Od 40. let 20. století mnoho vědců studovalo výkonnostní koreláty biologického výkonu titanu. Studie zahrnovaly více oborů, jako je fyzikální, chemická, biomedicínská a pokročilá elektronová mikroskopie a biochemické analýzy. Zásadní význam má zajištění dobré biokompatibility, mechanické kompatibility a odpovídajících kritérií pro titanové implantáty, jako je metodika a vývoj chirurgických implantátů. Nyní bude uveden stručný popis studií souvisejících s aplikací tvrdé tkáně do nádorové tkáně.
1 Biologické vlastnosti běžně používaných materiálů pro lebeční titanové slitiny čisté titanové trubkové hřebíky
1.1 Biokompatibilita slitin titanu pro lékařské použití
Různé fyzikálně-chemické. po interakci mezi slitinami titanu a lidským tělem. Bioelektrické a jiné reakce nebo tolerance, jako je cytotoxicita, genotoxicita, koroze, hemolýza, alergie atd. Slitiny titanu mají dobrou biokompatibilitu, jsou pevnější než nerezové oceli a slitiny na bázi kobaltu. Mikrostruktura titanových slitin je klasifikována z hlediska (např. čisté titanové systémy), + dvoufázové hybridy (např. G., Ti6al4V atd.) nebo slitiny titanu typu. nebo slitiny titanu typu. Při navrhování mikrostruktury a výběru konstrukce materiálu lékařské titanové slitiny by různé složky slitiny neměly vykazovat nežádoucí reakce. První generace Ti-6AL-4V (TC4) je typická + dvoufázová vysokoteplotní titanová slitina. Tato slitina však obsahuje v, toxický vedlejší účinek na živé organismy, a klinické aplikace zjistily, že biotoxicita v by měla převyšovat biotoxicitu Ni a Cr. Druhou generací jsou titanové slitiny typu + Ti-6a1-7nB a Ti-5a1-2, FE, z Nb.5FE byly vyvinuty ve Švýcarsku a Německu, a je integrován do mezinárodního standardu biomateriálů.
Použití lékařské titanové slitiny typu beta TI-13N-13ZR třetí generace nízkých potkaních potkanů, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF ), TI-29Poznámka-13TA-4. 6ZR (TNTZ) je globálním centrem výzkumu materiálů z lékařské titanové slitiny a hlavním zaměřením směru pomoci. TI-13NB-13ZR byl vyvinut v roce 1994, jako první byl formálně zahrnut do mezinárodního standardu TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) byl použit v roce 2000 a byl použit při výrobě kyčelních kloubů. Tyto nové slitiny beta titanu mají relativně nízký modul pružnosti. Je důležité mít dobrou biokompatibilitu, aby se zabránilo kostní hustotě a snížila se pravděpodobnost menšího selhání implantátu. Mezi faktory ovlivňující biokompatibilitu patří typ implantátu, morfologie a povrchová morfologie prostředku, práce, fyzikálně-chemické vlastnosti a mechanické vlastnosti. V následujících situacích
mění charakterizaci a biologické vlastnosti biomateriálů, aplikace různých metod zpracování umožňuje kontrolu nad širší škálou mikrostrukturálních forem. Biokompatibilitu a osteogenní vlastnosti lze dále zlepšit. Konvenční způsoby úpravy lze široce klasifikovat jako mechanické, fyzikální, chemické a elektrochemické. Patří mezi ně použití pískovaného titanu a titanových slitin, suspenze plazmového titanu, hydroxyapatitové povlaky, mikrooblouková oxidace, leptání kyselinou nebo pískované leptání, které může podpořit tvorbu povrchové dehydratace kosti, zkrátit proces hojení kosti a usnadnit montáž. nové kostní tkáně k vytvoření mechanického seskupení. Zvyšuje se tak pevnost implantátu a kostní tkáně.
1.2 Biomechanická kompatibilita materiálů z lékařské titanové slitiny
Náhrady kostí a kloubů jsou vystaveny různým ohybům, kompresi, extenzi, střihu a dalším biomechanickým účinkům. Proto jsou mechanické vlastnosti implantátů velmi náročné. Mechanické vlastnosti určují, jak je kovový materiál vybrán pro konkrétní aplikaci; nejdůležitějšími vlastnostmi jsou tvrdost, pevnost v tahu, modul pružnosti, odolnost proti oděru, únavové vlastnosti a tažnost. Pokud kostní implantát není dostatečně pevný nebo pokud se mechanické vlastnosti mezi kostí a implantátem neshodují, nazývá se to biomechanická inkompatibilita. Ve snaze snížit nebo vyřešit okluzi napětím jsou běžně zkoumány dva přístupy k titanovým slitinám. Získání dobré biomechanické kompatibility: nový typ slitiny lékařského titanu, který snižuje modul pružnosti slitin titanu a zlepšuje biologickou aktivitu slitin titanu. -typ (obsahující Al a O, n plynných prvků), -typ (obsahující Mo, NB, vinný kámen, v atd.). Mikrostruktury typu - (obsahující Al a O, n-plynné prvky), -typu (obsahující Mo, NB, Ta, v atd.) a + -typu tří typů slitin titanu. Různá zpracování slitin řídí správný poměr a distribuci fází a fází za účelem vytvoření různých organizací pro zlepšení jejich mechanických vlastností.
U jednotlivých mechanických indexů titanových slitin není žádoucí zjišťovat, zda je nežádoucí biomechanická kompatibilita. Pokud se pevnost titanové slitiny zlepší, zvýší se její kovový modul pružnosti, tvrdost/odolnost proti opotřebení, únavová pevnost a sníží se plasticita. Výše uvedený rozpor způsobuje, že určitá mechanická pevnost materiálu zajišťuje, že ostatní mechanické vlastnosti aplikace jsou přizpůsobeny. prvek EG, al, V je velmi účinný pro pevnost slitin titanu. Snižuje se však plastická houževnatost materiálu. Navíc se zlepší modul pružnosti. Proto by se lékařským slitinám titanu mělo vyhnout nebo je přidávat v malých množstvích. Avšak prvky jako zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn mohou zpevnit titan s malým vlivem na plastickou houževnatost. Zároveň pomáhá snižovat modul pružnosti titanových slitin. Dá se přidat. Lze jej změnit na strukturu vnitřní dutiny opravy, aby se připravil porézní titan pro snížení modulu pružnosti nebo tuhosti. Slitiny Ti{{0}}a1-4V vstřikované jako rozvětvené povrchy se používají k přípravě lékařských produktů. Hustý Ti6-Al4-V má však modul pružnosti 110 GPA a přirozená kortikální kost 0,5 GPA až 20 GPa.
Z hlediska biomechanické kompatibility velký počet klinických studií prokázal špatnou materiálovou kompatibilitu konvenčních kovových implantátů. Existuje nesoulad v mechanických vlastnostech kostní tkáně a slabá mezifázová kombinace s náhradní tvrdou tkání. Nakonec uvolnění implantátu nebo autologní zlomenina. Aplikace nových technologií implantátů, jako jsou slitiny titanu s trojrozměrnou strukturou pórů, zlepšuje přítomnost děr ve výkonu implantátu.
(1) Hustotu, sílu a modul pružnosti kovových implantátů lze upravit podle rozměrů velikosti pórů a poréznosti, aby se dosáhlo mechanické kompatibility. Vyhýbání se kosti kolem implantátu snižuje nové deformace kosti a její nosnost.
(2) Trojrozměrná penetrující síťovitá struktura a drsný vnitřní a vnější povrch upřednostňují osteoblasty se silnými adhezivními vlastnostmi, které se liší proliferačním potenciálem jejich povrchů. Lze vytvořit vertikální hojení kosti, čímž se zlepší biologická fixace implantátu a kosti. Kromě výše uvedeného složení může struktura ovlivnit vlastnosti materiálu a výroba a zpracování titanových slitin také může modulovat mechanické vlastnosti a korozní odolnost materiálu v poměrně širokém rozsahu.
2 Vlastnosti kraniofaciálních titanových slitin pro personalizované zpracování implantátů
Slitiny titanu mají vynikající vlastnosti, a proto vyžadují různé způsoby tváření pro zpracování specifických tvarů, které splňují požadavky. Implantáty z lékařské titanové slitiny ve tvaru lyže mohou být připraveny prostřednictvím přípravy procesů přesného kování, procesů válcování profilů, procesů vakuového tavení přesného lití. Termoelektrické a jiné hydrostatické lisy mohou eliminovat vnitřní volnou organizaci odlitku slitiny. Má zlepšené slitinové vlastnosti. Vzhledem ke složitosti struktury lebky byla konstrukce a výroba skládaných žáruvzdorných defektů obtížná pomocí počítačově podporovaného návrhu (CAD), počítačově podporované numerické simulace (CAE), aditivních výrobních technik pro přípravu (AM: AdditiveManufacture), atd. Návrh a výroba žáruvzdorných defektů byla obtížná při použití počítačově podporovaného návrhu (CAD), počítačově podporované numerické simulace (CAE), aditivních výrobních technik pro přípravu žáruvzdorných defektů. Zajišťuje přesnou kontrolu konečné opravy pomocí složitého tvaru a vnitřní stavby lebeční kostry.
Techniky rychlého prototypování 3D tisku založené na E-paprsku nebo laseru mohou být navrženy tak, aby přímo získaly 3D mezoporézní titanové implantáty s různými vnitřními prostorovými strukturami a různou pórovitostí na základě jakéhokoli komplexního návrhu 3D CAD modelu. Biologická drsnost povrchu je rozumnější a proces je spolehlivější. A lze je připravit přesným navržením rozměrů síťových buněk a rozměrů mřížky pro přípravu, prostorového rozložení, tvaru atd. Navíc úpravou jejich mechanických vlastností. A další úprava jejich mechanických vlastností. Přizpůsobení mechanických vlastností lidské tvrdé tkáně umožňuje personalizovanou výrobu. Doplňková výrobní technologie, známá také jako technologie 3D tisku. Aplikace zahrnují techniky 3D tisku kovů s hlavním cílem připravit personalizované implantáty pro rekonstrukci defektů různého stupně intraperitonea, jako je rekonstrukce defektů dolní čelisti. Techniky 3D kovového tisku pro přímou výrobu titanových implantátů jsou zejména: ebm (elektronické světlo, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) atd. Tyto dvě metody přitahují velký zájem a používají se již dlouhou dobu v v oblasti výroby titanových implantátů. Tyto dvě metody přitahovaly velkou pozornost, protože poskytují přesnou kontrolu nad vnitřní strukturou pórů a složitými tvary. 3D tisk pro výrobu titanových slitin je technicky obtížný kvůli relativně vysokému bodu tání kovu. Zahrnuje různé fyzikální procesy, jako je změna fáze pevná látka-kapalina, povrchová difúze a tepelná vodivost. Mezi problémy, které je třeba zvážit, patří, zda je slitina titanu po krystalizaci dobře organizována, zda je celý vzorek homogenní a například velikost vnitřních nečistot a otvorů. Navíc rychlé zahřátí a ochlazení také způsobí větší zbytková napětí v testovaném kusu.
Technologie tavení elektronovým paprskem byla vyvinuta v polovině-1990 let vývojem zdroje energie pro elektronové paprsky. Výběrem kovového prášku a jeho roztavením řídí počítačový systém tavení a projekci elektronů. Celý proces probíhá ve vakuovém prostředí. Slitina Ti-6Al-4V byla během procesu přípravy udržována na teplotě 626-700 stupňů. Slitina má lepší mikrostrukturu a shodu mechanických vlastností. Má tyto výhody: vyšší teplota udržuje připravenou slitinu ve vráceném stavu. Zbytková napětí v součásti jsou eliminována; Je zajištěna jednotnost mikrostruktury slitiny; Složení slitiny součásti je čisté, snižuje obsah kyslíku; Snížení produkce martenzitických fází.
Slitinu Ti-6Al-4V připravili al-bermani, Blackmore a další ve Spojeném království pomocí stroje Arcams12 EBM. Mikrostruktura, textura a mechanické vlastnosti slitiny byly do hloubky studovány. BASS, americký vědec, studoval mikrostrukturu a mechanické vlastnosti slitin připravených metodou EBM. Je třeba zdůraznit, že slitina má dobré mechanické vlastnosti. Tahové vlastnosti slitin připravených touto metodou jsou srovnatelné s konvenčními metodami přípravy slitin. Vědci Koike a Joshi, Spojené státy používají zařízení Arcama2 EBM pro dentální implantáty Slitina TI-6AL-4Veli, slitina musí být schopna testovat a testovat únavu. Murr a kol. USA. Studovat organizaci a mechanické vlastnosti slitiny Ti-6Al-4V metodou EBM a porovnat ji s tvářenou slitinou Ti-6AL-4V. Tato studie ukazuje slitinu Ti-6Al-4V metodou EBM, která má pevnost a plasticitu tvářené slitiny. Je vhodný i pro přípravu lékařských implantátů.
Jiný národní a mezinárodní vědec provedl testy kompresního výkonu a únavové testy na porézním materiálu slitiny TI-6AL-4V metodou EBM. prvním klinickým případem EBM vyrobeným společností EBM byla úspěšná implantace 83 let starého ženského implantátu v roce 2011. Většina zakázkových titanových implantátů je obrobena, nalezena, kována a dokončena dalšími přípravnými procesy. přímá kovovýroba, například EBM je lepší než tyto techniky, protože nejen mění topografii povrchu implantátu, ale umožňuje také výrobu specifických tvarů a struktur implantátů na základě počítačově podporovaných návrhových souborů. použití EBM vyrobených implantátů jako alternativy ke konvenčnímu frézování a řízení je diskutováno v Cronskr a dalších studiích. Diskutuje se o ekonomické proveditelnosti.
Volba technologie tavení laserem je technika, která se v roce 1995 zcela roztaví v kovových prášcích tepelným působením laserového paprsku. Technologie SLM byla ověřena pro úspěšnou aplikaci při výrobě biomedicínských titanových slitin. Lze tvarovat fyzikální materiály a na vyžádání lze získat porézní materiály s řízenou porézností a odpovídající pevností v tlaku. Zbraně hromadného ničení, Německo a tak dále. Typické metody jako MTT, Brdu a WST byly použity k testování vlivu velikosti pórů SLM na jeho biokompatibilitu a kompresní vlastnosti při tvorbě Ti-6Al-4V lešení.
3.Shrnutí
Jako chirurgické implantáty je třeba implantovat materiály ze slitiny titanu s dobrou biokompatibilitou a mechanickou kompatibilitou v dlouhodobém fyziologickém kruhu. Důležitým faktorem je zajištění dlouhodobé fyzické bezpečnosti a stability s terapeutickými přínosy. Kromě potřeby přísného návrhu a výběru slitin bez nepříznivých vlivů je zajištěna kvalita metalurgie a zpracování materiálu, kontrola jeho vnitřní mikrostruktury, mikrostruktury a zlepšování stavu povrchu materiálu pro optimalizaci zpracování. také důležitý technologický nástroj.
