سازگاری مواد تیتانیوم با انسان

به منظور مشاهده پاسخ یون‌های فلزی به سازگاری بدن انسان، در آزمایشگاه، سلول‌های فیبروبلاست ریه موش آزمایشگاهی چینی (سلول‌های V79) و موش ({1}}موش‌های روز پس از تولد) بافت سلولی فیبروبلاست (سلول‌های I929) ) و غیره، از سلول های حساس به یون های فلزی برای انجام روش های ارزیابی سازگاری سلول استفاده کنید. یونهای عنصر منفرد ارائه شده توسط آژانس مستقل اداری سازمان پایه فناوری ارزیابی محصول (کمیته فنی برای استانداردسازی ارزیابی بیولوژیکی تجهیزات پزشکی) در بدن انسان (بدن بیولوژیکی) موثر است. ) واکنش ها و به 3 گروه که در شکل 1 نشان داده شده است تقسیم می شوند.

سمی ترین آنها عبارتند از وانادیوم (V)، نیکل (نیکل)، مس (مس)، و غیره. هنگامی که عناصر فوق در قسمت در میلیون (×{{0}}) وجود داشته باشند، سلول ها در یک فاصله زمانی می میرند. مدت زمان کوتاهی. با در نظر گرفتن وانادیم (V) و نیکل (N) به عنوان مثال، نتایج تجربی در سلول های V79 در شکل 2 نشان داده شده است. نتایج آزمایش غوطه وری یک هفته ای نشان داد که اگر غلظت نیکل حدود 10×{5}} بود (یادداشت مترجم pm=قسمت در میلیون)، همه سلول‌ها می‌میرند. در مقایسه، محتوای وانادیوم (V) دو رقم کمتر در 0.6 در حدود ×10-6 بود به این معنی که همه سلول‌ها مرده‌اند. ثانیاً، زمانی که بافت‌های سخت (استخوان‌ها) و بافت‌های نرم (عضلات) حیوانات کوچک مانند موش‌ها و خرگوش‌ها برای آزمایش در ورقه‌های فلزی دفن شدند، باید این گونه باشد که این فلزات بسیار سمی با هر دو بافت سخت (استخوان‌ها) در تماس باشند. و بافت های نرم (ماهیچه ها). برخی باعث نکروز می شوند.

الف-رابطه بین انرژی تشکیل جمعیت سلولی V79 و غلظت یون نیکل (Ni).

ب-رابطه بین انرژی تشکیل جمعیت سلولی V79 و غلظت یون وانادیوم (V).

گروه دیگر نشان دهنده آسیب است. در حالت کاشته شده و چسبیده، یک واکنش بیولوژیکی روی بافت فیبری در محل تماسی که از بدن خارج می شود، تشکیل می شود. آهن، آلومینیوم، طلا، نقره و... همه این گونه رفتار می کنند. مواد فلزی عمومی مانند فولاد ضد زنگ SUS 304L، فولاد ضد زنگ SUS 36L و آلیاژهای کبالت کروم همگی متعلق به این نوع هستند. قطعه فلزی تعبیه شده در بافت سخت با سلول های استخوانی ترکیب نمی شود. زمانی که آزمایش استخراج چند هفته بعد انجام شد، به آرامی و بدون مقاومت بیرون کشیده شد.

گروه سوم باید کمترین واکنش را با موجودات زنده داشته باشند. در صورت کاشت یا چسباندن، تیتانیوم (Ti)، زیرکونیوم (Zr)، نیوبیم (Nb)، تانتالیم (Ta) و پلاتین (Pt) مناسب هستند. هنگامی که این فلزات کاشته می شوند یا به بدن متصل می شوند، از نزدیک با سلول ها و بافت های بافت های سخت و نرم ادغام می شوند و پدیده جسمانی شدن را نشان می دهند.

به این ترتیب تیتانیوم قطعا آسیب کمتری برای موجودات زنده دارد و فلزی بی خطر است. هنگام استفاده از آلیاژ تیتانیوم، بسته به عناصر آلیاژی مورد استفاده، مقاومت به خوردگی کمتر از تیتانیوم خالص است. هنگامی که خوردگی رخ می دهد، عناصر آن را می توان حل کرد. لازم است عناصر آلیاژی را انتخاب کنید که در برابر خوردگی و بدون آسیب باشند. در میان آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژ Ti-6AI-4V مدت‌هاست که در ساخت هواپیما و تجهیزات مهندسی مقاوم در برابر آب دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد و موارد استفاده زیادی دارد. در صنعت پزشکی، استفاده از آلیاژهای نوع ELI با مقاومت در برابر خوردگی عالی (میزان آهن، اکسیژن و هیدروژن کم) از دیرباز معرفی شده است. با این حال، در تحقیق و توسعه اخیر آلیاژهای تیتانیوم برای ایمپلنت ها و ضمیمه ها، بر اساس گزارشات مربوط به خواص آسیب تک واحد، آلیاژ Ti-13Nb-13Zr با جایگزینی وانادیوم استاندارد شده است. V) با نیوبیوم غیر زخمی (Nb). (ASTM، ISO). همچنین یک آلیاژ مطلوب وجود دارد که به طور فعال آلومینیوم را تخلیه می کند و در شرف راه اندازی است.

به عنوان استاندارد ASTM آمریکا (کد F) برای مصارف پزشکی، معادل استاندارد جهانی در اروپا است. استاندارد ISO و استاندارد ASTM ادغام و در یک استاندارد اروپایی ادغام شدند. ژاپن استانداردهای داخلی خود را مرتب می کند، استانداردهای مربوط به ASTM و ISO را اتخاذ می کند و شروع به تدوین استانداردهای مبتنی بر استانداردهای ISO می کند.

مواد تیتانیوم مندرج در استانداردهای ASTM مورد استفاده در ایمپلنت‌ها و ضمیمه‌های مفاصل زانو مصنوعی، مفاصل ران (از جمله سر استخوان ران) و غیره در جدول 1 با توجه به شکل آنها فهرست شده‌اند. برای مدت طولانی، تیتانیوم خالص و آلیاژهای Ti-6AI-4V، از جمله مواد پودری، به اجزا و قطعاتی با اشکال مختلف ساخته شده‌اند.

قطعاتی که مواد تیتانیوم در آنها کاربرد فراوان دارد، مفاصل مصنوعی فمور، مفاصل مصنوعی زانو، صفحات استخوانی و ... هستند که برای جراحی ارتوپدی مناسب هستند. تغییر شکل التهاب مفصل
روماتیسم [به معنی درد شدید در مفاصل و ماهیچه ها و همچنین یک بیماری آلرژیک است - یادداشت مترجم] و سایر علل درد شدید و در نتیجه مشکل در راه رفتن، بیماران مبتلا به این بیماری می توانند درد را به طور کامل از بین ببرند. و بتواند از طریق مفصل ران مصنوعی و جراحی تعویض مفصل زانو مصنوعی راه برود. در ژاپن، 80،{2}} جراحی تعویض مفصل ران مصنوعی و 40،{4}} جراحی تعویض مفصل زانو مصنوعی در یک سال انجام می‌شود (آمار 2005). در آینده با ورود جامعه ای که پیر می شود، می توان انتظار داشت که چه درصدی از نرخ رشد برای پاسخگویی به این تقاضا استفاده شود.

تیتانیوم برای تمام قطعات مفصل مصنوعی مناسب نیست. در قطعات مفصلی، قطعاتی که اغلب نوسان دارند مناسب نیستند زیرا تیتانیوم به راحتی پوشیده می شود (سرامیک و آلیاژ کبالت مناسب هستند) و برای قطعات کاشته شده باید از آلیاژهای تیتانیوم استفاده شود. برای ادغام سریع آن با استخوان بیولوژیکی، سطح آلیاژ تیتانیوم باید ناهموار ساخته شود و با سنسورهای استخوانی مانند آپاتیت (آپاتیت) و شیشه زیستی پوشانده شود. علاوه بر این، از میخ های داخل مدولاری آلیاژ تیتانیوم و صفحات آلیاژ تیتانیوم برای تثبیت شکستگی استفاده می شود. شکل 3 نمونه های مختلفی از کاشت و اتصال را نشان می دهد.

همچنین در زمینه دندانپزشکی با استفاده از ایمپلنت و لوازم جانبی روند رو به افزایشی وجود دارد. مقدار تیتانیوم استفاده شده کم است و از تیتانیوم خالص، آلیاژ تیتانیوم و آلیاژ حافظه شکل TiNi ساخته شده است. شکل های آن عبارتند از نوع صفحه، نوع نخ، نوع آستین و نوع سبد همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. این قطعات و اجزاء مستقیماً به داخل استخوان فک هدایت می شوند تا روی قسمت لثه کاشته شده ثابت شوند و با آپاتیت پوشانده می شوند که نشان دهنده ترکیب استخوانی است. به طور کلی تیتانیوم برای ایمپلنت های فلزی در دندان بسیار مناسب است. دو روش وجود دارد: ریخته گری دقیق و شکل دهی فوق پلاستیک. در مقایسه با استفاده قبلی از آلیاژهای کبالت و کروم، وزن آن سبک تر است و باعث تغییر بو در غذاهای اسیدی نمی شود. از آنجایی که استفاده از مواد تیتانیوم خارج از محدوده تشخیص و درمان بیمه درمانی است، قیمت آن بسیار گران است.

به عنوان یک ایمپلنت (دفن شده) یا لوازم جانبی برای داروهای داخلی، هنگامی که یک بیمار از ضربان قلب پایین رنج می‌برد، یک ضربان ساز (پیس میکر{0}}یک دستگاه انقباض خودکار بطنی) می‌تواند برای تحریک قلب کاشته شود (دفن شود). دستگاهی که تعداد طبیعی ضربان قلب را تضمین می کند - یادداشت مترجم). یک سیم الکترود از ورید ساب ترقوه تا قلب تعبیه شده است. این الکترود سیگنال های الکترونیکی را به پیس میکر وارد می کند که به ضربان ساز تبدیل می شود. اخیراً محصول ضربان ساز دارای جرم 20 گرم و ضخامت 6 میلی متر است. آنقدر کوچک است که با سیم های الکترود متصل شده و زیر پوست جاسازی می شود. باتری و مدار کنترل در یک محفظه کوچک (جعبه) بسته بندی می شوند که یک محصول تیتانیوم خالص است که برای موجودات زنده مضر نیست. عمر باتری باید حداقل 6 سال حفظ شود، بنابراین این ظرف کوچک (جعبه) برای پایداری و ایمنی طولانی مدت لازم است. در حال حاضر، نزدیک به 5،000 نفر در ژاپن سود برده اند.

نتایج درمان تیتانیوم را می توان در ابزارهای جراحی نیز مشاهده کرد. مخصوصاً در جراحی مغز و اعصاب طولانی مدت بیش از 10 ساعت، فورسپس نیز باید سبک باشد و پنس هموستاتیک و سایر فورسپس های هموستاتیک باید از تیتانیوم ساخته شوند. بسیاری از تجهیزات درمان دندان، مانند ایمپلنت، ابزار جراحی برای چسباندن، و ویبراتور برای از بین بردن تارتار، از تیتانیوم ساخته شده‌اند. علاوه بر ایمپلنت ها (دفن) و ضمیمه ها، تجهیزات کمکی و ویلچر نیز از تیتانیوم ساخته می شوند. هنگامی که بخشی از اندام به دلیل بیماری یا تصادف از بین رفته است، برای بازیابی عملکرد باید یک اندام مصنوعی ساخته شود. از آنجایی که قسمت اصلی از فلز ساخته شده است، باید سبک، بادوام (عمدتاً مقاومت در برابر خوردگی و آسیب خستگی) و از نظر سازگاری بیولوژیکی (Ni، Cr و ...) در حال اجرا باشد. در مورد ویلچر، هدف اصلی کاهش وزن کل ویلچر است، بنابراین برخی تقریباً در تمام قطعات فلزی مانند قاب و چرخ از تیتانیوم استفاده می کنند.