Mga materyales ug aplikasyon sa biomedical titanium alloy
Ang biomedical titanium alloy nga mga materyales espesipikong nagtumong sa usa ka matang sa functional structural nga mga materyales nga gigamit sa biomedical engineering, ilabi na alang sa produksyon ug paghimo sa surgical implants ug orthopedic device nga mga produkto. Ang paghimo ug pag-andam sa mga materyales sa pagproseso sa titanium alloy naglakip sa mga natad sa metalurhiya, pagproseso sa presyur, mga komposit nga materyales, ug industriya sa kemikal, ug usa ka giila nga high-tech nga produkto sa kalibutan. Ang mga titanium ug titanium nga mga sinulud hinay-hinay nga misulod sa natad sa pagkonsumo sa sibilyan gikan sa natad sa aerospace, aviation, ug nasudnong depensa. Mga produkto sama sa mga implant ug medikal nga mga himan sa industriya sa medikal ug kahimsog; Ang mga titanium golf club sa industriya sa palakasan ug kalingawan, ingon man mga frame sa baso sa titanium, mga relo nga titanium, mga bisikleta nga titanium, ug uban pang mga produkto, ang panginahanglan alang sa mga materyal nga giproseso nga titanium kanunay nga nagdugang. Uban sa kusog nga pag-uswag ug pag-uswag sa bioteknolohiya, ang biomedical nga metal nga mga materyales ug industriya sa produkto mahimong usa ka industriya nga haligi sa ekonomiya sa kalibutan. Lakip niini, ang titanium ug ang mga haluang niini nakasinati sa paspas ug makanunayon nga pagtubo sa panginahanglan sa bag-ohay nga mga tuig tungod sa ilang maayo kaayo nga komprehensibo nga mga kabtangan sama sa gaan, mubu nga elastic modulus, dili makahilo ug dili magnetiko, resistensya sa kaagnasan, taas nga kusog, ug maayong pagkagahi. Sa parehas nga oras, samtang ang mga titanium alloys nagsugod sa pagsulod sa plastik nga operasyon ug uban pang mga natad, ang bag-ong potensyal nga mga panginahanglanon sa merkado mitungha, ug ang merkado sa titanium alloy motubo nga mas paspas sa umaabot.
Pag-uswag sa panukiduki sa medikal nga titanium alloys
1.1 Klasipikasyon sa medikal nga titanium alloys
Ang Titanium alloys mahimong bahinon sa tulo ka kategorya sumala sa klase sa materyal nga microstructure: α type, α+β type, ug β type titanium alloy.
1.2 Trend sa Pag-uswag sa Medical Titanium Alloys
Human sa panukiduki sa literatura, nakita nga ang mga may kalabotan nga tigdukiduki sa balay ug sa gawas sa nasud nagkahiusa nga nagtuo nga ang pag-uswag sa medikal nga titanium alloys miagi sa tulo ka mga iconic nga yugto. Ang unang yugto girepresentahan sa puro nga titanium ug Ti-6Al-4V nga haluang metal; ang ikaduhang yugto girepresentahan sa Ti Bag-ong α+β nga mga haluang metal nga girepresentahan sa -5A1-2.5Fe ug Ti-6A1-7Nb; ang ikatulo nga yugto mao ang nag-unang yugto sa pagpalambo ug pagpalambo sa β-titanium alloys nga adunay mas maayo nga biocompatibility ug ubos nga elastic modulus. Maayo biomedical nga titanium alloy nga mga materyales kinahanglan nga makab-ot ang mosunod nga mga kondisyon: maayo nga biocompatibility, ubos nga elastic modulus, ubos nga densidad, maayo nga anti-corrosion nga mga kabtangan, dili makahilo, taas nga kalig-on sa ani, taas nga kinabuhi sa kakapoy, ug dako nga plasticity sa temperatura sa lawak. , sayon nga maporma, sayon nga ihulog, ug uban pa. Ang importante nga mga alloy nga kaylap nga gigamit sa implant nga mga materyales mao ang Ti-6A1-4V ug Ti-6A1-4VELI. Adunay mga taho sa literatura nga ang elemento sa V mahimong hinungdan sa mga malignant nga reaksyon sa tisyu ug mahimong adunay makahilo nga epekto sa lawas sa tawo, samtang ang Al mahimong hinungdan sa osteoporosis ug mga sakit sa pangisip. Aron masulbad kini nga problema, ang biomaterial nga mga siyentipiko sa pagkakaron komitado sa pagsuhid ug pagpanukiduki sa V-free, ang bag-ong biomedical titanium alloy nga materyales ni Al, sa wala pa kini kinahanglan nga mahibal-an kung unsang klase nga mga elemento sa haluang metal ang angay nga idugang nga parehas nga dili makahilo ug biocompatible. . Nakaplagan sa mga pagtuon nga ang β-titanium alloys nga adunay dili makahilo nga mga elemento sama sa molybdenum, niobium, tantalum, ug zirconium adunay mas taas nga sulod sa β-stabilizing nga mga elemento ug adunay ubos nga elastic modulus (E=55~ 80GPa) ug mas maayo nga shear performance ug katig-a, kini mao ang mas angay alang sa implantation sa lawas sa tawo ingon nga usa ka implant.
Mga aplikasyon sa titanium alloys
2.1 Medikal nga basehan sa titanium alloys
Ang nag-unang bentaha sa paggamit sa titanium ug titanium alloys ingon nga human implants mao ang: (1) Densidad (20°C) = 4.5g/cm3 ug gaan. Gitanom sa lawas sa tawo: pagpakunhod sa luwan sa lawas sa tawo; isip usa ka medikal nga himan: pagpakunhod sa operating load sa mga medical personnel. (2) Ang pagkamaunat-unat modulus mao ang ubos, ug purong titanium mao ang 108500MPa. Kung itanom sa lawas sa tawo: mas duol kini sa natural nga bukog sa lawas sa tawo, nga makatabang sa pagsumbak sa bukog ug makunhuran ang epekto sa pagpanalipod sa tensiyon sa bukog sa implant. (3) Non-magnetic, dili apektado sa electromagnetic field ug thunderstorms, nga mapuslanon sa kaluwasan sa tawo human sa paggamit. (4) Kini dili makahilo ug walay makahilo o mga epekto sa lawas sa tawo isip usa ka implant. (5) Corrosion resistance (biologically inert metal nga materyal). Kini adunay maayo kaayo nga pagsukol sa kaagnasan sa pagpaunlod nga palibot sa dugo sa tawo ug gisiguro ang maayo nga pagkaangay sa dugo sa tawo ug mga tisyu sa selula. Isip usa ka implant, dili kini makamugna og polusyon sa tawo ug dili makadaot sa lawas sa tawo. Ang mga reaksiyon sa alerdyi mahitabo, nga usa ka sukaranan nga kondisyon alang sa paggamit sa titanium ug titanium alloys. (6) Taas nga kusog ug maayong pagkagahi. Ang kadaot sa bukog ug lutahan tungod sa trauma, tumor, ug uban pang mga hinungdan. Aron matukod ang usa ka lig-on nga scaffold sa bukog, kinahanglan nga gamiton ang mga arc plate, screw, artipisyal nga bukog, lutahan, ug uban pa. Kini nga mga implant kinahanglan nga ibilin sa lugar sa dugay nga panahon. ang lawas sa tawo mahimong ipailalom sa pagduko, pagtuis, pagpislit, pagkunot sa kaunoran, ug uban pang mga epekto sa lawas sa tawo, nga nanginahanglan nga ang mga implant adunay taas nga kusog ug katig-a.
2.2 Medikal ug orthopedic nga natad sa titanium alloys
Sitwasyon sa Market Uban sa pag-uswag sa mga titanium alloys, ang pagtaas sa titanium nga materyal nga mga lahi, ug ang pagkunhod sa mga presyo, ang paggamit sa titanium sa industriya sa sibil nagdoble. Ang CFDA nagbahin sa medikal nga mga himan ngadto sa tulo ka lebel sumala sa ilang kaluwasan gikan sa taas ngadto sa ubos, ug kini gidumala ug gidumala sa tulo ka lebel sa gobyerno matag usa. Ang mga implant nga hinimo sa titanium ug titanium alloy nga mga materyales nahisakop sa ikatulo nga kategorya sa mga medikal nga aparato ug adunay taas nga kantidad nga magamit. Ang mga sub-sektor nga nagkantidad sa labaw sa 5% sa merkado naglakip sa unom ka dagkong mga bahin: in vitro diagnostics, cardiology, diagnostic imaging, orthopedics, ophthalmology, ug plastic surgery. Lakip niini, ang in vitro diagnostics, orthopedics, ug cardiac intervention mao ang pinakapaspas nga nagtubo nga high-value consumables sa China. Ang paggamit sa biomedical titanium ug ang mga materyales nga haluang niini miagi sa tulo ka mga iconic nga yugto: Inisyal nga aplikasyon Sa sayong bahin sa 1950s, una sa United Kingdom ug Estados Unidos, ang komersyal nga puro nga titanium gigamit sa paghimo sa mga plate sa bukog, screw, intramedullary nails, ug hip. mga lutahan. Gigamit usab sa Swiss nga kompanya nga Mathys ang Ti-6A1-7Nb nga haluang metal sa paghimo sa dili gipalapdan nga pag-lock sa intramedullary nail system (lakip ang tibia, humerus, ug femur) ug mga hollow screws alang sa pagtambal sa mga bali sa bukog sa femoral liog. Ang porous nga Ni-Ti (PNT) nga haluang bioactive nga materyal gigamit sa paghimo sa cervical ug lumbar intervertebral fusion cages (Cage). Ang Canadian BIORTHEX nga kompanya nakamugna ug cervical ug lumbar intervertebral fusion cage nga ginama sa porous nga Ni-Ti alloy nga patented material nga ACTIPORE G para sa pagtambal sa orthopedic spinal injuries. Ang bag-ong beta titanium alloy mahimong magamit ingon usa ka advanced nga materyal alang sa daghang mga katuyoan sama sa orthopedics, dentistry, ug vascular intervention. Ang industriya sa orthopedic medikal nga aparato nag-asoy sa 9% sa pangkalibutanon nga bahin sa merkado sa medikal nga aparato ug kusog nga nagtubo. Ang merkado sa orthopedic nga medikal nga aparato panguna nga gibahin sa upat nga mga lugar: trauma, mga lutahan, dugokan, ug uban pa. Taliwala nila, ang trauma mao ra ang bahin nga sa pagkakaron wala’y daghang bahin sa merkado nga giokupar sa mga langyaw nga kompanya. Ang nag-unang rason mao nga ang mga produkto niini nga natad adunay ubos nga teknikal nga sulod, sayon nga sundogon, ug dili kaayo lisud nga operahan. Mahimo kini nga ipahigayon sa daghang ikaduha ug ikatulo nga lebel nga mga ospital, ug ang mga langyaw nga kompanya dili hingpit nga makatabon niini. Ang mga produkto sa trauma mahimong bahinon sa internal fixation ug external fixation device. Ang internal nga fixation trauma nga mga produkto naglakip sa intramedullary nga mga lansang, bone plate, screws, ug uban pa. Sa 2012, ang trauma mikabat sa 34% sa domestic orthopedics market, joints 28%, spine 20%, ug uban pa. 18%. Ang dagkong mga lutahan mao ang high-end nga medikal nga mga himan nga adunay taas nga teknikal nga mga babag. Sa pagkakaron, ang mga mainstream nga ospital nag-una nga naggamit sa mga imported nga orthopedic nga materyales. Adunay gintang gihapon tali sa mga domestic ug imported nga mga produkto sa termino sa teknolohiya, disenyo, panukiduki ug kalamboan, mga materyales, mga proseso sa pagtambal sa nawong, ug uban pa. Ang mga artipisyal nga lutahan kasagaran gibahin sa artipisyal nga mga tuhod, hips, siko, abaga, tudlo ug tudlo sa tiil, ug uban pa. Lakip kanila, ang labing hinungdanon nga mga kapuli sa hiniusa naglakip sa mga lutahan sa bat-ang ug mga lutahan sa tuhod, nga managsama nga nag-asoy sa labaw pa sa 95% sa tibuuk nga merkado sa kapuli nga hiniusa. Ang mga gamit sa spinal implant naglakip sa thoracolumbar nail plate system, cervical spine nail plate system, ug fusion cage system, diin ang intervertebral cage system kay kasagarang gigamit alang sa intervertebral disc replacement treatment ug mao usab ang pinaka importante nga bahin, nga nagkantidad sa gibana-bana nga tibuok spinal implant market. . katunga sa.
Panapos
Ang labaw nga mga kabtangan sa mga titanium alloy nakatampo sa nanguna nga posisyon niini sa natad sa medisina. Ang materyal nga disenyo ug teknolohiya sa pag-andam sa titanium alloys paspas nga naugmad uban ang mga kauswagan sa biotechnology ug ang dako nga panginahanglan alang sa medikal nga mga aplikasyon. Ang medikal nga titanium alloys sa pagkakaron ginaprodyus kasagaran α+β type titanium alloys. Gikan sa panglantaw sa teknolohiya sa pagpangandam, ang produksyon sa TC4 (TC4ELI) sa pagkakaron nag-okupar sa nag-unang bahin sa merkado. Ang β-type nga titanium alloy adunay pipila ka mga bentaha sa biocompatibility ug mechanical compatibility, mao nga nahimo kini nga research hotspot alang sa bag-ong medical titanium alloys ug mao ang labing potensyal nga teknolohiya sa natad sa medical implants. Sa umaabot, ang teknolohiya sa produksiyon sa titanium alloys kinahanglan nga molambo sa direksyon sa ubos nga modulus, taas nga kusog, maayo nga biocompatibility, ug mekanikal nga pagkaangay. Gikan sa panan-aw sa mga uso sa pag-uswag, ang β-type nga titanium alloys mahimong umaabot nga direksyon sa pag-uswag ug ang panguna nga merkado sa medikal nga titanium alloy.
