Az 1940-es évek óta sok tudós tanulmányozta a titán bioteljesítményének teljesítménybeli összefüggéseit. A tanulmányok több tudományágat is érintettek, például fizikai, kémiai, orvosbiológiai és fejlett elektronmikroszkópos és biokémiai elemzéseket. Kulcsfontosságú a jó biokompatibilitás, a mechanikai kompatibilitás és a megfelelő kritériumok biztosítása a titán implantátumokhoz, mint például a módszertan és a sebészeti implantátumok fejlesztése. A következőkben röviden ismertetjük azokat a tanulmányokat, amelyek a daganatszövetben történő keményszövet alkalmazással kapcsolatosak.
1 A koponya titánötvözetekhez gyakran használt anyagok biológiai tulajdonságai Tiszta titán csőszegek
1.1 Titánötvözetek biokompatibilitása orvosi használatra
Különféle fizikai-kémiai. a titánötvözetek és az emberi test kölcsönhatása után. Bioelektromos és egyéb reakciók vagy tolerancia, mint például citotoxicitás, genotoxicitás, korrózió, hemolízis, allergia, stb. A titánötvözetek jó biokompatibilitásúak, erősebbek, mint a rozsdamentes acél és kobalt alapú ötvözetek. A titánötvözetek mikroszerkezetét (pl. tiszta titán rendszerek), + kétfázisú hibridek (pl. G., Ti6al4V stb.) vagy -típusú titánötvözetek szerint osztályozzák. vagy -típusú titánötvözetek. A mikroszerkezet tervezésekor és az orvosi titánötvözet anyagának tervezésénél az ötvözet különböző összetevőinek káros hatásoktól mentesnek kell lenniük. Az első generációs Ti-6AL-4V (TC4) egy tipikus + kétfázisú, magas hőmérsékletű titánötvözet. Ez az ötvözet azonban tartalmaz v-t, az élő szervezetekre mérgező mellékhatást, és a klinikai alkalmazások azt találták, hogy a v biotoxicitásnak meg kell haladnia a Ni és a Cr biotoxicitását. A második generáció a + típusú Ti-6a1-7nB és Ti-5a1-2, FE, Nb.5FE titánötvözet, amelyet Svájcban és Németországban fejlesztettek ki. és integrálva van a nemzetközi bioanyagok szabványba.
Béta-típusú orvosi titánötvözet TI-13N-13ZR, harmadik generációs alacsony patkánypatkányok, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) használata ), TI-29NB-13TA-4. A 6ZR (TNTZ) a globális orvosi titánötvözet anyagok kutatási hotspotja és a segélyezési irány fő fókusza. A TI-13NB-13ZR-t 1994-ben fejlesztették ki, ez az első, amely hivatalosan is szerepel a TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) nemzetközi szabványban. 2000-ben használták, és csípőízületek gyártására használták. Ezeknek az új béta-titánötvözeteknek viszonylag alacsony rugalmassági modulusa van. Fontos a jó biokompatibilitás a csontsűrűség megelőzése és az implantátum meghibásodásának csökkentése érdekében. A biokompatibilitást befolyásoló tényezők közé tartozik az implantátum típusa, az eszköz morfológiája és felületi morfológiája, a munkavégzés, a fizikai-kémiai tulajdonságok és a mechanikai tulajdonságok. Azért, hogy
megváltoztatják a bioanyagok jellemzését és biológiai tulajdonságait, a különböző feldolgozási módszerek alkalmazása lehetővé teszi a mikroszerkezeti formák szélesebb körének ellenőrzését. A biokompatibilitás és az oszteogén tulajdonságok tovább javíthatók. A hagyományos kezelési módszerek nagy vonalakban mechanikai, fizikai, kémiai és elektrokémiai módszerekre oszthatók. Ezek közé tartozik a homokfúvott titán és titánötvözetek, a plazma titánszuszpenzió, a hidroxiapatit bevonatok, a mikroíves oxidáció, a savas maratás vagy a homokfúvott maratás, amelyek elősegíthetik a felszíni csont dehidratáció kialakulását, lerövidíthetik a csont gyógyulási folyamatát és megkönnyíthetik az összeszerelést. új csontszövetből mechanikai együttest alkotnak. Így növelve az implantátum és a csontszövet szilárdságát.
1.2 Orvosi titánötvözet anyagok biomechanikai kompatibilitása
A csont- és ízülethelyettesítők különféle hajlítási, összenyomási, nyújtási, nyírási és egyéb biomechanikai hatásoknak vannak kitéve. Ezért az implantátumok mechanikai tulajdonságai nagyon igényesek. A mechanikai tulajdonságok határozzák meg, hogy a fémanyag hogyan kerül kiválasztásra egy adott alkalmazáshoz; a legfontosabb tulajdonságok a keménység, a szakítószilárdság, a rugalmassági modulus, a kopásállóság, a fáradási tulajdonságok és a nyúlás. Ha a csontimplantátum nem elég erős, vagy ha a csont és az implantátum mechanikai tulajdonságai nem egyeznek meg, akkor ezt biomechanikai inkompatibilitásnak nevezzük. A titánötvözetek két megközelítését általában vizsgálják a stresszelzáródás csökkentésére vagy feloldására. Jó biomechanikai kompatibilitás elérése: új típusú orvosi titánötvözet, amely csökkenti a titánötvözetek rugalmassági modulusát és javítja a titánötvözetek bioaktivitását. -típusú (Al és O tartalmú, n gáznemű elemet tartalmaz), -típusú (Mo, NB, fogkő, v stb. tartalmú). Háromféle titánötvözet -típusú (Al és O, n-gáznemű elemeket tartalmazó), -típusú (Mo, NB, Ta, v stb. tartalmú) és + - típusú mikroszerkezetei. Az ötvözetek eltérő feldolgozása szabályozza a - és -fázisok megfelelő arányát és eloszlását, hogy különböző szervezeteket alakítsanak ki a mechanikai tulajdonságaik javítása érdekében.
A titánötvözetek egyedi mechanikai mutatóiban nem kívánatos annak meghatározása, hogy nemkívánatos-e a biomechanikai kompatibilitás. Ha a titánötvözet szilárdságát javítják, a fémes rugalmassági modulusa, keménysége/kopásállósága, fáradási szilárdsága növekszik és plaszticitása csökken. A fenti ellentmondás az anyag mechanikai szilárdságának egy részét biztosítja, hogy az alkalmazás egyéb mechanikai tulajdonságai megfeleljenek. Az EG, al, V elem nagyon hatékony a titánötvözetek szilárdságára. Az anyag műanyag szívóssága azonban csökken. Emellett a rugalmassági modulus is javult. Ezért az orvosi titánötvözeteket kerülni kell, vagy kis mennyiségben hozzá kell adni. Azonban az olyan elemek, mint a zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn megerősíthetik a titánt, csekély hatással a műanyag szívósságára. Ugyanakkor segít csökkenteni a titánötvözetek rugalmassági modulusát. Hozzá lehet adni. Megváltoztatható a javítás belső üreges szerkezetére, hogy porózus titánt készítsen a rugalmassági modulus vagy a merevség csökkentése érdekében. Az elágazó felületként injektált Ti{0}}a{1}}V ötvözetek gyógyászati termékek készítésére szolgálnak. A sűrű Ti6-Al4-V rugalmassági modulusa azonban 110 GPA, a természetes kéregcsont pedig 0,5-20 GPA.
Biomechanikai kompatibilitási szempontból számos klinikai vizsgálat igazolta a hagyományos fém implantátumok anyagilag rossz kompatibilitását. A csontszövet mechanikai tulajdonságai nem illeszkednek egymáshoz, és gyenge a határfelületi kombináció a helyettesítő keményszövettel. Végül az implantátum meglazulása vagy autológ törés. Az új implantációs technológiák, például a háromdimenziós pórusszerkezetű titánötvözetek alkalmazása javítja a lyukak jelenlétét az implantátum teljesítményében.
(1) A fém implantátumok sűrűsége, ereje és rugalmassági modulusa a pórusmérethez és a porozitáshoz állítható a mechanikai kompatibilitás elérése érdekében. Az implantátum körüli csontok elkerülése csökkenti az új csontdeformitásokat és annak teherbíró képességét.
(2) A háromdimenziós behatoló hálószerkezet, valamint a durva belső és külső felületek az erős tapadó tulajdonságokkal rendelkező oszteoblasztokat részesítik előnyben, amelyeket felületük proliferációs potenciálja különböztet meg. Függőleges csontgyógyulás alakítható ki, javítva az implantátum és a csont biológiai rögzítését. A fenti összetétel mellett a szerkezet befolyásolhatja az anyag tulajdonságait, illetve a titánötvözetek gyártása és feldolgozása is viszonylag széles tartományban módosíthatja az anyag mechanikai tulajdonságait és korrózióállóságát.
2 A craniofacialis titánötvözetek tulajdonságai személyre szabott implantátum-feldolgozáshoz
A titánötvözetek kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért különféle formázási módszereket igényelnek a követelményeknek megfelelő speciális formák feldolgozásához. A síléc alakú orvosi titánötvözet implantátumok precíziós kovácsolási eljárásokkal, gördülőprofil-eljárásokkal, vákuum-olvasztásos precíziós öntési eljárásokkal készülhetnek. A termoelektromos és egyéb hidrosztatikus prések megszüntethetik az ötvözetöntvény belső laza szerveződését. Javított ötvözettulajdonságokkal rendelkezik. A koponya szerkezetének összetettsége miatt a hajtogatott tűzálló hibák tervezése és gyártása nehézkes volt számítógépes tervezés (CAD), számítógépes numerikus szimuláció (CAE), additív gyártási technikák (AM: AdditiveManufacure) alkalmazásával, stb. A tűzálló hibák tervezése és gyártása nehézkes volt számítógépes tervezés (CAD), számítógéppel segített numerikus szimuláció (CAE), additív gyártási technikák segítségével a tűzálló hibák előkészítésére. A koponyaváz összetett formája és belső szerkezete segítségével biztosítja a végső javítás pontos irányítását.
Az E-sugár vagy lézer alapú gyors prototípus-készítési 3D nyomtatási technikák megtervezhetők különféle belső térszerkezetű és eltérő porozitású 3D mezopórusos titán implantátumok közvetlen előállítására bármilyen összetett 3D CAD modelltervezés alapján. A biológiai felületi érdesség ésszerűbb és a folyamat megbízhatóbb. És elkészíthetők a hálócellák és a rácsméretek precíz megtervezésével az előkészítéshez, a térbeli elosztáshoz, az alakhoz stb. Tovább, a mechanikai tulajdonságaik beállításával. És még sok más, mechanikai tulajdonságaik beállítása. Az emberi keményszövet mechanikai tulajdonságainak megfeleltetése lehetővé teszi a személyre szabott gyártást. Kiegészítő gyártási technológia, más néven 3D nyomtatási technológia. Az alkalmazások közé tartoznak a 3D fémnyomtatási technikák, amelyek fő célja személyre szabott implantátumok készítése a különböző fokú intraperitoneum defektusok rekonstrukciójához, mint például a mandibula defektusainak rekonstrukciója. A titán implantátumok közvetlen gyártására szolgáló 3D fémnyomtatási technikák főként a következők: ebm (elektronikus fény, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) stb. Ez a két módszer nagy érdeklődést váltott ki, és régóta használják a titán implantátum gyártás területén. Ez a két módszer nagy figyelmet keltett, mert pontos ellenőrzést biztosít a belső pórusszerkezet és az összetett formák felett. A titánötvözetek gyártásához használt 3D nyomtatás technikailag nehézkes a fém viszonylag magas olvadáspontja miatt. Ez számos fizikai folyamatot foglal magában, például szilárd-folyadék fázisváltozást, felületi diffúziót és hővezető képességet. A mérlegelendő kérdések közé tartozik, hogy a titánötvözet jól szervezett-e a kristályosítás után, hogy az egész minta homogén-e, és például a belső szennyeződések és lyukak mérete. Ezenkívül a gyors felmelegedés és hűtés nagyobb maradó feszültségeket is okoz a próbadarabban.
Az E-sugaras olvasztási technológiát az -1990s évek közepén fejlesztették ki az elektronsugarak energiaforrásának kifejlesztésével. Egy fémpor kiválasztásával, majd megolvasztásával egy számítógépes rendszer szabályozza az elektronolvadást és a vetületet. Az egész folyamat vákuum környezetben történik. A Ti-6Al-4V ötvözetet 626-700 fokon tartották az előkészítési folyamat során. Az ötvözet jobb mikroszerkezettel és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A következő előnyökkel jár: a magasabb hőmérséklet visszatartja az elkészített ötvözetet. Az alkatrészben lévő maradék feszültségek megszűnnek; Az ötvözet mikroszerkezetének egységessége biztosított; Az alkatrész ötvözet összetétele tiszta, csökkenti az oxigéntartalmat; A martenzites fázisok képződésének csökkentése.
A Ti{0}}Al-4V ötvözetet al-bermani, Blackmore és mások készítették az Egyesült Királyságban az Arcams12 EBM gép segítségével. Az ötvözet mikroszerkezetét, textúráját és mechanikai tulajdonságait alaposan tanulmányozták. BASS amerikai tudós az EBM módszerrel előállított ötvözetek mikroszerkezetét és mechanikai tulajdonságait vizsgálta. Meg kell jegyezni, hogy az ötvözet jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Az ezzel a módszerrel előállított ötvözetek szakító tulajdonságai és az ötvözetkészítés hagyományos módszerei összehasonlíthatók. Koike és Joshi tudósok, az Egyesült Államok az Arcama2 EBM berendezést használó fogászati implantátumokhoz TI-6AL-4Veli ötvözet, az ötvözetnek képesnek kell lennie a tesztelésre és a kifáradás tesztelésére. Murr et al. EGYESÜLT ÁLLAMOK. A Ti-6Al-4V ötvözet szerkezetének és mechanikai tulajdonságainak tanulmányozása EBM módszerrel és összehasonlítása a kovácsolt Ti-6AL-4V ötvözetével. Ez a tanulmány a Ti-6Al-4V ötvözetet mutatja be EBM módszerrel, amely a kovácsolt ötvözet szilárdságával és plaszticitásával rendelkezik. Alkalmas orvosi implantátumok készítésére is.
Egy másik hazai és nemzetközi tudós kompressziós teljesítményteszteket és kifáradási teszteket végzett az EBM módszerrel, a TI-6AL-4V ötvözött porózus anyagokkal. Az EBM által gyártott EBM első klinikai esete egy 83 éves női implantátum sikeres beültetése volt 2011-ben. A legtöbb egyedi titán implantátumot megmunkálják, megtalálják, kovácsolják és más előkészítő eljárásokkal fejezik be. A közvetlen fémgyártás például az EBM felülmúlja ezeket a technikákat, mert nemcsak az implantátum felszíni topográfiáját változtatja meg, hanem lehetővé teszi az implantátumok speciális formáinak és szerkezeteinek elkészítését is számítógépes tervezési fájlok alapján. az EBM-ből gyártott implantátumok használatát a hagyományos marás és kormányzás alternatívájaként a Cronskr és más tanulmányok tárgyalják. Megvitatják a gazdasági megvalósíthatóságot.
A lézeres olvasztási technológia választása egy olyan technika, amely 1995-ben lézersugár hőhatása alatt teljesen átolvad a fémporokon. Az SLM technológiát a titánötvözetek biomedicinális gyártásában való sikeres alkalmazásra validálták. Fizikai anyagok alakíthatók, és szabályozott porozitású és megfelelő nyomószilárdságú porózus anyagok kérésre beszerezhetők. Tömegpusztító fegyverek, Németország stb. Tipikus módszereket, például MTT-t, Brdu-t és WST-t alkalmaztak az SLM pórusméretének biológiai kompatibilitására és kompressziós tulajdonságaira gyakorolt hatásának tesztelésére a Ti-6Al-4V állványok kialakításában.
3.Összefoglaló
Mivel a sebészeti implantátumokat olyan titánötvözetből készült anyagokat kell beültetni, amelyek jó biokompatibilitással és mechanikai kompatibilitással rendelkeznek a hosszú távú fiziológiai gyűrűben. A hosszú távú fizikai biztonság és stabilitás terápiás előnyökkel járó biztosítása fontos tényező. A szigorú tervezés és a káros hatásoktól mentes ötvözetek kiválasztása mellett biztosított az anyagkohászat és feldolgozás minősége, belső mikroszerkezetének, mikroszerkezetének ellenőrzése, valamint az anyag felületi állapotának javítása a kezelés optimalizálása érdekében. szintén fontos technológiai eszköz.
