Материалите от биомедицинска титанова сплав се отнасят до вид функционални структурни материали, използвани в биомедицинското инженерство, по-специално за производството и производството на хирургически импланти и ортопедични инструменти [1]. Производството и подготовката на материали за обработка на титанови сплави включва областите на металургията, обработката под налягане, композитните материали и химическата промишленост. Той е признат за високо-технологичен продукт в света. Титанът и титановите сплави постепенно навлязоха в областта на гражданското потребление от областите на космическата промишленост, авиацията, националната отбрана и военната индустрия [2]. Като импланти и медицински изделия в медицинската и здравната индустрия; Търсенето на материали за обработка на титан се увеличава за титаниеви стикове за голф, титаниеви рамки за очила, титаниеви часовници, титаниеви велосипеди и други продукти в индустрията за спортни развлечения. С бурното развитие и големия пробив на биотехнологиите, промишлеността на биомедицинските метални материали и продуктите от тях ще се развие в стълбова индустрия на световната икономика [3]. Сред тях търсенето на титан и неговите сплави също се увеличи бързо и стабилно през последните години поради техните отлични всеобхватни свойства като леко тегло, нисък модул на еластичност, не-токсичност и не-магнитност, устойчивост на корозия, висока якост и добра издръжливост [4]. В същото време, когато титаниевата сплав започва да навлиза в пластичната хирургия и други области, се появява ново потенциално пазарно търсене и пазарът на титанова сплав ще расте по-бързо в бъдеще.
Напредък в изследванията на медицинска титанова сплав
1.1 Класификация на медицинските титанови сплави
Титановите сплави могат да бъдат разделени на: тип, + тип и тип 3 титанова сплав.
1.2 тенденция на развитие на медицинската титанова сплав
Чрез изследване на литературата [8-14] се установява, че съответните изследователи в страната и чужбина са съгласни, че развитието на медицинската титаниева сплав е преминало през три важни етапа. Първият етап е представен от чист титан и Ti-6Al-4V сплав; Вторият етап е нов етап, представен от ti-5a1-2.5fe и ti-6a1-7nb + тип сплав; Третият етап е главно разработването и развитието на по-добра биосъвместимост и по-нисък модул на еластичност - етап на титанова сплав. Идеалният биомедицински материал от титанова сплав [15] трябва да отговаря на следните условия: добра биосъвместимост, нисък модул на еластичност, ниска плътност, добри антикорозионни характеристики, нетоксичен, висока граница на провлачване, дълъг живот на умора, голяма пластичност при стайна температура, лесен за формоване, лесен за отливане и т.н. Понастоящем важните сплави, широко използвани в материалите за импланти, са Ti-6A1-4V и ti-6a1-4veli. Съобщава се, че [16-19] V елемент може да причини злокачествена тъканна реакция и може да има токсични и странични ефекти върху човешкото тяло, докато Al може да причини остеопороза, психични разстройства и други заболявания; За да разрешат този проблем, биоматериалистите се ангажират да изследват и изучават нови биомедицински материали от титанови сплави без V и др. Преди това е необходимо да се разбере какви сплавни елементи са подходящи за добавяне, които са нетоксични и отговарят на принципа на биосъвместимост. Някои проучвания [20-23] установяват, че съдържа нетоксични елементи като молибден, ниобий, тантал и цирконий Титановата сплав съдържа високо съдържание на стабилни елементи и + В сравнение с титанова сплав тип I има по-нисък модул на еластичност (E=55 ~ 80 gpa), по-добри свойства на срязване и издръжливост и е по-подходяща за имплантиране в човешко тяло.
2 Приложение на титанова сплав
2.1 медицинска основа на титанова сплав
Предимствата на използването на титан и титанова сплав като човешки импланти са: (1) плътност (20 градуса)=4.5g/cm3, леко тегло. Имплантиране в човешкото тяло: намаляване на натоварването на човешкото тяло. Като медицинско изделие: намаляване на работното натоварване на медицинския персонал. (2) Еластичният модул е нисък, а чистият титан е 108500mpa. Той се имплантира в човешкото тяло: той е по-близо до естествената кост на човешкото тяло, което благоприятства свързването на костите и намалява ефекта на екраниране на напрежението на костта върху импланта. (3) Не е магнитен, не се влияе от електромагнитно поле и гръмотевична буря, което е благоприятно за безопасността на хората след употреба. (4) Нетоксичен. Като имплант, той няма странични ефекти върху човешкото тяло. (5) Устойчивост на корозия (био инертен метален материал), отлична устойчивост на корозия в среда на потапяне на човешка кръв, добра съвместимост с човешка кръв и клетъчна тъкан, без човешко замърсяване и алергична реакция като имплант, което е основното условие за прилагане на титан и титанова сплав. (6) Има висока якост и добра издръжливост. Увреждането на костите и ставите се причинява от травма, тумор и други фактори. За да се създаде стабилно костно скеле, трябва да се използват дъгови пластини, винтове, изкуствени кости и стави. Тези импланти трябва да се задържат в човешкото тяло за дълго време и ще бъдат повлияни от огъване, усукване, екструзия и мускулна контракция на човешкото тяло. Изисква се имплантите да имат висока якост и издръжливост.
2.2 медицински и ортопедични полета от титанова сплав
Пазарната ситуация с развитието на титановата сплав, увеличаването на сортовете титан и намаляването на цената, приложението на титан в гражданската индустрия се е удвоило. CFDA разделя медицинските устройства на три нива според тяхната безопасност от висока до ниска, а правителствата на три-нива съответно ги наблюдават и управляват. Имплантите, изработени от титан и материали от титанови сплави, принадлежат към третата категория медицински изделия и са консумативи с висока -стойност. Подиндустриите с пазарни сегменти, представляващи повече от 5%, включват ин витро диагностика, сърце, образна диагностика, ортопедия, офталмология и пластична хирургия. Сред тях ин витро диагностиката, ортопедията и сърдечната интервенция са най-бързо{7}}разрастващите се консумативи с висока-стойност в Китай. Прилагането на биомедицинския титан и неговите сплави е преминало през три забележителни етапа [27]: в началото на 50-те години търговският чист титан е използван за първи път за производство на костни пластини, винтове, интрамедуларни пирони и тазобедрени стави във Великобритания и Съединените щати. Mathys от Швейцария също използва ti-6a1-7nb сплав за производство на неразширена система за блокиране на интрамедуларния гвоздей (включително тибия, раменна кост и бедрена кост) и кухи винтове за лечение на фрактури на шийката на бедрената кост. Производство на биоактивен материал от пореста Ni Ti (pnt) сплав цервикален и лумбален междукорпусен фузионен кейдж (клетка) Компанията biorthex от Канада е разработила цервикален и лумбален фузионен кейдж, изработен от порест материал от Ni Ti сплав, патентован материал actipore GA за лечение на ортопедични наранявания на гръбначния стълб. нов тип титанова сплав е усъвършенстван материал, който може да се използва в ортопедията, стоматологията и съдовата интервенция. Индустрията на ортопедичните медицински изделия представлява 9% от световния пазарен дял на медицински изделия и все още расте бързо. Пазарът на ортопедични медицински изделия е разделен основно на четири области: травма, стави, гръбначен стълб и други. Сред тях травмата е единственото подразделено поле, което не е заето от чуждестранни предприятия. Основната причина е, че продуктите в тази област имат ниско техническо съдържание, лесно се копират и работата е по-лесна. Много вторични и третични болници могат да го извършат, което не може да бъде напълно покрито от чуждестранни предприятия. Продуктите за травма могат да бъдат разделени на устройства за вътрешна фиксация и устройства за външна фиксация. Продуктите за травма с вътрешна фиксация включват интрамедуларни пирони, костни пластини и винтове. През 2012 г. травмата представлява 34%, ставите 28%, гръбначния стълб 20% и други 18% на вътрешния ортопедичен пазар. Големите стави са медицински изделия от висок клас с високи технически бариери. В момента основните болници внасят основно ортопедични материали. Все още има разлика между местните и вносните продукти по отношение на технологията, дизайна, научноизследователската и развойна дейност, материалите, процеса на повърхностна обработка и т.н. Изкуствените стави се разделят главно на изкуствени стави на коляното, тазобедрената става, лакътя, рамото, пръстите на ръцете и краката, сред които най-важната подмяна на стави включва тазобедрена и колянна става, което представлява повече от 95% от глобалния пазар за заместване на стави. Устройствата за гръбначни импланти включват тораколумбална система с винтова плоча, система с цервикална винтова плоча и система с фузионни клетки. Системата за междупрешленни фузионни клетки се използва главно за лечение на смяна на междупрешленни дискове. Това е и най-важният сегмент, който представлява около половината от целия пазар на гръбначни импланти.
3 заключение
Превъзходното представяне на титановата сплав я прави водеща позиция в областта на медицината. С пробива на биотехнологиите и голямото търсене на медицинско приложение, дизайнът на материалите и технологията за подготовка на титановата сплав се развиха бързо. Понастоящем основните произведени медицински титанови сплави са тип + титанова сплав. По отношение на процеса на подготовка производството на TC4 (tc4eli) в момента заема основния пазарен дял. Поради своите определени предимства в биосъвместимостта и механичната съвместимост, титановата сплав от тип T- се превърна в изследователска гореща точка за нови медицински титанови сплави и най-потенциалната технология в областта на медицинските импланти. В бъдеще производствената технология на титановата сплав трябва да се развива в посока на нисък модул, висока якост, добра биосъвместимост и механична съвместимост. От тенденцията на развитие типът титанова сплав ще се превърне в бъдещата посока на развитие и основния поток на пазара на медицински титанови сплави.
