Biomedicinske titanlegering materialer og anvendelser

Titaniumlegeringsmaterialer til biomedicinske applikationer er en klasse af funktionelle strukturelle materialer, der anvendes i biomedicinsk teknik, specifikt til produktion og fremstilling af kirurgiske implantater og ortopædiske anordninger. Produktionen og fremstillingen af ​​titanlegeringer involverer metallurgi, trykbearbejdning, kompositmaterialer og kemisk industri, og er anerkendt som et højteknologisk produkt i verden. Titanium og titanlegeringer kommer gradvist ind på det civile forbrugerområde fra rumfarts-, luftfarts- og forsvarsindustrien. Såsom sundhedssektoren implantater, medicinsk udstyr; sports- og fritidsindustriens titanium golfkøller og titanium brillestel, titanium ure, titanium cykler og andre produkter, er efterspørgslen efter titanium forarbejdningsmaterialer stigende. Med den kraftige udvikling af bioteknologi og store gennembrud vil biomedicinske metalmaterialer og -produkter udvikle sig til en søjleindustri i verdensøkonomien. Blandt dem, titanium og dets legeringer med let vægt, lavt elasticitetsmodul, ikke-toksisk, ikke-magnetisk, korrosionsbestandighed, høj styrke, god sejhed og andre fremragende omfattende ydeevne, i de seneste år, efterspørgslen efter hurtig og stabil vækst. Samtidig, da titanlegeringer begynder at komme ind på ortopædiområdet og anden ny potentiel markedsefterspørgsel, vil fremtiden for titanlegeringsmarkedet fremstå hurtigere vækst.
1 Forskningsfremskridt for medicinsk titanlegering
1.1 Klassificering af medicinsk titanlegering
Titanlegeringer kan opdeles i 3 kategorier alt efter materialets type mikrostruktur: -type, + -type og -type titanlegeringer.
1.2 Udviklingstendensen for medicinsk titanlegering
Litteraturforskning fandt ud af, at indenlandske og udenlandske forskere og forskere er enige om, at udviklingen af ​​medicinske titanlegeringer har gennemgået tre ikoniske faser, det første trin er repræsenteret af rent titanium og Ti-6Al-4V-legering; det andet trin er repræsenteret af den nye + legering med Ti-5A1-2.5Fe, Ti-6A1-7Nb; det tredje trin er udviklingen af ​​+ legeringer med bedre biokompatibilitet og lavere elasticitetsmodul; det tredje trin er at udvikle +-legeringen med bedre biokompatibilitet og lavere elasticitetsmodul. og lavere elasticitetsmodul -titaniumlegeringer. Ideelle biomedicinske titanlegeringsmaterialer skal opfylde følgende betingelser: god biokompatibilitet, lavt elasticitetsmodul, lav densitet, god korrosionsbestandighed, ikke-toksicitet, høj flydespænding, lang udmattelseslevetid, stor plasticitet ved stuetemperatur, let at forme, let støbning . De vigtige legeringer, der er blevet meget brugt i implantatmaterialer, er Ti-6A1-4V og Ti-6A1-4VELI. Det er blevet rapporteret i litteraturen, at V-element kan forårsage ondartet vævsreaktion, som kan have toksiske bivirkninger på den menneskelige krop, og Al kan forårsage osteoporose og psykiske lidelser og andre lidelser; For at løse dette problem er de nuværende biomateriale-forskere forpligtet til at udforske og forske i de nye biomedicinske titanlegeringer, der ikke indeholder V og Al. For at løse dette problem er nuværende biomateriale-forskere forpligtet til at udforske og forske i nye biomaterialer, der ikke indeholder V, Al titanlegeringer til medicinsk brug, og før det er det nødvendigt at finde ud af, hvilken slags legeringselementer der er egnede til at tilføje ikke -toksisk og biokompatibel. Det har vist sig, at titanlegeringer indeholdende ikke-toksiske grundstoffer såsom molybdæn, niob, tantal, zirconium osv. indeholder et højere indhold af stabiliserende grundstoffer, og sammenlignet med + titanlegeringer har de et lavere elasticitetsmodul (E {{ 19}} ~ 80GPa) samt bedre forskydningsegenskaber og sejhed, som er mere velegnet til implantation i den menneskelige krop som en implantat.

2 Anvendelse af titanlegering
2.1 Medicinsk grundlag af titanlegering
Fordelene ved at bruge titanium og titanlegeringer som menneskelige implantater er hovedsageligt: ​​(1) densitet (20 grader)=4.5g/cm3, letvægts. Implanteret i den menneskelige krop: at reducere den menneskelige krops belastning, som en medicinsk enhed: at reducere driftsbelastningen af ​​medicinsk personale. (2) Lavt elasticitetsmodul, rent titanium er 108.500 MPa, implanteret i kroppen: tættere på den menneskelige krops naturlige knogle, befordrende for knogletransplantation, for at reducere den stressafskærmende effekt af knoglen på implantatet. (3) Ikke-magnetisk, ikke påvirket af elektromagnetiske felter og tordenvejr, hvilket er gunstigt for den menneskelige krops sikkerhed efter brug. (4) Ikke-toksicitet, ingen toksiske bivirkninger på den menneskelige krop som implantat. (5) korrosionsbestandighed (bio-inerte metalmaterialer), fremragende korrosionsbestandighed i miljøet med nedsænkning af menneskeligt blod, for at sikre god kompatibilitet med menneskeligt blod og cellevæv, da implantater ikke producerer menneskelig forurening, vil allergiske reaktioner ikke forekomme, hvilket er grundlaget for anvendelsen af ​​titanium og titanlegering betingelser. (6) høj styrke, god sejhed, på grund af traumer, tumorer og andre faktorer, der fører til knogle, ledskader, for at etablere en solid knoglestøtte, skal bruges ved hjælp af buede plader, skruer, kunstige knogler og led, osv., bør disse implantater efterlades i kroppen i lang tid, vil være underlagt den menneskelige krops bøjning, vridning, ekstrudering, muskelsammentrækning og andre roller, kravene til implantater med høj styrke og sejhed.

2.2 Medicinske og ortopædiske områder af titanlegeringer
Markedssituation med udvikling af titanlegeringer, titanium varianter og prisnedsættelser, titanium applikationer i den civile industri er steget eksponentielt. CFDA vil blive opdelt i tre klasser af medicinsk udstyr i henhold til deres sikkerhed fra høj til lav, og henholdsvis af de tre niveauer af offentligt tilsyn og ledelse, titanium og titanlegeringsmateriale implantater tilhører den tredje klasse af medicinsk udstyr, og høj værdi forbrugsstoffer klasse. Sub-segment markedsandel på mere end 5% af sub-industrien, herunder in vitro diagnostik, hjerte, diagnostisk billeddannelse, ortopædi, oftalmologi, ortopædi seks store segmenter. Blandt dem er in vitro-diagnostik, ortopædi og hjerteintervention de hurtigst voksende højværdiforbrugsvarer i Kina. Anvendelsen af ​​biomedicinsk titanium og dets legeringer har gennemgået tre skelsættende stadier: den tidlige anvendelse i begyndelsen af ​​1950'erne, først i Storbritannien og USA, blev kommercielt rent titanium brugt til at fremstille knogleplader, skruer, intramedullære søm og hofteled . Schweiziske Mathys brugte også Ti-6A1-7Nb-legering til at fremstille ikke-ekspanderede intramedullære sømsystemer (inklusive tibia, humerus, femur) og huleskruer til behandling af lårbenshalsfrakturer. Porøs Ni-Ti (PNT) legering bioaktivt materiale fremstilling af cervikal, lumbal interbody fusion (Cage) Canada BIORTHEX firma udviklede brugen af ​​porøst Ni-Ti legering patenteret materiale ACTIPOREORE gamma fremstilling cervikal, lumbal interbody fusion til ortopædisk behandling af rygmarvsskader. Den nye beta-titaniumlegering kan tage hensyn til ortopædi, tandpleje og vaskulær intervention og andre anvendelser af avancerede materialer. Ortopædisk medicinsk udstyrsindustri tegnede sig for mere end 9% af den globale markedsandel for medicinsk udstyr og er stadig i hurtig vækst. Markedet for ortopædisk medicinsk udstyr er opdelt i fire hovedsegmenter traumer, led, rygsøjle og andre. Blandt dem er traumer det eneste segment, der ikke er blevet besat af udenlandske virksomheder til at optage en stor markedsandel, hovedsagelig fordi produkterne på dette område er lavteknologiske, nemme at efterligne, mindre vanskelige at betjene og mange andre og tredje -sygehuse kan udføres, så udenlandske virksomheder kan ikke dækkes fuldt ud. Traumeprodukter kan opdeles i interne fikserings- og eksterne fikseringsanordninger, interne fikseringstraumaprodukter, herunder intramedullære søm, plader og skruer osv. I 2012 udgjorde traumer 34% af det hjemlige ortopædiske marked, 28% af leddene, 20% af rygsøjlen, og 18% af den anden. Store led er avanceret medicinsk udstyr med høje tekniske barrierer. På nuværende tidspunkt importerer almindelige hospitaler hovedsageligt ortopædiske materialer, og der er stadig en kløft mellem indenlandske og importerede produkter med hensyn til teknologi, design, forskning og udvikling, materialer og overfladebehandlingsproces. Kunstige led er hovedsageligt kategoriseret i kunstige knæ-, hofte-, albue-, skulder-, finger- og tåled mv., hvoraf de vigtigste ledudskiftninger omfatter hofte- og knæled, som tilsammen udgør mere end 95 % af det globale lederstatningsmarked . Spinalimplantatanordninger omfatter thoracolumbar naglepladesystem, naglepladesystem og fusionssystem i halshvirvelsøjlen osv., hvoraf det intervertebrale fusionssystem hovedsageligt anvendes til behandling af udskiftning af intervertebral diskus, som også er det vigtigste segment, der tegner sig for omkring halvdelen af hele markedet for spinalimplantater.
Den overlegne ydeevne af titanlegeringer har resulteret i deres førende position på det medicinske område. Materialedesignet og fremstillingsteknologien af ​​titanlegeringer har udviklet sig hurtigt med gennembruddene inden for bioteknologi og den store efterspørgsel efter medicinske applikationer. De i øjeblikket producerede medicinske titanlegeringer er hovedsageligt + type titanlegeringer. Fra forberedelsesprocessens synspunkt optager produktionen af ​​TC4 (TC4ELI) i øjeblikket den største markedsandel. -type titanlegeringer er blevet forskningshotspot for nye medicinske titanlegeringer på grund af deres fordele i biokompatibilitet og mekanisk kompatibilitet, som er den mest lovende teknologi inden for medicinske implantater. I fremtiden bør produktionsteknologien af ​​titanlegeringer udvikles i retning af lavt modul, høj styrke, god biokompatibilitet og mekanisk kompatibilitet. Fra udviklingstendensen vil -type titanlegering blive den fremtidige udviklingsretning og hovedstrømmen af ​​det medicinske titanlegeringsmarked.