שימוש רפואי טיטניום

מה זה טיטניום?

חומרי טיטניום שימשו בחיי היומיום במשך זמן רב. שנות ה-30 היו ההתחלה של חומרים פונקציונליים ביו-רפואיים מודרניים. בתחילה פותחה פלדת אל-חלד לשימוש ביישומים רפואיים ושתלים. סגסוגת עשויה קובלט היא החומר השני. טיטניום וסגסוגתו הפכו לדור החדש ביותר של חומרים ביו מתכתיים בסביבות שנות ה-60. מאז הופעתו הבלתי נשכחת, הטיטניום הוצג כמתכת פלא וקיבל שיקולים רחבים.

מדוע טיטניום כל כך ייחודי?

טִיטָןהיא מתכת מעבר בעלת חוזק גבוה וצפיפות נמוכה. במגוון תנאים, הוא עמיד בפני קורוזיה. בפרט, טיטניום סמוי ועמיד בפני נוזלי הגוף ורקמות. אלה הם התאימות הביולוגית כביכול וחסימת הצריכה. הם דרישות חיוניות ליישומים ברפואה.

המאפיינים הבסיסיים של טיטניום, נירוסטה וסגסוגת קובלט מתוארות בטבלה 1. הצפיפות הנמוכה ביותר היא 4.51 גרם/ס"מ-3 עבור טיטניום, בעוד שהצפיפות הגבוהה ביותר היא 8 גרם/ס"מ-3 עבור פלדת אל - חלד. לטיטניום יחס חוזק-צפיפות גבוה בהרבה של 76 ק"ג/ק"ג עבור אותו חוזק מתיחה. עם חוזק/צפיפות של 63 ק"ג/ק"ג, הוא חזק ב-20 אחוז מפלדת אל חלד. ערך מודול האלסטי של טיטניום הוא רק חצי מזה של סגסוגת קובלט ופלדת אל חלד קונבנציונלית. זה דומה באופן משמעותי יותר לעצם האדם. בנוסף, לטיטניום יש התפשטות תרמית ומוליכות נמוכה, מה שהופך אותו ללא פרומגנטי.

לטיטניום ולחומר המרוכב שלו יש תכונות מועילות ביותר שהופכות אותם לתוצאה עצומה בבריאות השרירים, בהחדרות ובתחומי מכשירים זהירים. Baoji city changsheng titanium co. ltd היא יצרנית וספקית של טחנת טיטניום ו- Cu-Ni מתכת ומוצרים מוגמרים במגוון המקיף ביותר של ציונים, מידות ומוצרי טחינה.

המחירים הנמוכים ביותר והסטנדרטים ההנדסיים הגבוהים ביותר למתכות מוצעים לשוק על ידי baoji city changsheng titanium co. ltd, אשר ממוקם בלב ייצור הטיטניום בסין. בטוח שלא ניתן לנצח על עלויות ואיכות, הצגנו את ערבות העלות שלנו להבטיח. טיטניום היא הבחירה המועדפת של ספקי טחנת טיטניום ו-CuNi ומוצר מוגמר ברחבי העולם.

מהי הצפיפות של טיטניום?

מכיוון שהיא מאתגרת יותר לחלץ, מתכת טיטניום אינה משתלמת כמו ברזל, ולכן היישומים שלה נוטים להיות מיוחדים. המאפיינים של מתכת טיטניום הם בעלי ערך רב. בדומה לאלומיניום, הוא יוצר שכבת תחמוצת הגנה דקה למניעת קורוזיה, מה שהופך אותו למעשה לאינרט. מכיוון שיש לו צפיפות של 4.5 גרם לסמ"ק, שהיא נמוכה משמעותית מזו של ברזל, סגסוגות טיטניום חשובות לתעשיית התעופה והחלל. הוא שימש לייצור הרבה מה-SR-71 Blackbird, שהיה המטוס המאויש המהיר ביותר בעולם. הוא שימש גם לייצור הרבה מהמנועים וממסגרת האוויר של מטוסי נוסעים גדולים כמו איירבוסים ומטוסי 747.

בגלל עמידותה למי ים, מתכת זו משמשת ביישומים ימיים כמו פירי מדחף. עוד אומרים שהרוסים השתמשו בו לבניית צוללות. טיטניום אינו רעיל, והוא אינו נפלט על ידי הגוף. מכיוון שהוא מתחבר גם לעצם, הוא שימש בהליכים כירורגיים כמו השתלות שיניים והחלפות מפרקים, במיוחד מפרקי ירך.

מדוע משתמשים בטיטניום לשתלים?

שוק השתלות השיניים, ששוויו מוערך בכ-4.6 מיליארד דולר ברחבי העולם, פתח את הדלת לאפשרות לשקם את בריאותו ותפקוד השיניים של המטופל [6]. בשל התאימות הביולוגית והעלות הנמוכה שלהם, שתלי טיטניום הם החומר הנפוץ ביותר בשוק.

טיטניום הוא חומר ביואינרט, הגורם כמעט ללא השפעה מזיקה על הרקמה המקיפה. עם זאת, למרות תיאור החומר של מספר יתרונות מובנים, הוא אינו מצליח להשתלב היטב עם העצם ורקמת החניכיים ללא טיפול נאות במשטח, מה שעלול לגרום לכשל בשתל. אוסאאואינטגרציה לקויה היא הגורם לכשלים אלו, המשפיעים על יציבות השתל בעצם ועלולים לגרום להתפתחות זיהומים ותהליכים דלקתיים בחלל הפרי-שתל [7]. טיפולי משטח שונים למניעת היווצרות ביו-פילמים חיידקיים מזיקים ושיפור שילוב האוסאואינטגרציה נלמדים כאמצעי להפחתת בעיות אלו. הננוטכנולוגיה יצרה השפעות חיוביות ברפואת שיניים, עם אפשרות לספק משטחים עם גיאוגרפיה מסוימת ויצירה סינתטית כדי לעבוד על האיכויות הביולוגיות של חומרים.

האם טיטניום כירורגי הוא מגנטי?

שתלי מתכת פגיעים במיוחד לסיכונים של נדידת שתלים וחימום המושרה בתדר רדיו (RF), שלשניהם יש פוטנציאל להזיק לרקמה שמסביב מכיוון שמכשירי MRI משתמשים במגנטים רבי עוצמה [11].

שתלים המהודקים היטב לעצם אינם מושפעים מתזוזה הנגרמת על ידי MRI, על פי מחקרים [1,12]. בהתחשב בהיעדר בדיקות מתמשכות, צילום רנטגן אינו מוצע בתקופה שלאחר הניתוח בחולים עם הטבעות לא מעורבות כמו תלתלים, ערוצים ותומכנים [6]. מכיוון שזרמי המערבולת של השתל מקבילים לשדה המגנטי הסטטי של הסורק, חימום RF אפשרי תיאורטית. בכל מקרה, כל המחקרים של השותפים חשפו ששינוי הטמפרטורה הזה אינו חשוב, מה שמוכיח שדאגות לפגיעה ברקמות כתוצאה מהתחממות RF אינן מוצדקות.

חפצי תמונה הנגרמים על ידי שתלי מתכת עלולים לגרום לתוצאות לא נכון. על ידי אופטימיזציה של פרמטרי סריקה ושינוי רצפי פעימות תהודה מגנטית, התקדמות טכנולוגית יכולה להפחית את עיוות התמונה. על הרופאים לקחת בחשבון את יתרונות ההדמיה וכן את האפשרות של עיוות תמונה המושרה על ידי שתל כאשר הם מחליטים אם לבצע או לא לבצע MRI בחולים.

לשדה המגנטי של ה-MRI אין השפעה על טיטניום מכיוון שהוא חומר פרמגנטי. ניתן להשתמש ב-MRI בבטחה בחולים שיש להם שתלים מכיוון שקיים סיכון נמוך מאוד לסיבוכים הנגרמים על ידי שתלים. עם זאת, סגסוגות משמשות לייצור לוחות טיטניום המשמשים באזור קרניופציאלי. מכיוון שההשפעות של MRI מושפעות משיעור מרכיבי הסגסוגת, נדרש מחקר מדויק יותר.

מפרק מזויף והטמעה קלינית

סך האוכלוסייה מתקדם בשנים. אנחנו רוצים לחיות זמן רב יותר ולחיות חיים פעילים מאוד היום. תאונות הקשורות לספורט, הקשורות לתעבורה וסוגים אחרים של תאונות גורמות כולן לפציעות. ברור שהאינטרס של ג'וינט מזויף ממשיך להתפתח. טיטניום וחומרים מרוכבים שלו שימשו בדרך כלל לייצור גאדג'טים להטמעה, למשל לוחות עצם, ברגים לתיקון שברים, תותבות של מסתמי לב, קוצבי לב ולב מלאכותי הם כולם דוגמאות למפרקים מלאכותיים. למעלה מ-100 מיליון חולים ברחבי העולם מקבלים טיפול חלופי מדי שנה, ולמעלה מ-1,000 טון של טיטניום מוכנסים לגופם של החולים.

שתלי מתכת אלה צריכים להיות מעוצבים בצורה מכנית כדי לשמור על הפונקציות שלהם במהלך השימוש. במהלך הפעילות היומיומית שלנו, אנו מכופפים, מתפתלים, לוחצים ומכווצים את השרירים שלנו. כאשר הם נתונים לעומסים של עייפות, שחיקה ופגיעה, אסור שהחלקים המלאכותיים הללו ידרדרו. טיטניום קל יותר ב-50 אחוז מפלדת אל-חלד ויש לו יחס חוזק-צפיפות הגבוה ב-20 אחוז. זה חזק וקליל יותר. בנקודה שבה מוטמעים בגוף האדם, זה יקטין את עומסי הגוף. המטופלים יוכלו לנוע בחופשיות רבה יותר. בין החלק המלאכותי לגוף האדם, יהיה מתח. חוסר התאמה במודול האלסטי הוא מה שמוביל למה שנקרא מתח הממשק. מטבלה 1, אנו יכולים לראות שלטיטניום יש את המודול הגמיש המינימלי ביותר מבין שלושת החומרים הללו. שתל הטיטניום ועצם האדם תואמים הרבה יותר מבחינה מכנית.

מבחינה פיזיולוגית, הגוף דוחה חלקים לא מוכרים. לאחר ניתוח השתלה, דלקת קלינית, אדמומיות וגרד מתרחשות לעתים קרובות כאשר נעשה שימוש בפלדת אל חלד ובסגסוגת משותפת כחומר ביולוגי. טיטניום וסגסוגותיו ידועים באדישות הביולוגית שלהם. הם עמידים במיוחד בפני קורוזיה בסביבת הטבילה של דם אנושי. זה מתנגד לרקמת הדם והתאים האנושיים באופן כללי, מה שמבטיח דמיון רב. אין כמעט זיהום ותגובות רגישות לרעה, מה שעובד בצורה יוצאת דופן על ההחלמה של החולים. היישומים הרבים של טיטניום מבוססים על זה.

בגלל התאימות הביולוגית המעולה שלו, טיטניום טהור מסחרית (Cp Ti) נחשב בדרך כלל למועמד הטוב ביותר. עם זאת, סגסוגות ה-ELI Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr ו-Ti{ {6}}Al-4V נמצאים בשימוש נרחב גם בשתלים רפואיים. בעצם תסתכל באתר שלנו כדי לשאול על הפריטים השונים שלנו!

ציוד לאורטופדיה הטיפול בעיוותים בעצמות הוא המוקד העיקרי של האורטופדיה. כדי לעזור לגוף המעוות לחזור למקומו הרגיל, נדרש כוח חיצוני. חומרה לבריאות השרירים צריכה לתת תמיכה מוצקה ולזכור את המצב הנכון של הגוף. מלבד חסימת שחיקה והתנגדות לשחיקה, המאפיין החדש הצפוי כאן הוא זיכרון צורה. סגסוגות זיכרון צורה העשויות מטיטניום וניקל הן בעלות חוזק גבוה ותכונות זיכרון. סגסוגת Ti-Ni משמשת כיום לייצור לוחות עצם נפוצות, ציפורניים תוך-מדולריות, קיבוע פנימי של הלסת התחתונה, תיקון עקמת והתקנים דומים אחרים.

להשתלת שיניים יש מאפיינים מובהקים משלהם. ישנם שלושה סוגים של הטבעה דנטלית: זיגומטית, אוסאואינטגרציה ומיני-שתל לעיגון אורתודונטי. טיטניום שימש ככתרים, מסמרי כתר, טווחים קבועים, טווחי חרסינה, רצועות מלט, טבעות אחיזה להחלפת שיניים, בסיסים, גאדג'טים מתממשקים וגאדג'טים מחזקים. טיטניום שימש לכיסוי כמעט כל רכיב מתכת של שיניים תותבות.

נתחיל באוסאואינטגרציה סטנדרטית. "שורש", או "זרע", יוכנס תחילה לעצם הלסת על ידי רופא. לאחר שהיא מתייצבת, מבנה העל של השן ייקשר עם ההטבעה. לאחר מכן תתפתח עליה שן חדשה. הנה הניגוד בין הטבעה קלינית להטבעה דנטלית. שתל רפואי הוא "דבק" או "בורג" המשמש לחיבור רקמה קשה שבורה או תחליף לרקמה קשה פגומה. בכל מקרה, הטבעת שיניים סייעה לעיצוב חדש בפיתוח. כמה מסקרן!

הליך "פשוט" זה מחייב תכונות תרמיות וביו תאימות מצוינות. בזמן שתיית מרק ואכילת יוגורט קפוא, אנשים ירגישו חם וקריר, אולם התחושות הללו הן מהפה ולא מהשיניים. לא יהיה שום גירוי לבריאותשיניים.

טיטניום מתרחב מעט מאוד בעת חימום. בנקודה שבה הטמעה מבוססת טיטניום משמשת כ"שורש", היא לא תגדל או תתכווץ בתוך הפה של אנשים. השן שהוסגרה לאחרונה תישאר איפה שהיא צריכה להיות. לטיטניום מוליכות תרמית של חמישית בלבד מזו של נירוסטה, שליש מאלומיניום וחצי מזו של נחושת. הוא לא ייצמד למבנה השיניים בפועל כאשר הוא משמש ככתר. ניתן להגן על עיסת השיניים מפני גירויי חום וקור על ידי טיטניום.

טיטניום יציקה מדויקת משמש ברפואת שיניים מכיוון שיש לו דיוק ממדי גבוה, ללא התכווצות וללא בועות. נכון לעכשיו, 4 טיטניום לא מזוהם כלכלית (Cp Ti) מנוצלים באופן ייחודי ליישומי הטבעה דנטלית. הם נעים בדרגת ASTM בין 1 ל-4. לכולם יש רמה נמוכה של מוליכות אלקטרונית, התנגדות לשחיקה גבוהה, מצב תרמודינמי בערכי pH פיזיולוגיים, נטייה נמוכה לסידור חלקיקים בתנאי נוזל ונקודה איזואלקטרית של התחמוצת של 5-6.

הטוהר יורד והחוזק עולה בין דרגות 1 ל-4. טיטניום דרגה 2 הוא הכוכב הידוע ביותר ליישומי הטבעה דנטלית. יש לו חוזק תפוקה לפחות של 275 MPa אשר שווה ערך לפלדות מוקשות אוסטניטיות מחוסמות. כאשר דורש חוזק גבוה יותר, ניתן ליישם גם שילוב טיטניום. סגסוגות אחרות, כגון Ti-6Al-4V, משמשות גם הן במגוון הקשרים.

מכשירים כירורגיים

הדור הראשון של מכשירי הניתוח היו עשויים מפלדת פחמן, אך הביצועים שלהם לא היו בקנה אחד עם זה של שימוש קליני לאחר ציפוי אלקטרוני. לעתים קרובות מוביל לזיהום. נירוסטה דור שני היא אוסטניטית, אך תכולת הכרום רעילה ויש לה השפעות מסוימות על הגוף.

תכונות מכניות וגמישות הם הדברים הראשונים שצריך לקחת בחשבון בעת ​​יצירת מכשירים כירורגיים. עדיפות המתכת היא גמישות ספציפית כדי לעמוד בקצב הנדרש ללא כניעה. אזמלים, פינצטה ומספריים הם דוגמאות למכשירים כירורגיים בסיסיים שהם ארוכים ודקים. המכשיר דורש כמות מסוימת של כוח כדי לפעול בבטחה. הם צריכים להיות מספיק אינטנסיביים ולא להישבר במהלך הליך רפואי. עבור מכשירים כירורגיים, המודול המינימלי הנדרש הוא 100 GPa. המודולוס של טיטניום הוא 116 GPa.

במהלך פעילות הליך רפואי, מכשירים מוצגים באופן ישיר לרקמה חיה. יש צורך בעמידה בפני קורוזיה, תאימות ביולוגית ותכונות מגנטיות. טיטניום אינו רעיל לרקמות אנושיות. זה לא יביא שום תגובה בלתי רגישה. חדר הניתוח חווה מדי פעם שדות מגנטיים. לדוגמה, רנטגן יוצר שדה אטרקטיבי של כ-1.5 טסלה. שדה אטרקטיבי זה יכול להשפיע על מכשירים זהירים בדרכים שונות, כולל: תנועה מזיקה הנגרמת על ידי אינטראקציה של שדות מגנטיים (אפקט הטיל), חום מכשירים הנגרם על ידי שקיעת כוח בתדר רדיו (RF), וצילום הקשור למכשירים טיטניום הוא רווחה לא אטרקטיבית ומהימנה של פעילות. מכיוון שהוא לא מגנטי, הוא גם מבטל את האפשרות של גרימת נזק לשתלים אלקטרוניים עדינים.

העיקור מתבצע באמצעות תרסיס קיטור חם בטמפרטורה גבוהה לאחר הניתוח. חומרי ניקוי שונים משמשים לניקוי חיידקים ומחלות. גודל המכשיר ואיכות פני השטח לא אמורים להשתנות לאחר ניקוי חוזר. בנוסף, אמור להיות נזק קטן. בכל פעם שמנתח משתמש במכשיר, הוא צריך שהוא יפעל כהלכה. העמידות בפני קורוזיה של טיטניום וסגסוגות טיטניום מעולה. אחרון חביב, משקלו הנמוך של טיטניום הופך אותו לאידיאלי עבור מיקרוכירורגיה. טמפרטורת העבודה יכולה לנוע בין 150 ל-500 מעלות צלזיוס. ניתן להפחית את עייפות המנתחים על ידי שימוש במכשירים כירורגיים קלים, במיוחד עבור פרוצדורות ממושכות.

טיטניום רפואי וסגסוגות טיטניום הן מתכות איכותיות הנמצאות בשימוש תדיר בציוד רפואי. קתודות לייזר, מקדחות שיניים ומלקחיים מיוצרים לעתים קרובות באמצעות טיטניום.

Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd היא יצרנית וספקית מובילה המספקת פתרונות אישיים למגוון רחב של יישומים. אנו משתפים אתכם בשיתוף פעולה הדוק בכל שלב בתהליך הייצור על מנת להבטיח שהמוצר הסופי עונה על הדרישות שלכם. צור איתנו קשר או בקש הצעת מחיר מיד למידע נוסף.

הפניות: https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9104688/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6369045/