استفاده پزشکی از تیتانیوم

تیتانیوم چیست؟

مواد تیتانیوم برای مدت طولانی در زندگی روزمره مورد استفاده قرار گرفته اند. دهه 1930 شروع مواد کاربردی زیست پزشکی مدرن بود. در ابتدا، فولاد ضد زنگ برای استفاده در کاربردهای پزشکی و ایمپلنت توسعه یافت. آلیاژ ساخته شده از کبالت ماده دوم است. تیتانیوم و آلیاژ آن به جدیدترین نسل بیومواد فلزی در حدود دهه 1960 تبدیل شدند. تیتانیوم از زمان به یاد ماندنی ترین ظاهر خود به عنوان یک فلز شگفت انگیز به تصویر کشیده شده است و ملاحظات گسترده ای را به خود جلب کرده است.

چرا تیتانیوم اینقدر منحصر به فرد است؟

تیتانیومیک فلز انتقالی است که دارای استحکام بالا و چگالی کم است. تحت شرایط مختلف، در برابر خوردگی مقاومت می کند. به ویژه، تیتانیوم نهفته و مقاوم در برابر مایعات بدن و بافت است. اینها زیست سازگاری و انسداد مصرف هستند. آنها الزامات ضروری برای کاربرد در پزشکی هستند.

خصوصیات اساسی تیتانیوم، فولاد ضد زنگ و آلیاژ کبالت در جدول 1 نشان داده شده است. کمترین چگالی برای تیتانیوم 4.51 گرم بر سانتی متر{4}} است، در حالی که بیشترین چگالی برای تیتانیوم 8 گرم در سانتی متر است-3 فولاد ضد زنگ. تیتانیوم دارای نسبت مقاومت به چگالی بسیار بالاتر 76 کیلونیوتن بر کیلوگرم برای همان استحکام کششی است. با استحکام / چگالی 63 کیلونیوتن بر کیلوگرم، 20 درصد قوی تر از فولاد ضد زنگ است. مقدار مدول الاستیک تیتانیوم فقط نصف مقدار آلیاژ کبالت و فولاد ضد زنگ معمولی است. به طور قابل توجهی بیشتر شبیه استخوان انسان است. علاوه بر این، تیتانیوم دارای انبساط و رسانایی حرارتی کم است و آن را غیر فرومغناطیسی می کند.

تیتانیوم و کامپوزیت آن دارای بیشترین خواص مفید هستند که آنها را در سلامت عضلانی، درج‌ها و میدان‌های دقیق ابزار مفید می‌سازد. شرکت تیتانیوم چانگ شنگ شهر بائوجی با مسئولیت محدود تولید کننده و تامین کننده آسیاب فلزی تیتانیوم و مس - نیکل و محصولات نهایی در جامع ترین طیف درجات، ابعاد و محصولات آسیاب می باشد.

پایین ترین قیمت و بالاترین استانداردهای مهندسی برای فلزات توسط شرکت بائوجی شهر چانگ شنگ تیتانیوم به بازار ارائه می شود. با مسئولیت محدود که در قلب تولید تیتانیوم چین قرار دارد. مطمئن باشید که ما نمی توانیم در هزینه ها و کیفیت بهترین ها را تضمین کنیم، تضمین هزینه را ارائه کرده ایم. تیتانیوم انتخاب ارجح آسیاب تیتانیوم و CuNi و تامین کنندگان محصولات نهایی در سراسر جهان است.

چگالی تیتانیوم چقدر است؟

از آنجا که استخراج آن چالش برانگیزتر است، فلز تیتانیوم به اندازه آهن مقرون به صرفه نیست، بنابراین کاربردهای آن تخصصی است. خواص فلز تیتانیوم بسیار ارزشمند است. مشابه آلومینیوم، یک لایه اکسید محافظ نازک برای جلوگیری از خوردگی تشکیل می دهد و عملاً آن را بی اثر می کند. آلیاژهای تیتانیوم از آنجایی که چگالی آن 4.5 گرم در سانتی‌متر مکعب است که به طور قابل توجهی کمتر از آهن است، برای صنعت هوافضا مهم است. از آن برای ساخت بسیاری از SR-71 Blackbird که سریعترین هواپیمای سرنشین دار در جهان بود استفاده شد. همچنین برای ساخت بسیاری از موتورها و بدنه هواپیماهای مسافربری بزرگ مانند ایرباس و 747 استفاده شد.

به دلیل مقاومت در برابر آب دریا، این فلز در کاربردهای دریایی مانند شفت پروانه استفاده می شود. همچنین گفته می شود که روس ها از آن برای ساخت زیردریایی استفاده کردند. تیتانیوم سمی نیست و توسط بدن دفع نمی شود. از آنجایی که به استخوان نیز متصل می شود، در روش های جراحی مانند ایمپلنت دندان و تعویض مفصل، به ویژه مفاصل ران، استفاده شده است.

چرا از تیتانیوم برای ایمپلنت استفاده می شود؟

بازار ایمپلنت های دندانی، که ارزش آن تقریباً 4.6 میلیارد دلار در سراسر جهان تخمین زده می شود، در را به روی امکان بازیابی سلامت و عملکرد دندان بیمار باز کرد [6]. ایمپلنت های تیتانیوم به دلیل زیست سازگاری و هزینه کم، متداول ترین ماده مورد استفاده در بازار هستند.

تیتانیوم یک ماده بیواینرت است که عملاً هیچ تأثیر مخربی بر بافت اطراف ایجاد نمی کند. با این حال، علیرغم توصیف این ماده از تعدادی از مزایای ذاتی، بدون درمان سطحی کافی، نمی تواند به خوبی با استخوان و بافت لثه ادغام شود، که ممکن است منجر به شکست ایمپلنت شود. استئواینتگراسیون ضعیف علت این شکست است که بر ثبات ایمپلنت در استخوان تأثیر می گذارد و می تواند منجر به ایجاد عفونت ها و فرآیندهای التهابی در فضای اطراف ایمپلنت شود [7]. درمان‌های سطحی مختلف برای جلوگیری از تشکیل بیوفیلم‌های باکتریایی مضر و بهبود یکپارچگی استخوانی به عنوان وسیله‌ای برای کاهش این مسائل مورد مطالعه قرار می‌گیرند. نانوتکنولوژی تاثیرات مثبتی در دندانپزشکی ایجاد کرده است و این امکان را دارد که سطوحی با جغرافیای خاص و قطعه مصنوعی برای کار بر روی کیفیت های زیست سازگار مواد ارائه دهد.

آیا تیتانیوم جراحی مغناطیسی است؟

ایمپلنت های فلزی به ویژه در برابر خطرات مهاجرت ایمپلنت و گرمایش ناشی از فرکانس رادیویی (RF) آسیب پذیر هستند، که هر دوی اینها پتانسیل آسیب رساندن به بافت اطراف را دارند زیرا دستگاه های MRI از آهنرباهای قدرتمند استفاده می کنند [11].

طبق مطالعات، ایمپلنت هایی که به طور ایمن به استخوان بسته می شوند تحت تأثیر جابجایی ناشی از MRI ​​قرار نمی گیرند [1،12]. با توجه به فقدان معاینات مداوم، اشعه ایکس در دوره فوری پس از عمل در بیمارانی که درگیری‌های درگیر مانند فر، کانال‌ها و استنت‌ها دارند، پیشنهاد نمی‌شود [6]. از آنجایی که جریان های گردابی ایمپلنت با میدان مغناطیسی ساکن اسکنر موازی است، گرمایش RF از نظر تئوری امکان پذیر است. در هر صورت، تمام مطالعات شریک نشان داده‌اند که این تغییر دما بی‌اهمیت است، و نشان می‌دهد که نگرانی‌ها در مورد آسیب بافتی ناشی از گرم شدن RF بی‌جا است.

مصنوعات تصویری ناشی از ایمپلنت های فلزی می توانند باعث تفسیر نادرست نتایج شوند. با بهینه سازی پارامترهای اسکن و اصلاح توالی پالس رزونانس مغناطیسی، پیشرفت های تکنولوژیکی می توانند اعوجاج تصویر را کاهش دهند. پزشکان باید مزایای تصویربرداری و همچنین امکان اعوجاج تصویر ناشی از ایمپلنت را در هنگام تصمیم گیری در مورد انجام یا عدم انجام MRI در نظر بگیرند.

میدان مغناطیسی MRI هیچ تاثیری بر تیتانیوم ندارد زیرا یک ماده پارامغناطیس است. ام آر آی را می توان با خیال راحت در بیمارانی که ایمپلنت دارند استفاده کرد زیرا خطر عوارض ناشی از ایمپلنت بسیار کم است. با این حال، از آلیاژها برای ساخت صفحات تیتانیوم استفاده می شود که در ناحیه جمجمه صورت استفاده می شود. از آنجا که اثرات MRI تحت تأثیر نسبت ترکیبات آلیاژ است، تحقیقات دقیق تری مورد نیاز است.

جعلی تقلبی و کلینیکی

کل جمعیت در طول سال در حال پیشرفت است. ما امروز می خواهیم بیشتر زندگی کنیم و زندگی بسیار فعالی داشته باشیم. حوادث مربوط به ورزش، ترافیک و سایر انواع تصادفات همگی منجر به صدمات می شوند. واضح است که علاقه مشترک تقلبی همچنان در حال توسعه است. تیتانیوم و کامپوزیت‌های آن معمولاً برای ساخت ابزارهای جاسازی شده استفاده می‌شوند، به عنوان مثال، صفحات استخوانی، پیچ‌هایی برای رفع شکستگی‌ها، پروتزهای دریچه‌های قلب، ضربان‌سازها و قلب‌های مصنوعی همگی نمونه‌هایی از مفاصل مصنوعی هستند. سالانه بیش از 100 میلیون بیمار در سراسر جهان درمان جایگزینی دریافت می کنند و بیش از 1،{4}} تن تیتانیوم به بدن بیماران وارد می شود.

این ایمپلنت های فلزی باید به صورت مکانیکی به روش خاصی شکل داده شوند تا عملکرد خود را در حین استفاده حفظ کنند. در طول فعالیت های روزانه، ماهیچه های خود را خم می کنیم، می پیچیم، منقبض می کنیم و منقبض می شویم. هنگامی که این قطعات مصنوعی در معرض بارهای خستگی، سایش و ضربه قرار می گیرند، نباید خراب شوند. تیتانیوم 50 درصد سبک تر از فولاد ضد زنگ است و نسبت مقاومت به چگالی آن 20 درصد بیشتر است. قوی تر و سبک تر است. در نقطه ای که در داخل بدن انسان جاسازی شود، بارهای بدن را کاهش می دهد. بیماران می توانند آزادانه تر در اطراف حرکت کنند. بین قسمت مصنوعی و بدن انسان تنش وجود خواهد داشت. عدم تطابق در مدول الاستیک چیزی است که منجر به به اصطلاح تنش رابط می شود. از جدول 1، می بینیم که تیتانیوم دارای حداقل مدول انعطاف پذیری در بین این سه ماده است. ایمپلنت تیتانیوم و استخوان انسان از نظر مکانیکی بسیار سازگارتر هستند.

از نظر فیزیولوژیکی، بدن قسمت های ناآشنا را پس می زند. پس از جراحی ایمپلنت، التهاب بالینی، قرمزی و خارش اغلب زمانی که از فولاد ضد زنگ و آلیاژ مشترک به عنوان مواد زیستی استفاده می شود، تجربه می شود. تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل بی اثر بودن بیولوژیکی خود شناخته شده هستند. آنها در برابر خوردگی در محیط غوطه ور شدن خون انسان بسیار مقاوم هستند. به طور کلی با خون و بافت سلولی انسان به خوبی مخالف است و شباهت زیادی را تضمین می کند. عملا هیچ آلودگی و پاسخ های حساس نامطلوبی وجود ندارد که به طور فوق العاده ای در بهبودی بیماران موثر است. کاربردهای متعدد تیتانیوم بر این اساس است.

به دلیل زیست سازگاری برتر، تیتانیوم خالص تجاری (Cp Ti) به طور کلی به عنوان بهترین نامزد در نظر گرفته می شود. با این حال، آلیاژهای ELI Ti-6Al-7Nb، Ti-13Nb-13Zr، Ti-12Mo-6Zr و Ti{ {6}}Al-4 نیز به طور گسترده در ایمپلنت های پزشکی استفاده می شود. در واقع نگاهی به سایت ما بیندازید تا در مورد موارد مختلف ما بپرسید!

تجهیزات ارتوپدی درمان ناهنجاری های استخوانی تمرکز اصلی ارتوپدی است. برای کمک به بازگشت بدن پیچ خورده به وضعیت طبیعی خود، نیروی خارجی مورد نیاز است. سخت افزار سلامت عضلانی باید حمایت محکمی داشته باشد و وضعیت مناسب بدن را به یاد بیاورد. به غیر از انسداد سایش و مخالفت با فرسایش، ویژگی جدید مورد انتظار در اینجا حافظه شکل است. آلیاژهای حافظه دار ساخته شده از تیتانیوم و نیکل دارای استحکام و خاصیت حافظه بالایی هستند. آلیاژ Ti-Ni در حال حاضر برای ساخت صفحات استخوانی معمولی، ناخن های داخل مدولری، تثبیت داخلی فک پایین، اصلاح اسکولیوز و سایر دستگاه های مشابه استفاده می شود.

ایمپلنت های دندانی ویژگی های متمایز خود را دارند. سه نوع ایمپلنت دندانی وجود دارد: زایگوماتیک، استخوانی اینتگراف و مینی ایمپلنت برای انکوریج ارتودنسی. تیتانیوم به عنوان روکش، میخ تاج، دهانه ثابت، دهانه چینی، دهانه سیمانی، حلقه های نگهدارنده جایگزین دندان، پایه ها، ابزارهای رابط و ابزارهای تقویتی مورد استفاده قرار گرفته است. از تیتانیوم برای پوشاندن تقریباً تمام اجزای فلزی دندان مصنوعی استفاده شده است.

بیایید با osseointegration استاندارد شروع کنیم. یک "ریشه" یا "دانه" ابتدا توسط پزشک به استخوان فک وارد می شود. پس از ته نشین شدن، روبنای دندان با امبد پیوند می خورد. پس از آن، یک دندان جدید در بالای آن رشد می کند. در اینجا تضاد بین امبد بالینی و ایمبد دندانی وجود دارد. ایمپلنت پزشکی یا یک "چسب" یا "پیچ" است که برای اتصال بافت سخت شکسته یا جایگزینی برای بافت سخت آسیب دیده استفاده می شود. در هر صورت، تعبیه دندان به طراحی جدید با توسعه کمک کرد. چقدر جذاب!

این روش "ساده" به خواص حرارتی و زیست سازگاری عالی نیاز دارد. هنگام نوشیدن سوپ و خوردن ماست منجمد، افراد احساس گرما و سردی می کنند، اما این احساسات از دهان است نه دندان. هیچ تحریکی برای سلامتی وجود نخواهد داشتدندان ها.

تیتانیوم هنگام گرم شدن بسیار کمی منبسط می شود. در نقطه ای که تعبیه بر پایه تیتانیوم به عنوان یک "ریشه" استفاده می شود، در داخل دهان افراد رشد نمی کند یا چروک نمی شود. دندانی که به تازگی قاب شده است همان جایی که باید باشد باقی می ماند. رسانایی حرارتی تیتانیوم فقط یک پنجم فولاد ضد زنگ، یک سوم آلومینیوم و نیمی از مس است. هنگامی که به عنوان روکش استفاده می شود، به ساختار واقعی دندان ها نمی چسبد. پالپ دندان را می توان در برابر تحریکات گرما و سرما توسط تیتانیوم محافظت کرد.

تیتانیوم ریخته گری دقیق در دندانپزشکی استفاده می شود زیرا دارای دقت ابعادی بالا، بدون انقباض و بدون حباب است. در حال حاضر، 4 تیتانیوم بدون تقلب مالی (Cp Ti) به طور منحصر به فردی برای کاربردهای تعبیه دندانی استفاده می شود. آنها در درجه ASTM از 1 تا 4 هستند. همه آنها دارای درجه رسانایی الکترونیکی پایین، مقاومت فرسایشی بالا، حالت ترمودینامیکی در مقادیر PH فیزیولوژیکی، تمایل آرایش ذرات پایین در شرایط سیال و نقطه ایزوالکتریک اکسید 5-6 هستند.

خلوص کاهش می یابد و قدرت بین گریدهای 1 و 4 افزایش می یابد. تیتانیوم درجه 2 شناخته شده ترین ستاره برای کاربردهای تعبیه دندانی است. کمترین مقاومت تسلیم 275 مگاپاسکال را دارد که معادل فولادهای سخت شده آستنیتی است. در صورت نیاز به استحکام بالاتر، ترکیب تیتانیوم نیز می تواند اعمال شود. آلیاژهای دیگر، مانند Ti{4}}Al-4V نیز در زمینه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

وسایل جراحی

اولین نسل از ابزارهای جراحی از فولاد کربنی ساخته شده بودند، اما عملکرد آنها با استفاده بالینی پس از آبکاری الکتریکی مطابقت نداشت. اغلب منجر به عفونت می شود. فولاد ضد زنگ نسل دوم آستنیتی است، اما محتوای کروم آن سمی است و اثراتی بر بدن دارد.

خواص مکانیکی و شکل پذیری اولین مواردی است که در ساخت ابزار جراحی باید مورد توجه قرار گیرد. اولویت فلز انعطاف پذیری خاص برای حفظ شکل مورد نیاز بدون تسلیم شدن است. چاقوی جراحی، موچین و قیچی نمونه‌هایی از ابزارهای اصلی جراحی هستند که بلند و نازک هستند. ابزار برای عملکرد ایمن به مقدار مشخصی از قدرت نیاز دارد. آنها باید به اندازه کافی شدید باشند و در طول یک عمل پزشکی شکسته نشوند. برای ابزارهای جراحی، حداقل مدول مورد نیاز 100 GPa است. مدول تیتانیوم 116 گیگا پاسکال است.

در طول فعالیت روش پزشکی، ابزار به طور مستقیم به بافت زنده ارائه می شود. داشتن مقاومت در برابر خوردگی، زیست سازگاری و خواص مغناطیسی ضروری است. تیتانیوم برای بافت انسان غیر سمی است. هیچ واکنش غیرقابل تحملی به همراه نخواهد داشت. اتاق عمل گهگاه میدان مغناطیسی را تجربه می کند. به عنوان مثال، اشعه ایکس میدان جذابی در حدود 1.5 تسلا ایجاد می کند. این میدان جذاب می‌تواند ابزارهای دقیق را به طرق مختلف تحت تأثیر قرار دهد، از جمله: حرکت مضر ناشی از برهمکنش میدان‌های مغناطیسی (اثر موشک)، گرمای ابزار ناشی از رسوب قدرت فرکانس رادیویی (RF) و عکاسی مرتبط با تیتانیوم. رفاه غیرجذاب و قابل اعتماد فعالیت. به دلیل غیر مغناطیسی بودن، امکان آسیب رساندن به ایمپلنت های الکترونیکی ظریف را نیز از بین می برد.

استریلیزاسیون با استفاده از اسپری بخار داغ در دمای بالا پس از جراحی انجام می شود. پاک کننده های مختلفی برای پاکسازی میکروب ها و بیماری ها استفاده می شود. اندازه و کیفیت سطح ابزار نباید پس از تمیز کردن مکرر تغییر کند. علاوه بر این، باید آسیب کمی داشته باشد. هر بار که یک جراح از ابزاری استفاده می کند، برای درست کار کردن به آن نیاز دارد. مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم عالی است. آخرین اما نه کم اهمیت، وزن کم تیتانیوم آن را برای جراحی میکروبی ایده آل می کند. دمای کار می تواند از 150 تا 500 درجه سانتیگراد متغیر باشد. خستگی جراح را می توان با استفاده از ابزارهای جراحی سبک وزن، به ویژه برای اعمال طولانی مدت کاهش داد.

تیتانیوم پزشکی و آلیاژهای تیتانیوم فلزات با کیفیتی هستند که اغلب در تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. کاتدهای لیزر، مته های دندانپزشکی و فورسپس اغلب با استفاده از تیتانیوم تولید می شوند.

Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd. یک تولید کننده و تامین کننده پیشرو است که راه حل های فردی را برای طیف گسترده ای از برنامه ها ارائه می دهد. ما در هر مرحله از فرآیند تولید با شما همکاری نزدیک داریم تا اطمینان حاصل کنیم که محصول نهایی نیازهای شما را برآورده می کند. برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید یا فوراً یک قیمت درخواست کنید.

منابع: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/