih koštanih ploča, intramedularnih čavala, unutarnje fiksacije mandibule, korekcije skolioze i drugih sličnih naprava.

Zubni implantati imaju svoje posebne karakteristike. Postoje tri vrste zubnih uložaka: zigomatski, oseointegrirani i mini implantat za ortodontsko učvršćenje. Titan se koristi kao krunice, krunski čavli, fiksni rasponi, porculanski rasponi, cementni rasponi, prstenovi za držanje zubnih nadomjestaka, baze, naprave za povezivanje i naprave za učvršćivanje. Titan se koristi za pokrivanje gotovo svih metalnih komponenti proteza.

Počnimo sa standardnom oseointegracijom. Liječnik će najprije u čeljusnu kost umetnuti "korijen" ili "sjeme". Nakon što se slegne, suprastruktura zuba spojit će se s umetkom. Nakon toga će se na njegovom vrhu razviti novi zub. Ovdje je kontrast između kliničkog i zubnog ugradnje. Medicinski implantat je ili "ljepilo" ili "šraf" koji se koristi za spajanje slomljenog tvrdog tkiva ili zamjene za oštećeno tvrdo tkivo. U svakom slučaju, dental embed pomogao je razvoju novog dizajna. Kako intrigantno!

Ovaj "jednostavni" postupak zahtijeva izvrsna toplinska i biokompatibilna svojstva. Dok piju juhu i jedu smrznuti jogurt, pojedinci će osjećati vrućinu i hladnoću, međutim ti osjećaji dolaze iz usta, a ne iz zuba. Neće biti nikakve stimulacije za zdravezubi.

Titan se vrlo malo širi kada se zagrijava. U trenutku kada se uložak na bazi titana koristi kao "korijen", neće rasti niti se smežurati u ustima pojedinca. Nedavno uokvireni zub ostat će tamo gdje bi trebao biti. Titan ima toplinsku vodljivost samo jednu petinu od nehrđajućeg čelika, jednu trećinu od aluminija i polovicu od bakra. Neće prianjati uz strukturu stvarnih zuba kada se koristi kao krunica. Titanom se zubna pulpa može zaštititi od toplinskih i hladnih stimulacija.

Titan za precizno lijevanje koristi se u stomatologiji jer ima veliku točnost dimenzija, nema skupljanja i mjehurića. Od sada, 4 financijski čista titana (Cp Ti) jedinstveno se koriste za aplikacije ugradnje u zube. Oni se kreću u ASTM stupnju od 1 do 4. Svi imaju nizak stupanj elektronske vodljivosti, visoku otpornost eroziji, termodinamičko stanje pri fiziološkim pH vrijednostima, nisku sklonost rasporedu čestica u tekućim uvjetima i izoelektričnu točku oksida 5-6.

Čistoća se smanjuje, a čvrstoća raste između stupnja 1 i 4. Titan stupnja 2 je najpoznatija zvijezda za primjenu u zubnim umetcima. Ima najmanju granicu razvlačenja od 275 MPa, što je ekvivalentno temperiranim austenitno kaljenim čelicima. Kada je potrebna veća čvrstoća, može se primijeniti i kombinacija titana. Druge legure, kao što je Ti-6Al-4V, također se koriste u raznim kontekstima.

Kirurški instrumenti

Prva generacija kirurških instrumenata bila je izrađena od ugljičnog čelika, ali njihova izvedba nije bila dorasla onima za kliničku uporabu nakon galvanizacije. Često dovodi do infekcije. Nehrđajući čelik druge generacije je austenit, ali sadržaj kroma je toksičan i ima neke učinke na tijelo.

Mehanička svojstva i duktilnost prve su stvari koje treba uzeti u obzir pri izradi kirurških instrumenata. Prioritet metala je posebna fleksibilnost za održavanje potrebnog oblika bez predaja. Skalpeli, pincete i škare primjeri su osnovnih kirurških instrumenata koji su dugački i tanki. Instrument zahtijeva određenu snagu za siguran rad. Moraju biti dovoljno intenzivni i ne smiju se prekidati tijekom medicinskog zahvata. Za kirurške instrumente minimalni zahtijevani modul je 100 GPa. Modul titana je 116 GPa.

Tijekom aktivnosti medicinskog postupka, instrumenti se izravno prikazuju živom tkivu. Potrebno je imati otpornost na koroziju, biokompatibilnost i magnetska svojstva. Titan nije otrovan za ljudsko tkivo. Neće izazvati nikakvu neosjetljivu reakciju. Operacijska sala povremeno doživljava magnetska polja. Na primjer, X-zrake stvaraju privlačno polje od oko 1,5 Tesla. Ovo privlačno polje može utjecati na oprezne instrumente na različite načine, uključujući: štetno gibanje izazvano međudjelovanjem magnetskih polja (efekt projektila), toplinu instrumenta uzrokovanu taloženjem radiofrekvencijske (RF) snage i fotografije povezane s instrumentima Titan je neatraktivna, pouzdana dobrobit aktivnosti. Budući da nije magnetski, također eliminira mogućnost nanošenja štete osjetljivim elektroničkim implantatima.

Sterilizacija se provodi raspršivačem vruće pare na visokoj temperaturi nakon operacije. Za čišćenje mikroba i bolesti koriste se različita sredstva za čišćenje. Veličina i kvaliteta površine instrumenta ne bi se smjele mijenjati nakon ponovljenih čišćenja. Osim toga, trebalo bi biti malo štete. Svaki put kada kirurg koristi instrument, on treba da radi ispravno. Otpornost na koroziju titana i titanovih legura je izvrsna. Posljednje, ali ne manje važno, mala težina titana čini ga idealnim za mikrokirurgiju. Radna temperatura može biti u rasponu od 150 do 500 stupnjeva Celzijusa. Umor kirurga može se smanjiti korištenjem laganih kirurških instrumenata, posebno za dugotrajne postupke.

Medicinski titan i legure titana su visokokvalitetni metali koji se često koriste u medicinskoj opremi. Laserske katode, zubarska svrdla i pincete često se proizvode od titana.

Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd. vodeći je proizvođač i dobavljač koji pruža individualizirana rješenja za širok raspon primjena. Blisko surađujemo s vama u svakoj fazi proizvodnog procesa kako bismo osigurali da konačni proizvod ispunjava vaše zahtjeve. Kontaktirajte nas ili odmah zatražite ponudu kako biste saznali više.

Reference: https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9104688/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6369045/