Materialele biomedicale din aliaj de titan se referă la un fel de materiale structurale funcționale utilizate în inginerie biomedicală, în special pentru producția și fabricarea de implanturi chirurgicale și instrumente ortopedice [1]. Producția și prepararea materialelor de prelucrare din aliaje de titan implică domeniile metalurgiei, prelucrării sub presiune, materialelor compozite și industriei chimice. Este recunoscut ca un produs-de înaltă tehnologie în lume. Titanul și aliajele de titan au intrat treptat în domeniul consumului civil din domeniile aerospațial, aviației, apărării naționale și industriei militare [2]. Cum ar fi implanturi și dispozitive medicale în industria medicală și a sănătății; Cererea de materiale de prelucrare a titanului este în creștere pentru crose de golf din titan, rame de ochelari din titan, ceasuri din titan, biciclete din titan și alte produse din industria de agrement sportiv. Odată cu dezvoltarea viguroasă și progresul major al biotehnologiei, materialele metalice biomedicale și industria produselor lor se vor dezvolta într-o industrie pilon al economiei mondiale [3]. Printre acestea, cererea de titan și aliajele sale a crescut, de asemenea, rapid și constant în ultimii ani, datorită proprietăților lor complete excelente, cum ar fi greutatea ușoară, modulul elastic scăzut, non-toxic și ne-magnetic, rezistența la coroziune, rezistența ridicată și tenacitatea bună [4]. În același timp, pe măsură ce aliajul de titan începe să intre în chirurgia plastică și în alte domenii, apare o nouă cerere potențială pe piață, iar piața aliajelor de titan va crește mai rapid în viitor.
Progresul cercetării aliajului medical de titan
1.1 clasificarea aliajelor medicale de titan
Aliajele de titan pot fi împărțite în: Tip, + Tip și Tip 3 aliaj de titan.
1.2 tendință de dezvoltare a aliajului medical de titan
Prin cercetările din literatură [8-14], se constată că cercetătorii relevanți din țară și din străinătate sunt de acord că dezvoltarea aliajului medical de titan a cunoscut trei etape importante. Prima etapă este reprezentată de titan pur și aliaj Ti-6Al-4V; A doua etapă este o nouă etapă reprezentată de ti-5a1{-2.5fe și ti-6a1-7nb + Tip aliaj; A treia etapă este în principal dezvoltarea și dezvoltarea unei biocompatibilități mai bune și a unui modul elastic mai mic - stadiul aliajului de titan. Materialul ideal de aliaj de titan biomedical [15] trebuie să îndeplinească următoarele condiții: biocompatibilitate bună, modul elastic scăzut, densitate scăzută, performanță anticorozivă bună, non-toxic, limită de curgere mare, durată lungă la oboseală, plasticitate mare la temperatura camerei, ușor de format, ușor de turnat etc. Este raportat că elementul [16-19] V poate provoca reacții maligne ale țesuturilor și poate avea efecte toxice și secundare asupra corpului uman, în timp ce Al poate provoca osteoporoză, tulburări mintale și alte boli; Pentru a rezolva această problemă, biomaterialiștii se angajează să exploreze și să studieze noi materiale biomedicale din aliaje de titan fără V și al. Înainte de aceasta, este necesar să aflați ce elemente de aliaj sunt potrivite pentru adăugare, care sunt netoxice și în conformitate cu principiul biocompatibilității. Unele studii [20-23] au constatat că conține elemente netoxice, cum ar fi molibden, niobiu, tantal și zirconiu. Aliajul de titan conține un conținut ridicat de elemente stabile și + În comparație cu aliajul de titan de tip I, are un modul elastic mai mic (E=55 ~ 80gpa), proprietăți mai bune la forfecare și duritate și este mai potrivit pentru implantare în corpul uman.
2 Aplicarea aliajului de titan
2.1 baza medicală a aliajului de titan
Avantajele utilizării titanului și aliajului de titan ca implanturi umane sunt: (1) densitatea (20 grade )=4.5g/cm3, greutate redusă. Implantarea în corpul uman: reduceți sarcina corpului uman. Ca dispozitiv medical: reduceți sarcina de funcționare a personalului medical. (2) Modulul elastic este scăzut, iar titanul pur este de 108500mpa. Este implantat în corpul uman: este mai aproape de osul natural al corpului uman, ceea ce este favorabil conexiunii osoase și reduce efectul de protecție a stresului al osului asupra implantului. (3) Nemagnetic, neafectat de câmpul electromagnetic și vremea de furtună, care favorizează siguranța umană după utilizare. (4) Netoxice. Ca implant, nu are efecte secundare asupra corpului uman. (5) Rezistență la coroziune (material metalic bio inert), rezistență excelentă la coroziune în mediul de imersare a sângelui uman, compatibilitate bună cu sângele uman și țesutul celular, fără poluare umană și reacție alergică ca implant, care este condiția de bază pentru aplicarea titanului și aliajului de titan. (6) Are rezistență ridicată și duritate bună. Leziunile osoase și articulare sunt cauzate de traume, tumori și alți factori. Pentru a stabili o schelă osoasă stabilă, trebuie folosite plăci cu arc, șuruburi, oase artificiale și articulații. Aceste implanturi trebuie reținute în corpul uman pentru o lungă perioadă de timp și vor fi afectate de îndoirea, torsiune, extrudare și contracție musculară a corpului uman. Este necesar ca implanturile să aibă rezistență și duritate ridicate.
2.2 domenii medicale și ortopedice ale aliajului de titan
Situația pieței cu dezvoltarea aliajului de titan, creșterea soiurilor de titan și reducerea prețului, aplicarea titanului în industria civilă s-a dublat. CFDA împarte dispozitivele medicale în trei niveluri în funcție de siguranța lor, de la înaltă la scăzută, iar cele trei-niveluri le supraveghează și, respectiv, le gestionează. Implanturile realizate din titan și materiale din aliaje de titan aparțin celei de-a treia categorii de dispozitive medicale și sunt consumabile-de mare valoare. Subindustriile cu segmente de piață reprezentând mai mult de 5% includ diagnosticul in vitro, inima, diagnosticul imagistic, ortopedia, oftalmologia și chirurgia plastică. Dintre acestea, diagnosticul in vitro, ortopedia și intervenția cardiacă sunt consumabilele cu cea mai mare-creștere-înaltă în China. Aplicarea titanului biomedical și a materialelor sale din aliaj a cunoscut trei etape de reper [27]: la începutul anilor 1950, titanul pur comercial a fost folosit pentru prima dată pentru fabricarea plăcilor osoase, șuruburilor, cuielor intramedulare și articulațiilor șoldului în Marea Britanie și Statele Unite. Mathys of Switzerland folosește, de asemenea, aliajul ti-6a1-7nb pentru a produce un sistem de unghii intramedulare cu blocare fără alezare (inclusiv tibia, humerus și femur) și șuruburi goale pentru tratamentul fracturilor colului femural. Compania biorthex din Canada a dezvoltat o cușcă de fuziune cervicală și lombară realizată din material patentat poros din aliaj de Ni Ti actipore GA pentru tratamentul leziunilor coloanei vertebrale ortopedice. Aliajul de titan de tip nou este un material avansat care poate fi utilizat în ortopedie, stomatologie și intervenție vasculară. Industria dispozitivelor medicale ortopedice reprezintă 9% din cota de piață globală a dispozitivelor medicale și este încă în creștere rapidă. Piața dispozitivelor medicale ortopedice este împărțită în principal în patru domenii: traumatisme, articulații, coloanei vertebrale și altele. Dintre acestea, trauma este singurul domeniu subdivizat care nu a fost ocupat de întreprinderile străine. Motivul principal este că produsele din acest domeniu au un conținut tehnic scăzut, sunt ușor de copiat, iar operarea este mai puțin dificilă. Multe spitale secundare și terțiare îl pot desfășura, care nu poate fi acoperit în totalitate de întreprinderi străine. Produsele pentru traumatisme pot fi împărțite în dispozitive de fixare internă și dispozitive de fixare externă. Produsele pentru traumatisme de fixare internă includ unghii intramedulare, plăci osoase și șuruburi. În 2012, traumatismele au reprezentat 34%, articulațiile 28%, coloana vertebrală 20% și altele 18% pe piața ortopedică internă. Articulațiile mari sunt dispozitive medicale de ultimă generație, cu bariere tehnice ridicate. În prezent, spitalele de masă importă în principal materiale ortopedice. Există încă un decalaj între produsele interne și cele importate în ceea ce privește tehnologie, design, cercetare și dezvoltare, materiale, proces de tratare a suprafețelor etc. Articulațiile artificiale sunt împărțite în principal în articulații artificiale ale genunchiului, șoldului, cotului, umărului, degetelor și degetelor de la picioare, printre care cea mai importantă înlocuire a articulațiilor include șold și genunchi, reprezentând mai mult de 95% din piața globală de înlocuire a articulațiilor. Dispozitivele pentru implanturi spinale includ sistemul cu plăci cu șuruburi toraco-lombare, sistemul cu plăci cu șuruburi cervicale și sistemul cușă de fuziune. Sistemul de cuști de fuziune intervertebrală este utilizat în principal pentru tratamentul înlocuirii discului intervertebral. Este, de asemenea, cel mai important segment, reprezentând aproximativ jumătate din întreaga piață a implanturilor spinale.
3 concluzie
Performanța superioară a aliajului de titan îl face o poziție de lider în domeniul medical. Odată cu progresul biotehnologiei și cererea mare a aplicațiilor medicale, tehnologia de proiectare și pregătire a materialelor din aliajul de titan s-a dezvoltat rapid. În prezent, principalele aliaje medicale de titan produse sunt aliajul de titan de tip +. În ceea ce privește procesul de preparare, producția de TC4 (tc4eli) ocupă în prezent principala cotă de piață. Datorită anumitor avantaje în biocompatibilitate și compatibilitate mecanică, aliajul de titan de tip T-a devenit punctul fierbinte de cercetare al noului aliaj medical de titan și cea mai potențială tehnologie în domeniul implanturilor medicale. În viitor, tehnologia de producție a aliajului de titan ar trebui să se dezvolte în direcția unui modul scăzut, rezistență ridicată, biocompatibilitate bună și compatibilitate mecanică. Din tendința de dezvoltare, tipul aliajului de titan va deveni direcția viitoare de dezvoltare și curentul principal al pieței aliajelor de titan medical.
