Titanium voor medisch gebruik

Wat is Titaan?

Titaniummaterialen worden al heel lang in het dagelijks leven gebruikt. De jaren dertig waren het begin van moderne biomedische functionele materialen. Aanvankelijk werd roestvrij staal ontwikkeld voor gebruik in medische toepassingen en implantaten. Een legering van kobalt is het tweede materiaal. Titanium en zijn legering werden rond de jaren zestig de nieuwste generatie metallische biomaterialen. Sinds zijn meest memorabele verschijning is titanium afgeschilderd als een wondermetaal en heeft het brede overwegingen gekregen.

Waarom is titanium zo uniek?

Titaniumis een overgangsmetaal met een hoge sterkte en lage dichtheid. Onder verschillende omstandigheden is het bestand tegen corrosie. Met name titanium is latent en resistent tegen lichaamsvloeistoffen en weefsels. Dit zijn de vermeende biocompatibiliteit en consumptiebelemmering. Het zijn essentiële vereisten voor toepassingen in de geneeskunde.

De fundamentele eigenschappen van titanium, roestvrij staal en kobaltlegeringen worden uiteengezet in tabel 1. De laagste dichtheid is 4,51 g/cm-3 voor titanium, terwijl de hoogste dichtheid 8 g/cm is-3 voor roestvrij staal. Titanium heeft een veel hogere sterkte-dichtheidsverhouding van 76 kNm/kg voor dezelfde treksterkte. Met een sterkte/dichtheid van 63 kNm/kg is het 20 procent sterker dan roestvrij staal. De waarde van de elasticiteitsmodulus van titanium is slechts de helft van die van kobaltlegering en conventioneel roestvrij staal. Het lijkt veel meer op menselijk bot. Bovendien heeft titanium een ​​lage thermische uitzetting en geleidbaarheid, waardoor het niet-ferromagnetisch is.

Titanium en zijn composiet hebben de meest nuttige eigenschappen, waardoor ze een enorm resultaat hebben op het gebied van spiergezondheid, inzetstukken en voorzichtige instrumenten. Baoji stad changsheng titanium co. ltd is een fabrikant en leverancier van titanium en Cu-Ni metaal frezen en afgewerkte producten in het meest uitgebreide assortiment kwaliteiten, afmetingen en freesproducten.

De laagste prijzen en hoogste technische normen voor metalen worden op de markt aangeboden door baoji city changsheng titanium co. ltd, gevestigd in het hart van de Chinese titaniumproductie. Om ervoor te zorgen dat we niet te verslaan zijn op kosten en kwaliteit, hebben we onze kostengarantie gepresenteerd. Titanium is de voorkeurskeuze van leveranciers van titanium en CuNi-molens en afgewerkte producten over de hele wereld.

Wat is de dichtheid van titanium?

Omdat het moeilijker te winnen is, is titaniummetaal niet zo betaalbaar als ijzer, dus de toepassingen zijn vaak gespecialiseerd. De eigenschappen van titaniummetaal zijn buitengewoon waardevol. Net als aluminium vormt het een dunne beschermende oxidelaag om corrosie te voorkomen, waardoor het praktisch inert wordt. Omdat het een dichtheid heeft van 4,5 gram per cm3, wat beduidend lager is dan die van ijzer, zijn titaniumlegeringen belangrijk voor de lucht- en ruimtevaartindustrie. Het werd gebruikt om veel van de SR{3}} Blackbird te maken, het snelst bemande vliegtuig ter wereld. Het werd ook gebruikt om veel van de motoren en het casco van grote passagiersvliegtuigen zoals Airbussen en 747's te maken.

Vanwege zijn weerstand tegen zeewater wordt dit metaal gebruikt in maritieme toepassingen zoals schroefassen. Er wordt ook gezegd dat de Russen het gebruikten om onderzeeërs te bouwen. Titanium is niet giftig en wordt niet door het lichaam afgevoerd. Omdat het ook verbinding maakt met bot, is het gebruikt bij chirurgische ingrepen zoals tandimplantaten en gewrichtsvervangingen, met name heupgewrichten.

Waarom wordt titanium gebruikt voor implantaten?

De markt voor tandheelkundige implantaten, die naar schatting wereldwijd ongeveer 4,6 miljard dollar waard is, opende de deur naar de mogelijkheid om de gezondheid en functie van het gebit van een patiënt te herstellen [6]. Vanwege hun biocompatibiliteit en lage kosten zijn titanium implantaten het meest gebruikte materiaal op de markt.

Titanium is een bio-inert materiaal dat praktisch geen nadelige invloed heeft op het omringende weefsel. Ondanks de beschrijving van het materiaal van een aantal inherente voordelen, slaagt het er echter niet in om goed te integreren met het bot- en tandvleesweefsel zonder adequate oppervlaktebehandeling, wat kan leiden tot implantaatfalen. Slechte osseointegratie is de oorzaak van deze storingen, die de stabiliteit van het implantaat in het bot aantasten en kunnen leiden tot de ontwikkeling van infecties en ontstekingsprocessen in de peri-implantaire ruimte [7]. Verschillende oppervlaktebehandelingen om de vorming van schadelijke bacteriële biofilms te voorkomen en de osseointegratie te verbeteren, worden bestudeerd om deze problemen te verminderen. Nanotechnologie heeft positieve effecten in de tandheelkunde gecreëerd, met de mogelijkheid om oppervlakken met een bepaalde geografie en synthetisch stuk te leveren om te werken aan de biocompatibele eigenschappen van materialen.

Is chirurgisch titanium magnetisch?

Metalen implantaten zijn bijzonder kwetsbaar voor de risico's van implantaatmigratie en radiofrequentie (RF)-geïnduceerde verwarming, die beide het omliggende weefsel kunnen beschadigen omdat MRI-machines krachtige magneten gebruiken [11].

Implantaten die stevig op het bot zijn bevestigd, worden volgens studies niet beïnvloed door MRI-geïnduceerde verplaatsing [1,12]. Gezien het gebrek aan lopende onderzoeken, wordt röntgenfoto's niet aanbevolen in de onmiddellijke postoperatieve periode bij patiënten met niet-aangedane ingebedde delen zoals krullen, kanalen en stents [6]. Omdat de wervelstromen van het implantaat parallel lopen aan het statische magnetische veld van de scanner, is RF-verwarming theoretisch mogelijk. In elk geval hebben alle partnerstudies aangetoond dat deze temperatuurverandering onbelangrijk is, wat aantoont dat zorgen over weefselbeschadiging door RF-opwarming ongegrond zijn.

Beeldartefacten veroorzaakt door metalen implantaten kunnen ertoe leiden dat de resultaten verkeerd worden geïnterpreteerd. Door scanparameters te optimaliseren en magnetische resonantiepulssequenties aan te passen, kunnen technologische vorderingen beeldvervorming verminderen. Artsen moeten rekening houden met de voordelen van beeldvorming en met de mogelijkheid van door implantaten veroorzaakte beeldvervorming bij de beslissing om al dan niet MRI's bij patiënten uit te voeren.

Het magnetische veld van de MRI heeft geen effect op titanium omdat het een paramagnetisch materiaal is. MRI kan veilig worden gebruikt bij patiënten met implantaten omdat er een zeer laag risico is op complicaties veroorzaakt door implantaten. Er worden echter legeringen gebruikt om de titaniumplaten te maken die in het craniofaciale gebied worden gebruikt. Omdat de effecten van MRI worden beïnvloed door het aandeel van de bestanddelen van de legering, is nauwkeuriger onderzoek vereist.

Vervalste verbinding en klinische inbedding

De totale bevolking vordert in jaren. We willen langer leven en vandaag een zeer actief leven leiden. Sportgerelateerde, verkeersgerelateerde en andere soorten ongevallen leiden allemaal tot verwondingen. Het is duidelijk dat de belangstelling voor nagemaakte joint zich blijft ontwikkelen. Titanium en zijn composieten worden meestal gebruikt om ingebedde gadgets te vervaardigen, bijvoorbeeld botplaten, schroeven voor het bevestigen van breuken, hartklepprothesen, pacemakers en kunstmatige harten zijn allemaal voorbeelden van kunstmatige gewrichten. Meer dan 100 miljoen patiënten wereldwijd krijgen jaarlijks vervangingstherapie en er wordt meer dan 1,000 ton titanium in het lichaam van patiënten ingebracht.

Deze metalen implantaten moeten op een bepaalde manier mechanisch worden gevormd om hun functie tijdens gebruik te behouden. Tijdens onze dagelijkse activiteiten buigen, draaien, knijpen en trekken we onze spieren samen. Deze kunstmatige onderdelen mogen niet verslechteren wanneer ze worden blootgesteld aan zware vermoeidheid, slijtage en schokken. Titanium is 50 procent lichter dan roestvrij staal en heeft een sterkte-dichtheidsverhouding die 20 procent hoger is. Het is sterker en lichter. Wanneer het in het menselijk lichaam wordt ingebed, zal het de lichaamsbelasting verminderen. Patiënten kunnen zich vrijer bewegen. Tussen het kunstmatige deel en het menselijk lichaam zal er spanning zijn. Een mismatch in de elasticiteitsmodulus leidt tot de zogenaamde grensvlakspanning. Uit tabel 1 kunnen we zien dat titanium de meest minimale flexibele modulus heeft van deze drie materialen. Het titanium implantaat en menselijk bot zijn mechanisch veel beter compatibel.

Fysiologisch wijst het lichaam onbekende delen af. Na implantatiechirurgie worden vaak klinische ontsteking, roodheid en jeuk ervaren wanneer roestvrij staal en co-legering worden gebruikt als biomaterialen. Titanium en zijn legeringen staan ​​bekend om hun biologische inertie. Ze zijn extreem goed bestand tegen corrosie in de onderdompelingsomgeving van menselijk bloed. Het verzet zich over het algemeen goed tegen menselijk bloed en celweefsel, wat een grote gelijkenis garandeert. Er is vrijwel geen besmetting en ongunstige ontvankelijke reacties, wat buitengewoon werkt op het herstel van de patiënt. De talloze toepassingen van titanium zijn hierop gebaseerd.

Vanwege zijn superieure biocompatibiliteit wordt commercieel zuiver titanium (Cp Ti) algemeen beschouwd als de beste kandidaat. De ELI-legeringen Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr en Ti{ {6}}Al-4V worden ook op grote schaal gebruikt in medische implantaten. Neem eens een kijkje op onze site om te vragen naar onze verschillende artikelen!

Apparatuur voor orthopedie De behandeling van botafwijkingen is de primaire focus van de orthopedie. Om het gedraaide lichaam te helpen terugkeren naar zijn normale positie, is externe kracht vereist. Spiergezondheidsapparatuur moet solide ondersteuning bieden en de juiste toestand van het lichaam oproepen. Anders dan slijtage-obstructie en erosieweerstand, is de nieuwe eigenschap die hier wordt verwacht vormgeheugen. Vormgeheugenlegeringen gemaakt van titanium en nikkel hebben zowel hoge sterkte- als geheugeneigenschappen. Ti-Ni-legering wordt momenteel gebruikt om gewone botplaten, intramedullaire nagels, mandibulaire interne fixatie, scoliosecorrectie en andere soortgelijke apparaten te maken.

Tandimplantaten hebben hun eigen specifieke kenmerken. Er zijn drie soorten tandheelkundige inbedding: jukbeen, osseogeïntegreerd en een mini-implantaat voor orthodontische verankering. Titanium is gebruikt als kronen, kroonnagels, vaste overspanningen, porseleinen overspanningen, cementoverspanningen, tandvervangende bevestigingsringen, bases, interfacing-gadgets en versterkende gadgets. Titanium is gebruikt om bijna elk metalen onderdeel van een kunstgebit te bedekken.

Laten we beginnen met standaard osseointegratie. Een "wortel" of "zaadje" zal eerst door een arts in het kaakbot worden ingebracht. Nadat het tot rust is gekomen, zal de bovenbouw van de tand zich hechten aan de inbedding. Daarna zal er een nieuwe tand bovenop komen. Hier is het contrast tussen klinische inbedding en tandheelkundige inbedding. Een medisch implantaat is een "lijm" of een "schroef" die wordt gebruikt om gebroken hard weefsel te verbinden of een vervanging voor beschadigd hard weefsel. In ieder geval heeft de tandheelkunde het nieuwe ontwerp bij de ontwikkeling geholpen. Hoe intrigerend!

Deze "eenvoudige" procedure vereist uitstekende thermische en biocompatibiliteitseigenschappen. Tijdens het drinken van soep en het eten van bevroren yoghurt kunnen mensen het warm en koud krijgen, maar deze gevoelens komen uit de mond, niet uit de tanden. Er zal geen stimulatie zijn voor gezondtanden.

Titanium zet zeer weinig uit bij verhitting. Op het moment dat op titanium gebaseerde inbedding wordt gebruikt als een "wortel", zal het niet groeien of verschrompelen in de mond van mensen. De recent ingelijste tand blijft waar hij hoort te zijn. Titanium heeft een warmtegeleidingsvermogen van slechts een vijfde van dat van roestvrij staal, een derde van dat van aluminium en de helft van dat van koper. Het hecht zich niet aan de structuur van de eigenlijke tanden wanneer het als kroon wordt gebruikt. De tandpulpa kan door titanium worden beschermd tegen warmte- en koudeprikkels.

Precisiegietitaan wordt in de tandheelkunde gebruikt omdat het een hoge maatnauwkeurigheid heeft, geen krimp en geen luchtbellen. Vanaf nu worden 4 financieel onvervalste titanium (Cp Ti) uniek gebruikt voor tandheelkundige inbedtoepassingen. Ze variëren in ASTM-klasse van 1 tot 4. Ze hebben allemaal een lage mate van elektronische geleidbaarheid, hoge erosieweerstand, thermodynamische toestand bij fysiologische pH-waarden, lage neiging tot deeltjesschikking in vloeibare omstandigheden en iso-elektrisch punt van het oxide van 5-6.

Zuiverheid neemt af en sterkte neemt toe tussen klasse 1 en 4. Graad 2 titanium is de meest bekende ster voor tandheelkundige embed-toepassingen. Het heeft de minste rekgrens van 275 MPa, wat overeenkomt met gehard austenitisch gehard staal. Wanneer een hogere sterkte vereist is, kan ook een combinatie van titanium worden toegepast. Andere legeringen, zoals Ti-6Al-4V, worden ook in verschillende contexten gebruikt.

Chirurgische instrumenten

De eerste generatie chirurgische instrumenten was gemaakt van koolstofstaal, maar hun prestatie was niet vergelijkbaar met die van klinisch gebruik na galvaniseren. Leidt vaak tot infectie. Roestvrij staal van de tweede generatie is austenitisch, maar het chroomgehalte is giftig en heeft enkele effecten op het lichaam.

Mechanische eigenschappen en ductiliteit zijn de eerste dingen waarmee rekening moet worden gehouden bij het maken van chirurgische instrumenten. Het metaal geeft prioriteit aan een specifieke flexibiliteit om de vereiste vorm bij te houden zonder in te boeten. Scalpels, pincetten en scharen zijn voorbeelden van chirurgische basisinstrumenten die lang en dun zijn. Het instrument heeft een bepaalde kracht nodig om veilig te kunnen werken. Ze moeten voldoende intens zijn en niet breken tijdens een medische procedure. Voor chirurgische instrumenten is de minimaal vereiste modulus 100 GPa. De modulus van titanium is 116 GPa.

Tijdens medische procedures worden instrumenten rechtstreeks gepresenteerd aan levend weefsel. Het is noodzakelijk om corrosieweerstand, biocompatibiliteit en magnetische eigenschappen te hebben. Titanium is niet giftig voor menselijk weefsel. Het zal geen ongevoelige reactie veroorzaken. De operatiekamer heeft af en toe te maken met magnetische velden. Röntgenstraling creëert bijvoorbeeld een aantrekkelijk veld van ongeveer 1,5 Tesla. Dit aantrekkelijke veld kan voorzichtige instrumenten op verschillende manieren beïnvloeden, waaronder: schadelijke beweging veroorzaakt door de interactie van magnetische velden (het raketeffect), instrumenthitte veroorzaakt door de afzetting van radiofrequentie (RF) vermogen en instrumentgerelateerde fotografie Titanium is onaantrekkelijk, betrouwbaar welzijn van activiteit. Omdat het niet-magnetisch is, elimineert het ook de mogelijkheid om kwetsbare elektronische implantaten te beschadigen.

Sterilisatie wordt uitgevoerd met behulp van een hete stoomspray bij een hoge temperatuur na de operatie. Verschillende reinigingsmiddelen worden gebruikt om microben en ziekten te reinigen. De grootte en de kwaliteit van het oppervlak van het instrument mogen niet veranderen na herhaalde reinigingen. Bovendien zou er weinig schade moeten zijn. Elke keer dat een chirurg een instrument gebruikt, moet het correct werken. De weerstand tegen corrosie van titanium en titaniumlegeringen is uitstekend. Last but not least maakt het lage gewicht van titanium het ideaal voor microchirurgie. De werktemperatuur kan variëren van 150 tot 500 graden Celsius. Chirurgische vermoeidheid kan worden verminderd door lichtgewicht chirurgische instrumenten te gebruiken, vooral bij langdurige procedures.

Medisch titanium en titaniumlegeringen zijn hoogwaardige metalen die veel worden gebruikt in medische apparatuur. Laserkathodes, tandartsboren en pincetten worden vaak gemaakt van titanium.

Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd. is een toonaangevende fabrikant en leverancier die geïndividualiseerde oplossingen biedt voor een breed scala aan toepassingen. We werken nauw met u samen in elke fase van het productieproces om ervoor te zorgen dat het eindproduct aan uw eisen voldoet. Neem contact met ons op of vraag direct een offerte aan voor meer informatie.

Referenties: 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/