Napredak u legurama titana za implantate tvrdih tkiva

Čisti titan i Ti-6Al-4V - najstariji titan i titanovi splavovi, korišteni u kliničkoj praksi, i prva generacija biomedicinskih titanovih splavova. U početku 1940-h godina čisti titan uveden je u područje biomedicine, osobito u 1960-h godina, čisti titan je korišten u oralnim implantatima, jer je medicinski materijal brzo razvijen. Titanov splav Ti-6Al-4V je najproizvodljiviji i primjenjivi titanski splav, s visokom postojanošću, dobrom obradom produktivnosti i drugim karakteristikama, u početku usklađen s 1970-h godina za oboljele zglobove, koljena zglobova i drugih zahtjeva za čvrstoću, iznosostojkosti više visoke časti. častej.
U mjerenju produbljene primjene istraživanja i velikog broja eksperimenata i podataka potvrđeno je da element V ima toksični pobočni učinak na organizam čovjeka. Načinjeno s 1980-h godina, zemlje nastavljaju razrađivati ​​titanske splavove drugog porijekla, koji ne sadrže V, Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al-2.5Fe i drugi. Međutim, element Al u ovim splavovima nije bio zamijenjen, a mnogi su pokazali da je Al, kao kronična nakopitelna neurotoksičnost, važan čimbenik u istraživanju Alcgejmerove bolesti. Međutim, iako je modul čvrstoće medicinskog titanovog splava prve i druge generacije (oko 100 GPa) znatno niži nego u nerđajućem stali (190 GPa), on je sve jednak u 4-10 više nego u vrijednosti ({{9} } GPa), što još uvijek izaziva «ekraniranje napona», poticanje rezorbcije kosti i raspadanje oko implantata, što ozbiljno utječe na dugotrajne rezultate implantacije. Treća generacija implantata prvi put je lansirana u SAD i Japanu.

SAD i Japan prvi put su započeli razradu treće generacije medicinskih titanovih plavila - tip, osnovno sredstvo - dodavanje Nb, Mo, Ta, Sn i drugih - stabilnih, biokompatibilnih elemenata, prvi novi niskomodulni titanov plav - tip Ti-13Nb{{5 }}Zr je službeno uključen u međunarodne medicinske standarde, zatim su Sjedinjene Države razradile Ti-12Mo-6Zr-2Fe substabilni tip titanovog splava, koji je službeno uključen u svjetske medicinske standarde 2000. godine, a SAD je najpopularniji u svijetu titanov splav -tip. Titanov splav Ti-12Mo-6Zr-2Fe substabilizirani tip razvijen je u SAD-u, a 2000. godine korišten je za proizvodnju sustava za proteznu nožicu za oštećenje zglobova tvrtke Strker, koji je dočeran tvrtka krupnijih u svijetu profesionalne skupine ortopeda, i koristi kliničku primjenu u Kitaj. Osim toga, u Japanu su izrađene netoksične niskomodulne titanske plavlje, kao što je Ti-29Nb-13Ta-5Zr, ekipa istraživača Hao Ûlinya iz Instituta metala Kineske akademije znanosti izradila je novi tip niskomodulne titanove plavlje -tip za medicinsku primjenu - Ti2448 i t.d.
Zahvaljujući optimalnoj podbori sadržaja - stabilizirajućih elemenata, termomehaničke obrade za kontrolu organizacije splava i stabilnosti - faze, čvrstoće modula, čvrstoće i drugih ključnih karakteristika titanskih splavova mogu se regulirati u širokom rasponu. Učenici u strani i za rublje su razrađeni oko sta niskomodulnih titanovih splavova, s dizajnom splava od binarnog sustava do šesteročlanog sustava, uz sudjelovanje oko 20 legiranih elemenata, uz pomoć metoda projektiranja sastava splava i prognoziranih organizacijskih svojstava s pomoću količine Mo, koeficijent stabilnosti K , teorije legiranja d-elektrona, srednje koncentracije elektrona e/a, principa prve prirode i teorije molekularnih orbitalija, i dizajn splavova od binarnog do šesteročlanog sustava, sa sudjelovanjem oko 20 legiranih elemenata. U skladu s različitim dodatnim elementima, oni se mogu podijeliti na splavove na osnovi Ti-Mo, Ti-Nb, Ti-Ta, Ti-Zr i t.d. Visokoprebrojane niskomodulne titanske ploče, kao pravilo, posjeduju dobru otpornost na koroziju i biološku sigurnost zahvaljujući dodatku netoksičnih, lako pasiviziranih korozijsko-otpornih elemenata. Što se tiče modula upornosti, putem podešavanja legiranih elemenata i sustava termoobradbe možete podesiti modul upornosti u granicama od 35GPa~110GPa. Na primjer, modul opružnosti splava Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr može biti snižen do 55GPa obradom čvrstom otopinom pri starenju; uvođenje elemenata Mo i Mn u sustav Ti-Zr stabilizira -fazu u splavu Ti-Zr za račun sinergetskog učinka, a modul čvrstoće može biti snižen na 35,1~39,1GPa, što uglavnom odgovara koštanom tkivu ljudskog tijela; i substabilni vrh splava Ti-33Nb-4Sn može biti snižen termomehaničkom obradom, što uglavnom odgovara koštanom tkivu ljudskog tijela. Splav 4Sn može postići dobru kombinaciju ultrazvuka čvrstoće (36 GPa) i visoke čvrstoće (853 MPa) putem termomehaničke obrade, što ima veće mogućnosti primjene u obnavljanju čvrstih tkanina.

Funkcionalnost - još jedno važno usmjerenje razvoja novih medicinskih titanovih splavova, među kojima su antibakterijski titanovi splavovi predmet su dubljih istraživanja. Javljajući se biološki inertnim materijalom, titanov splav ne posjeduje antibakterijska ili protivmikrobna svojstva, a pri implantaciji u organizam čovjeka može uništiti štetne bakterije i izazvati infekcije, koje u ozbiljnim slučajevima mogu čak dovesti do otkaza implantacije. Dodavanje Cu, Ag i drugih legiranih elemenata u titanove pločice omogućuje da se titanovim plastovima daju određena antibakterijska svojstva, uz njihova osnovna mehanička svojstva. Na primjer, splav TiNiAg u obradi čvrstom otopinom sa starinom, Staphylococcus aureus, Escherichia coli pokazao je očita bakteriostatska svojstva, zadržavajući pri tome dobar učinak forme pamćenja i bioskladnosti. Osim toga, Jan Ke i dr. iz Instituta metallov Kineske akademije znanosti izradile su seriju medicinskih titanovih splavova koji sadrže med, ionski mediji su se oslobodili, kada je sadržaj medija dostigao više od 5% u odnosu na postotni sadržaj splava, da bi se dobila dostatna i stabilna antimikrobna svojstva protiv zlatne stafilokoke i kišenih lopatica, a kumulativna koncentracija oslobođenih ionskih medija bila je mnogo niže sutočne potrebe medija za ljudski organizam, preporučenog VOZ, stoga se smatra da Ti-5Cu posjeduje dobru bioskladnost. Lju i drugi [15] također su došli do zaključka da splav Ti-5Cu može postići optimalnu kombinaciju kompleksnih svojstava, kao što su mehanička svojstva, bioskladnost i antimikrobna svojstva, koja mogu znatno povećati debljinu bakterijske bioplenke, stvorene bakterije visoke plote, ubivaâ bakterija i prepâstvuâ bakterijskoj adgezii. Osim toga, nanostrukture s čistom morfologijom mogu se dobiti u rezultatu obrade velikih deformacija, što još više poboljšava mehanička svojstva splavova na osnovi Ti-Cu.