Alates 1940. aastatest on paljud teadlased uurinud titaani biotõhususe korrelaate. Uuringud on hõlmanud mitmeid valdkondi, nagu füüsikalised, keemilised, biomeditsiinilised ja täiustatud elektronmikroskoopia ja biokeemilised analüüsid. Ülioluline on tagada titaanimplantaatide hea biosobivus, mehaaniline ühilduvus ja vastavad kriteeriumid, nagu metoodika, ja kirurgiliste implantaatide väljatöötamine. Nüüd esitatakse kasvajakoele kõvakoe kasutamisega seotud uuringute lühikirjeldus.
1 Kraniaalsete titaanisulamite jaoks tavaliselt kasutatavate materjalide bioloogilised omadused Puhas titaanist torunaelad
1.1 Meditsiiniliseks kasutamiseks mõeldud titaanisulamite biosobivus
Erinevad füüsikalis-keemilised. pärast titaanisulamite ja inimkeha vastastikmõju. Bioelektrilised ja muud reaktsioonid või tolerantsus, nagu tsütotoksilisus, genotoksilisus, korrosioon, hemolüüs, allergia jne. Titaanisulamitel on hea biosobivus, see on tugevam kui roostevaba teras ja koobaltipõhised sulamid. Titaanisulamite mikrostruktuur liigitatakse (nt puhta titaani süsteemid), + kahefaasiliste hübriidide (nt G., Ti6al4V jne) või -tüüpi titaanisulamite järgi. või -tüüpi titaanisulamid. Mikrostruktuuri kavandamisel ja meditsiinilise titaanisulamist materjali kujunduse valimisel ei tohiks sulami erinevad komponendid olla kõrvaltoimeteta. Esimese põlvkonna Ti-6AL-4V (TC4) on tüüpiline + kahefaasiline kõrge temperatuuriga titaanisulam. See sulam sisaldab aga elusorganismidele toksilist kõrvaltoimet v ja kliinilistes rakendustes on leitud, et v biotoksilisus peaks ületama Ni ja Cr oma. Teine põlvkond on + tüüpi titaanisulamid Ti-6a1-7nB ja Ti-5a1-2, FE, Nb.5FE, mis on välja töötatud Šveitsis ja Saksamaal, ja on integreeritud rahvusvahelisse biomaterjalide standardisse.
Beeta-tüüpi meditsiinilise titaanisulami TI-13N-13ZR kolmanda põlvkonna madala rotirottide, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) kasutamine ), TI-29NB-13TA-4. 6ZR (TNTZ) on ülemaailmne meditsiiniliste titaanisulamite materjalide uurimise leviala ja abi suunamise põhifookus. TI-13NB-13ZR töötati välja 1994. aastal, esimene, mis lisati ametlikult rahvusvahelisse standardisse TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) kasutati 2000. aastal ja seda on kasutatud puusaliigeste valmistamisel. Nendel uutel beeta-titaanisulamitel on suhteliselt madal elastsusmoodul. Oluline on hea biosobivus, et vältida luutihedust ja vähendada implantaadi rikete vähenemise võimalust. Biosobivust mõjutavad tegurid hõlmavad implantaadi aine tüüpi, seadme morfoloogiat ja pinnamorfoloogiat, tööd, füüsikalis-keemilisi ja mehaanilisi omadusi. Selleks, et
muuta biomaterjalide iseloomustusi ja bioloogilisi omadusi, erinevate töötlemismeetodite rakendamine võimaldab kontrollida laiemat valikut mikrostruktuurilisi vorme. Biosobivust ja osteogeenseid omadusi saab veelgi parandada. Tavapäraseid töötlemismeetodeid võib laias laastus liigitada mehaanilisteks, füüsikalisteks, keemilisteks ja elektrokeemilisteks. Need hõlmavad liivapritsiga töödeldud titaani ja titaanisulamite, plasma titaani suspensiooni, hüdroksüapatiitkatte kasutamist, mikrokaare oksüdatsiooni, happega söövitamist või liivapritsiga söövitamist, mis võivad soodustada luude pinna dehüdratsiooni teket, lühendada luude paranemisprotsessi ja hõlbustada kokkupanekut. uuest luukoest mehaanilise koosluse moodustamiseks. Seega suureneb implantaadi ja luukoe tugevus.
1.2 Meditsiiniliste titaanisulamist materjalide biomehaaniline ühilduvus
Luu- ja liigeseasendajad on allutatud mitmesugustele paindumis-, surve-, venitus-, nihke- ja muudele biomehaanilistele mõjudele. Seetõttu on implantaatide mehaanilised omadused väga nõudlikud. Mehaanilised omadused määravad, kuidas metallmaterjal konkreetse rakenduse jaoks valitakse; olulisemad omadused on kõvadus, tõmbetugevus, elastsusmoodul, kulumiskindlus, väsimusomadused ja venivus. Kui luuimplantaat ei ole piisavalt tugev või kui luu ja implantaadi vahelised mehaanilised omadused ei ühti, nimetatakse seda biomehaaniliseks kokkusobimatuks. Stressi oklusiooni vähendamiseks või lahendamiseks uuritakse tavaliselt kahte titaanisulamite lähenemisviisi. Hea biomehaanilise ühilduvuse saavutamine: uut tüüpi meditsiiniline titaanisulam, mis vähendab titaanisulamite elastsusmoodulit ja parandab titaanisulamite bioaktiivsust. -tüüp (sisaldab Al ja O, n gaasilisi elemente), -tüüp (sisaldab Mo, NB, hambakivi, v jne). Kolme tüüpi titaanisulamite -tüüpi (sisaldab Al ja O, n-gaasilisi elemente), -tüüpi (sisaldab Mo, NB, Ta, v jne) ja + -tüüpi mikrostruktuurid. Sulamite erinev töötlemine kontrollib - ja -faaside õiget suhet ja jaotust, et moodustada nende mehaaniliste omaduste parandamiseks erinevaid organisatsioone.
Titaanisulamite üksikute mehaaniliste indeksite puhul ei ole soovitav kindlaks teha, kas biomehaaniline ühilduvus on ebasoovitav. Kui titaanisulami tugevust parandada, suureneb selle metalliline elastsusmoodul, kõvadus/kulumiskindlus, väsimustugevus ja väheneb plastilisus. Ülaltoodud vastuolu muudab materjali mehaanilise tugevuse teatud osas kindlaks, et rakenduse muud mehaanilised omadused on vastavuses. element EG, al, V on titaanisulamite tugevuse jaoks väga tõhus. Materjali plastiline sitkus aga väheneb. Lisaks paraneb elastsusmoodul. Seetõttu tuleks meditsiinilisi titaanisulameid vältida või lisada neid väikestes kogustes. Sellised elemendid nagu zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn võivad aga tugevdada titaani, mõjutades vähesel määral plasti sitkust. Samal ajal aitab see vähendada titaanisulamite elastsusmoodulit. Seda saab lisada. Seda saab muuta remondi sisemise õõnsuse struktuuriks, et valmistada poorset titaani elastsusmooduli või jäikuse vähendamiseks. Hargnenud pindadena süstitud Ti{0}}a1-4V-sulameid kasutatakse meditsiinitoodete valmistamiseks. Tiheda Ti6-Al4-V elastsusmoodul on aga 110 GPA ja loodusliku kortikaalse luu 0,5 GPA kuni 20 GPa.
Biomehaanilise ühilduvuse seisukohast on suur hulk kliinilisi uuringuid näidanud tavaliste metallimplantaatide materjalide halba ühilduvust. Luukoe mehaanilised omadused ei sobi kokku ja liidese kombinatsioon asenduskõva koega on nõrk. Lõpuks implantaadi lõdvenemine või autoloogne luumurd. Uute implantaaditehnoloogiate (nt kolmemõõtmeliste poorsete struktuuridega titaanisulamite) rakendamine parandab aukude olemasolu implantaadi töös.
(1) Metallimplantaatide tihedust, jõudu ja elastsusmoodulit saab mehaanilise ühilduvuse saavutamiseks reguleerida vastavalt pooride suuruse ja poorsuse mõõtmetele. Luu vältimine implantaadi ümber vähendab uusi luude deformatsioone ja selle kandevõimet.
(2) Kolmemõõtmeline läbitungiv võrgustruktuur ning karedad sise- ja välispinnad soodustavad tugevate kleepuvate omadustega osteoblaste, mida eristab nende pindade proliferatiivne potentsiaal. Võib moodustada vertikaalse luu paranemise, parandades implantaadi ja luu bioloogilist fikseerimist. Lisaks ülaltoodud koostisele võib struktuur mõjutada materjali omadusi ning titaanisulamite tootmine ja töötlemine võib moduleerida ka materjali mehaanilisi omadusi ja korrosioonikindlust suhteliselt laias vahemikus.
2 Kraniofacial titaanisulamite omadused isikupärastatud implantaatide töötlemiseks
Titaanisulamitel on suurepärased omadused ja seetõttu on nõudmistele vastavate konkreetsete kujundite töötlemiseks vaja erinevaid vormimismeetodeid. Suusakujulisi meditsiinilisi titaanisulamist implantaate saab valmistada täppissepistamisprotsesside, valtsprofiili protsesside, vaakumsulatamise täppisvaluprotsesside ettevalmistamise teel. Termoelektrilised ja muud hüdrostaatilised pressid võivad kõrvaldada sulamivalu sisemise lahtise korralduse. Sellel on paranenud sulami omadused. Kolju struktuuri keerukuse tõttu on kokkuvolditud tulekindlate defektide projekteerimine ja valmistamine olnud keeruline, kasutades arvutipõhist disaini (CAD), arvutipõhist arvsimulatsiooni (CAE), valmistamisel lisatavaid tootmistehnikaid (AM: AdditiveManufacure), jne. Tulekindlate defektide projekteerimine ja valmistamine on olnud keeruline, kasutades arvutipõhist projekteerimist (CAD), arvutipõhist arvsimulatsiooni (CAE) ja tulekindlate defektide ettevalmistamiseks kasutatavaid lisatootmismeetodeid. See tagab lõpliku remondi täpse kontrolli, kasutades kolju luustiku keerulist kuju ja sisemist struktuuri.
E-kiirtel või laseritel põhinevaid kiirprototüüpimise 3D-printimistehnikaid saab luua erinevate sisemiste ruumistruktuuride ja erineva poorsusega 3D-mesopoorsete titaanimplantaatide saamiseks, mis põhinevad mis tahes keerulisel 3D CAD-mudelil. Bioloogiline pinnakaredus on mõistlikum ja protsess on usaldusväärsem. Ja neid saab ette valmistada, kavandades täpselt võrgusilma lahtrid ja ruudustiku mõõtmed ettevalmistamiseks, ruumiline jaotus, kuju jne. Veelgi enam, nende mehaanilisi omadusi kohandades. Ja veel, nende mehaaniliste omaduste reguleerimine. Inimese kõvakoe mehaaniliste omaduste sobitamine võimaldab isikupärastatud tootmist. Täiendav tootmistehnoloogia, tuntud ka kui 3D-printimise tehnoloogia. Rakendused hõlmavad metalli 3D-printimise tehnikaid, mille peamine eesmärk on valmistada isikupärastatud implantaadid erineva raskusastmega kõhukelme defektide rekonstrueerimiseks, näiteks alalõualuu defektide rekonstrueerimiseks. Titaanimplantaatide otseseks tootmiseks kasutatavad 3D-metallitrüki tehnikad on peamiselt: ebm (elektrooniline valgus, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) jne. Need kaks meetodit on äratanud suurt huvi ja neid on kasutatud pikka aega titaanimplantaatide valmistamise valdkond. Need kaks meetodit on äratanud suurt tähelepanu, kuna need tagavad täpse kontrolli sisemise pooride struktuuri ja keerukate kujundite üle. 3D-printimine titaanisulamite valmistamiseks on metalli suhteliselt kõrge sulamistemperatuuri tõttu tehniliselt keeruline. See hõlmab mitmesuguseid füüsikalisi protsesse, nagu tahke-vedeliku faasi muutus, pinna difusioon ja soojusjuhtivus. Arvestada tuleb, kas titaanisulam on pärast kristalliseerumist hästi organiseeritud, kas kogu proov on homogeenne ning näiteks sisemiste lisandite ja aukude suurus. Lisaks põhjustab kiire kuumutamine ja jahutamine katsekehas ka suuremaid jääkpingeid.
E-kiirte sulatustehnoloogia töötati välja s. -1990s. keskpaigas, töötades välja elektronkiirte energiaallika. Valides metallipulbri ja seejärel sulatades selle, kontrollib arvutisüsteem elektronide sulamist ja projektsiooni. Kogu protsess viiakse läbi vaakumkeskkonnas. Ti-6Al-4V sulamit hoiti ettevalmistusprotsessi ajal 626–700 kraadi juures. Sulamil on parem mikrostruktuur ja mehaaniliste omaduste sobivus. Sellel on järgmised eelised: kõrgem temperatuur hoiab valmistatud sulami tagastatud olekus. Jääkpinged detailis on kõrvaldatud; Tagatud on sulami mikrostruktuuri ühtlus; Osa sulami koostis on puhas, vähendades hapnikusisaldust; Martensiitsete faaside produktsiooni vähendamine.
Al-bermani, Blackmore ja teised Ühendkuningriigis valmistasid Ti-6Al-4V sulami Arcams12 EBM-masina abil. Sügavalt uuriti sulami mikrostruktuuri, tekstuuri ja mehaanilisi omadusi. Ameerika teadlane BASS uuris EBM-meetodil valmistatud sulamite mikrostruktuuri ja mehaanilisi omadusi. Tuleb märkida, et sulamil on head mehaanilised omadused. Selle meetodiga valmistatud sulamite tõmbeomadused ja sulami valmistamise tavameetodid on võrreldavad. Koike ja Joshi teadlased, Ameerika Ühendriigid, kes kasutavad hambaimplantaatide jaoks Arcama2 EBM-seadet TI-6AL-4Veli sulamist, peab sulamit olema võimalik testida ja väsimustestida. Murr et al. USA. Uurida Ti-6Al-4V sulami struktuuri ja mehaanilisi omadusi EBM meetodil ning võrrelda seda sepistatud Ti-6AL-4V sulamiga. See uuring näitab Ti-6Al-4V sulamit EBM-meetodil, millel on sepistatud sulami tugevus ja plastilisus. Sobib ka meditsiiniliste implantaatide valmistamiseks.
Teine riiklik ja rahvusvaheline teadlane viis läbi survejõudluse ja väsimustestid EBM-meetodil TI-6AL-4V sulami poorse materjaliga. EBM-i esimene kliiniline EBM-i juhtum oli 83-aastase naiseimplantaadi edukas implanteerimine 2011. aastal. Enamik kohandatud titaanimplantaate töödeldakse masinaga, leitakse, sepistatakse ja viimistletakse muude ettevalmistusprotsessidega. otsene metalli valmistamine, näiteks EBM on nendest tehnikatest parem, kuna see mitte ainult ei muuda implantaadi pinna topograafiat, vaid võimaldab valmistada ka implantaatide spetsiifilisi kujusid ja struktuure arvutipõhise projekteerimisfailide põhjal. EBM-i valmistatud implantaatide kasutamist tavapärase freesimise ja juhtimise alternatiivina käsitletakse Cronskris ja teistes uuringutes. Arutatakse majanduslikku otstarbekust.
Lasersulatustehnoloogia valik on tehnika, mis sulab täielikult läbi metallipulbrite laserkiire termilise toimega 1995. aastal. SLM-tehnoloogia on valideeritud edukaks kasutamiseks biomeditsiinilises titaanisulamite tootmises. Soovi korral saab vormida füüsilisi materjale ja saada kontrollitud poorsuse ja vastava survetugevusega poorseid materjale. Massihävitusrelvad, Saksamaa jne. Tüüpilisi meetodeid, nagu MTT, Brdu ja WST, kasutati SLM-i pooride suuruse mõju testimiseks selle biosobivusele ja surveomadustele Ti-6Al-4V-karkasside moodustamisel.
3. Kokkuvõte
Kirurgiliste implantaatidena tuleb implanteerida titaanisulamist materjale, millel on hea biosobivus ja mehaaniline sobivus pikaajalises füsioloogilises ringis. Pikaajalise füüsilise ohutuse ja stabiilsuse tagamine koos terapeutiliste eelistega on oluline tegur. Lisaks rangele projekteerimisele ja sulamite valikule, millel pole kahjulikke mõjusid, on tagatud materjali metallurgia ja töötlemise kvaliteet ning selle sisemise mikrostruktuuri ja mikrostruktuuri kontroll ning materjali pinnaseisundi parandamine töötlemise optimeerimiseks. ka oluline tehnoloogiline tööriist.
