С 1940-х годов многие ученые изучали корреляты биоэффективности титана. Исследования охватывали множество дисциплин, таких как физическая, химическая, биомедицинская, а также современная электронная микроскопия и биохимический анализ. Обеспечение наличия хорошей биосовместимости, механической совместимости и соответствующих критериев для титановых имплантатов, таких как методология и разработка хирургических имплантатов, имеет решающее значение. Теперь будет представлено краткое описание исследований, связанных с применением твердых тканей к опухолевой ткани.
1 Биологические свойства обычно используемых материалов для черепных титановых сплавов Трубчатые гвозди из чистого титана
1.1 Биосовместимость титановых сплавов медицинского назначения
Различные физико-химические. после взаимодействия титановых сплавов с организмом человека. Биоэлектрические и другие реакции или толерантность, такие как цитотоксичность, генотоксичность, коррозия, гемолиз, аллергия и т. д. Титановые сплавы обладают хорошей биосовместимостью, они прочнее, чем нержавеющая сталь и сплавы на основе кобальта. Микроструктуру титановых сплавов классифицируют на (например, чистые титановые системы), + двухфазные гибриды (например, Г., Ti6al4V и др.) или титановые сплавы -типа. или титановые сплавы -типа. При проектировании микроструктуры и выборе конструкции материала медицинского титанового сплава различные компоненты сплава не должны вызывать побочных реакций. Ti-6AL-4V первого поколения (TC4) представляет собой типичный + двухфазный жаропрочный титановый сплав. Однако этот сплав содержит v, токсичный побочный эффект на живые организмы, и клинические применения показали, что биотоксичность v должна превышать биотоксичность Ni и Cr. Второе поколение - титановые сплавы типа + Ti-6a1-7nB и Ti-5a1-2, FE, Nb.5FE, разработанные в Швейцарии и Германии, и интегрирован в международный стандарт биоматериалов.
Применение медицинского титанового сплава бета-типа ТИ-13Н-13ЗР третьего поколения маломощных крыс, ТИ-12МО-6ЗР-2FE (ТМЗФ) ), ТИ-29Примечание-13ТА-4. 6ZR (TNTZ) — это глобальная точка исследования материалов из медицинских титановых сплавов и основное направление оказания помощи. TI-13NB-13ZR был разработан в 1994 году и стал первым, официально включенным в международный стандарт TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF). был использован в 2000 году и использовался при изготовлении тазобедренных суставов. Эти новые бета-титановые сплавы имеют относительно низкий модуль упругости. Важно иметь хорошую биосовместимость, чтобы предотвратить плотность костной ткани и снизить вероятность отказа имплантата. Факторы, влияющие на биосовместимость, включают тип вещества имплантата, морфологию и морфологию поверхности устройства, работу, физико-химические свойства и механические свойства. Для того, чтобы
Изменяя характеристики и биологические свойства биоматериалов, применение различных методов обработки позволяет контролировать более широкий спектр микроструктурных форм. Биосовместимость и остеогенные свойства могут быть дополнительно улучшены. Традиционные методы обработки можно разделить на механические, физические, химические и электрохимические. К ним относятся использование подвергнутого пескоструйной обработке титана и титановых сплавов, плазменной титановой суспензии, гидроксиапатитовых покрытий, микродугового оксидирования, кислотного травления или пескоструйного травления, которые могут способствовать образованию поверхностной дегидратации кости, сократить процесс заживления кости и облегчить сборку. новой костной ткани с образованием механического комплекса. Таким образом увеличивается прочность имплантата и костной ткани.
1.2 Биомеханическая совместимость материалов из медицинских титановых сплавов
Заменители костей и суставов подвергаются различным изгибам, сжатию, растяжению, сдвигу и другим биомеханическим воздействиям. Поэтому к механическим свойствам имплантатов предъявляются очень высокие требования. Механические свойства определяют, как металлический материал выбирается для конкретного применения; наиболее важными свойствами являются твердость, прочность на разрыв, модуль упругости, стойкость к истиранию, усталостные свойства и удлинение. Если костный имплантат недостаточно прочен или механические свойства кости и имплантата не совпадают, это называется биомеханической несовместимостью. Два подхода к титановым сплавам обычно исследуются в попытке уменьшить или устранить окклюзию под напряжением. Получение хорошей биомеханической совместимости: новый тип медицинского титанового сплава, снижающий модуль упругости титановых сплавов и улучшающий биоактивность титановых сплавов. -типа (содержащие газообразные элементы Al и O, n), -типа (содержащие Mo, NB, винный камень, v и др.). -тип (содержащий Al и O, n-газообразные элементы), -тип (содержащий Mo, NB, Ta, v и др.) и + -тип микроструктуры трех типов титановых сплавов. Различная обработка сплавов контролирует правильное соотношение и распределение - и -фаз для формирования различных структур для улучшения их механических свойств.
По индивидуальным механическим показателям титановых сплавов нежелательно определять наличие нежелательной биомеханической совместимости. Если повысить прочность титанового сплава, то возрастут его металлический модуль упругости, твердость/износостойкость, усталостная прочность и снизится пластичность. Вышеупомянутое противоречие заставляет часть механической прочности материала гарантировать соответствие других механических свойств применения. элемент EG, al, V очень эффективен для прочности титановых сплавов. Однако пластическая вязкость материала снижается. Кроме того, улучшается модуль упругости. Поэтому следует избегать использования медицинских титановых сплавов или добавлять их в небольших количествах. Однако такие элементы, как zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn, могут упрочнять титан, практически не влияя на пластическую вязкость. В то же время это способствует снижению модуля упругости титановых сплавов. Это можно добавить. Его можно изменить на структуру внутренней полости ремонта, чтобы подготовить пористый титан для снижения модуля упругости или жесткости. Сплавы Ti{{0}}a1-4V, инжектированные в виде разветвленных поверхностей, используются для изготовления медицинских изделий. Однако плотный Ti6-Al4-V имеет модуль упругости 110 ГПа, а естественная кортикальная кость - от 0,5 до 20 ГПа.
С точки зрения биомеханической совместимости, большое количество клинических исследований продемонстрировали плохую совместимость материалов традиционных металлических имплантатов. Отмечается несоответствие механических свойств костной ткани и слабое межфазное сочетание с замещающей твердой тканью. Наконец, расшатывание имплантата или аутологичный перелом. Применение новых технологий имплантатов, таких как титановые сплавы с трехмерной пористой структурой, улучшает работу имплантата при наличии отверстий.
(1) Плотность, сила и модуль упругости металлических имплантатов могут быть адаптированы к размерам пор и пористости для достижения механической совместимости. Отказ от кости вокруг имплантата уменьшает новые деформации кости и снижает ее несущую способность.
(2) Трехмерная структура проникающей сетки и шероховатая внутренняя и внешняя поверхности благоприятствуют остеобластам с сильными адгезивными свойствами, отличающимися пролиферативным потенциалом их поверхностей. Можно сформировать вертикальное заживление кости, улучшив биологическую фиксацию имплантата и кости. Помимо вышеуказанного состава, на свойства материала может влиять структура, а производство и обработка титановых сплавов также могут модулировать механические свойства и коррозионную стойкость материала в относительно широком диапазоне.
2 Свойства черепно-лицевых титановых сплавов для индивидуальной обработки имплантатов
Титановые сплавы обладают превосходными свойствами и поэтому требуют различных методов формования для обработки конкретных форм, соответствующих требованиям. Имплантаты из медицинского титанового сплава в форме лыж можно изготовить посредством прецизионных процессов ковки, процессов прокатки профиля, процессов точного литья в вакууме, так сказать. Термоэлектрические и другие гидростатические прессы позволяют устранить внутреннюю неплотную организацию отливки сплава. Имеет улучшенные свойства сплава. Из-за сложности структуры черепа проектирование и изготовление складчатых огнеупорных дефектов было затруднено с использованием систем автоматизированного проектирования (CAD), компьютерного численного моделирования (CAE), аддитивных технологий изготовления (AM: AdditiveManufacure), и т. д. Проектирование и изготовление огнеупорных дефектов было затруднено с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР), компьютерного численного моделирования (CAE), методов аддитивного производства для подготовки огнеупорных дефектов. Это обеспечивает точный контроль окончательного ремонта, используя сложную форму и внутреннюю структуру черепного скелета.
Методы быстрого прототипирования 3D-печати на основе электронного луча или лазера могут быть разработаны для прямого получения 3D-мезопористых титановых имплантатов с различной внутренней пространственной структурой и различной пористостью на основе любой сложной конструкции 3D-модели CAD. Биологическая шероховатость поверхности более разумна, а процесс более надежен. И их можно приготовить, точно спроектировав ячейки сетки и размеры сетки для подготовки, пространственного распределения, формы и т. д. Более того, отрегулировав их механические свойства. И еще, корректируя их механические свойства. Соответствие механическим свойствам твердых тканей человека позволяет производить персонализированное производство. Дополнительная технология производства, также известная как технология 3D-печати. Приложения включают методы 3D-печати металлом с основной целью изготовления персонализированных имплантатов для реконструкции дефектов внутрибрюшинного пространства различной степени, например реконструкции дефектов нижней челюсти. К методам 3D-печати металлом для прямого изготовления титановых имплантатов в основном относятся: ebm (электронный свет, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) и т. д. Эти два метода вызвали большой интерес и уже давно используются в в области производства титановых имплантатов. Эти два метода привлекли большое внимание, поскольку обеспечивают точный контроль внутренней структуры пор и их сложных форм. 3D-печать для изготовления титановых сплавов технически сложна из-за относительно высокой температуры плавления металла. Он включает в себя множество физических процессов, таких как фазовый переход твердое тело-жидкость, поверхностная диффузия и теплопроводность. Вопросы, которые необходимо учитывать, включают, например, хорошо ли организован титановый сплав после кристаллизации, является ли весь образец однородным, а также размер внутренних примесей и отверстий. Кроме того, быстрый нагрев и охлаждение также приведет к увеличению остаточных напряжений в испытуемом образце.
Технология плавки электронным лучом была разработана в середине-1990х годов путем разработки источника энергии для электронных пучков. Выбирая металлический порошок и затем плавя его, компьютерная система контролирует плавление и выброс электронов. Весь процесс осуществляется в вакуумной среде. В процессе подготовки сплав Ti-6Al-4V выдерживали при температуре 626–700 градусов. Сплав имеет лучшее соответствие микроструктуры и механических свойств. Он имеет следующие преимущества: более высокая температура сохраняет приготовленный сплав в возвращенном состоянии. Остаточные напряжения в детали устраняются; Обеспечивается однородность микроструктуры сплава; Состав сплава детали чистый, содержание кислорода снижено; Снижение производства мартенситных фаз.
Сплав Ti-6Al-4V был приготовлен Аль-Бермани, Блэкмором и другими в Великобритании с использованием машины Arcams12 EBM. Детально изучены микроструктура, текстура и механические свойства сплава. Американский ученый БАСС исследовал микроструктуру и механические свойства сплавов, полученных методом ЭЛП. Отмечено, что сплав обладает хорошими механическими свойствами. Сплавы, полученные этим методом, по своим свойствам при растяжении и традиционными методами приготовления сплавов сопоставимы. Ученые Койке и Джоши из США используют оборудование Arcama2 EBM для зубных имплантатов. Сплав TI-6AL-4Veli, сплав должен иметь возможность проводить испытания и испытания на усталость. Мурр и др. США. Изучить организацию и механические свойства сплава Ti-6Al-4V методом EBM и сравнить его с деформируемым сплавом Ti-6AL-4V. В данном исследовании показан сплав Ti-6Al-4V, полученный методом EBM, который обладает прочностью и пластичностью деформируемого сплава. Он также подходит для изготовления медицинских имплантатов.
Другой национальный и международный ученый провел испытания на сжатие и усталость пористого материала из сплава TI-6AL-4V, полученного методом EBM. Первым клиническим случаем EBM, изготовленным EBM, стала успешная имплантация 83-летнего женского имплантата в 2011 году. Большинство индивидуальных титановых имплантатов обрабатываются, находят, куют и завершают с помощью других подготовительных процессов. например, прямое изготовление металлов, EBM превосходит эти методы, поскольку он не только изменяет топографию поверхности имплантата, но также позволяет изготавливать имплантаты конкретных форм и структур на основе файлов компьютерного проектирования. Использование имплантатов, изготовленных EBM, в качестве альтернативы традиционному фрезерованию и рулевому управлению обсуждается в Cronskr и других исследованиях. Экономическая целесообразность обсуждается.
В 1995 году была выбрана технология лазерной плавки, которая полностью плавит металлические порошки под тепловым воздействием лазерного луча. Технология SLM была проверена для успешного применения в производстве биомедицинских титановых сплавов. По запросу можно формовать физические материалы и получать пористые материалы с контролируемой пористостью и соответствующей прочностью на сжатие. Оружие массового поражения, Германия и так далее. Типичные методы, такие как MTT, Brdu и WST, использовались для проверки влияния размера пор SLM на его биосовместимость и сжимающие свойства при формировании каркасов Ti-6Al-4V.
3.Резюме
В качестве хирургических имплантатов необходимо вживлять материалы из титановых сплавов с хорошей биосовместимостью и механической совместимостью в долговременном физиологическом кольце. Важным фактором является обеспечение долгосрочной физической безопасности и стабильности с терапевтическим эффектом. Помимо необходимости строгого проектирования и выбора сплавов без побочных эффектов, обеспечивается качество металлургии и обработки материала, а также контроль его внутренней микроструктуры, микроструктуры и улучшение состояния поверхности материала для оптимизации обработки. также важный технологический инструмент.
