Починаючи з 1940-х років, багато вчених вивчали продуктивність біопродуктивності титану. Дослідження охоплюють кілька дисциплін, таких як фізична, хімічна, біомедична та вдосконалена електронна мікроскопія та біохімічний аналіз. Забезпечення наявності хорошої біосумісності, механічної сумісності та відповідних критеріїв для титанових імплантатів, таких як методологія та розробка хірургічних імплантатів, має вирішальне значення. Тепер буде представлено короткий опис досліджень, пов’язаних із застосуванням твердої тканини до пухлинної тканини.
1 Біологічні властивості матеріалів, які зазвичай використовуються для краніальних титанових сплавів. Цвяхи для труб із чистого титану
1.1 Біосумісність титанових сплавів медичного призначення
Різні фіз.-хім. після взаємодії титанових сплавів з тілом людини. Біоелектричні та інші реакції або толерантність, такі як цитотоксичність, генотоксичність, корозія, гемоліз, алергія тощо. Титанові сплави мають хорошу біосумісність, вони міцніші за нержавіючу сталь і сплави на основі кобальту. Мікроструктура титанових сплавів класифікується на (наприклад, чисті титанові системи), + двофазні гібриди (наприклад, G., Ti6al4V тощо) або титанові сплави -типу. або титанові сплави типу. Під час проектування мікроструктури та вибору дизайну матеріалу з медичного титанового сплаву різні компоненти сплаву не повинні мати побічних реакцій. Перше покоління Ti-6AL-4V (TC4) є типовим + двофазним високотемпературним титановим сплавом. Однак цей сплав містить v, що є токсичним побічним ефектом для живих організмів, і клінічні застосування показали, що біотоксичність v повинна перевищувати біотоксичність Ni та Cr. Друге покоління — це титанові сплави типу + Ti-6a1-7nB і Ti-5a1-2, FE, Nb.5FE розроблено в Швейцарії та Німеччині, і включено в міжнародний стандарт біоматеріалів.
Використання медичного титанового сплаву бета-типу TI-13N-13ZR низькорослих щурів третього покоління, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF ), TI-29NB-13TA-4. 6ZR (TNTZ) є глобальною гарячою точкою досліджень медичних титанових сплавів і основним напрямком допомоги. TI-13NB-13ZR був розроблений у 1994 році, перший офіційно включений до міжнародного стандарту TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) був використаний у 2000 році та використовувався у виробництві тазостегнових суглобів. Ці нові бета-титанові сплави мають відносно низький модуль пружності. Важливо мати хорошу біосумісність, щоб запобігти щільності кісткової тканини та зменшити ймовірність зниження руйнування імплантату. Фактори, що впливають на біосумісність, включають тип речовини імплантату, морфологію та морфологію поверхні пристрою, роботу, фізико-хімічні та механічні властивості. Щоб
змінювати характеристики та біологічні властивості біоматеріалів, застосування різних методів обробки дозволяє контролювати більш широкий спектр мікроструктурних форм. Біосумісність і остеогенні властивості можуть бути додатково покращені. Традиційні методи обробки можна умовно класифікувати як механічні, фізичні, хімічні та електрохімічні. До них відноситься використання титану та титанових сплавів, оброблених піскоструминною обробкою, плазмова суспензія титану, покриття з гідроксиапатиту, мікродугове окислення, травлення кислотою або піскоструминне травлення, що може сприяти утворенню поверхневої дегідратації кістки, скорочувати процес загоєння кістки та полегшувати збірку нової кісткової тканини для формування механічної збірки. Таким чином підвищується міцність імплантату і кісткової тканини.
1.2 Біомеханічна сумісність матеріалів із медичних титанових сплавів
Замінники кісток і суглобів піддаються різноманітним згинанням, стисканням, розтягуванням, зсувам та іншим біомеханічним впливам. Таким чином, механічні властивості імплантатів є дуже вимогливими. Механічні властивості визначають спосіб вибору металевого матеріалу для конкретного застосування; найважливішими властивостями є твердість, межа міцності, модуль пружності, стійкість до стирання, втомна властивість і подовження. Якщо кістковий імплантат недостатньо міцний або якщо механічні властивості кістки та імплантату не збігаються, це називається біомеханічною несумісністю. Зазвичай досліджуються два підходи до титанових сплавів, щоб зменшити або усунути оклюзію напруги. Отримання хорошої біомеханічної сумісності: новий тип медичного титанового сплаву, який знижує модуль пружності титанових сплавів і покращує біоактивність титанових сплавів. -типу (містять Al і O, n газоподібні елементи), -типу (містять Mo, NB, винний камінь, v та ін.). Мікроструктури -типу (містять Al і O, n-газоподібні елементи), -типу (містять Mo, NB, Ta, v тощо) і + -мікроструктури трьох типів титанових сплавів. Різна обробка сплавів контролює належне співвідношення та розподіл - та -фаз для формування різних структур для покращення їхніх механічних властивостей.
За індивідуальними механічними показниками титанових сплавів небажано визначати, чи є небажана біомеханічна сумісність. При підвищенні міцності титанового сплаву його металевий модуль пружності, твердість/зносостійкість, втомна міцність підвищаться, а пластичність зменшиться. Вищевказане протиріччя змушує деякі механічні властивості матеріалу гарантувати відповідність інших механічних властивостей застосування. елемент EG, al, V дуже ефективний для міцності титанових сплавів. Однак пластична в'язкість матеріалу знижується. Крім того, покращується модуль пружності. Тому слід уникати медичних титанових сплавів або додавати їх у невеликих кількостях. Однак такі елементи, як zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn, можуть зміцнювати титан з незначним впливом на пластичну міцність. У той же час це сприяє зниженню модуля пружності титанових сплавів. Його можна додати. Його можна змінити на структуру внутрішньої порожнини ремонту, щоб підготувати пористий титан для зменшення модуля пружності або жорсткості. Ti{0}}a1-4V сплави, введені як розгалужені поверхні, використовуються для виготовлення медичних виробів. Однак щільний Ti6-Al4-V має модуль пружності 110 ГПа, а природна кортикальна кістка — від 0,5 до 20 ГПа.
З точки зору біомеханічної сумісності, велика кількість клінічних досліджень продемонструвала погану сумісність матеріалів звичайних металевих імплантатів. Спостерігається невідповідність механічних властивостей кісткової тканини і слабке міжфазне поєднання із замісною твердою тканиною. Нарешті, ослаблення імплантату або аутологічний перелом. Застосування нових технологій імплантації, таких як титанові сплави з тривимірною пористою структурою, покращує наявність отворів у роботі імплантату.
(1) Щільність, силу та модуль пружності металевих імплантатів можна регулювати відповідно до розмірів пор і пористості для досягнення механічної сумісності. Уникнення кістки навколо імплантату зменшує нові деформації кістки та її несучу здатність.
(2) Тривимірна проникаюча сітчаста структура та шорстка внутрішня та зовнішня поверхні сприяють остеобластам із сильними адгезивними властивостями, які відрізняються проліферативним потенціалом їхніх поверхонь. Можна сформувати вертикальне загоєння кістки, покращуючи біологічну фіксацію імплантату та кістки. Крім зазначеного вище складу, структура може впливати на властивості матеріалу, а виробництво та обробка титанових сплавів також може модулювати механічні властивості та стійкість до корозії матеріалу у відносно широкому діапазоні.
2 Властивості черепно-лицевих титанових сплавів для персоналізованої обробки імплантів
Титанові сплави мають відмінні властивості і тому вимагають різноманітних методів формування для обробки конкретних форм, які відповідають вимогам. Медичні імплантати з титанового сплаву у формі лижі можуть бути виготовлені за допомогою процесів прецизійного кування, процесів прокатки профілю, процесів точного лиття під вакуумом. Термоелектричні та інші гідростатичні преси дозволяють усунути внутрішню нещільність виливка зі сплаву. Має покращені властивості сплаву. Через складність структури черепа проектування та виготовлення складчастих вогнетривких дефектів було складним за допомогою систем автоматизованого проектування (CAD), автоматизованого чисельного моделювання (CAE), методів адитивного виробництва для підготовки (AM: AdditiveManufacure), і т.д. Проектування та виготовлення вогнетривких дефектів було складним за допомогою автоматизованого проектування (CAD), автоматизованого чисельного моделювання (CAE), адитивних методів виробництва для підготовки вогнетривких дефектів. Він забезпечує точний контроль остаточного відновлення, використовуючи складну форму та внутрішню структуру скелета черепа.
Технології швидкого 3D-друку на основі електронного променя або лазера можуть бути розроблені для безпосереднього отримання 3D-мезопористих титанових імплантатів з різними внутрішніми просторовими структурами та різною пористістю на основі будь-якої складної конструкції 3D-моделі CAD. Біологічна шорсткість поверхні є більш розумною, а процес більш надійним. І їх можна підготувати шляхом точного проектування комірок сітки та розмірів сітки для підготовки, просторового розподілу, форми тощо, регулюючи їхні механічні властивості. І більше, регулюючи їх механічні властивості. Відповідність механічним властивостям твердих тканин людини дозволяє персоналізувати виробництво. Додаткова технологія виробництва, також відома як технологія 3D-друку. Застосування включають методи 3D-друку на металі з основною метою підготовки персоналізованих імплантатів для реконструкції дефектів внутрішньоочеревинного простору різного ступеня, наприклад, реконструкції дефектів нижньої щелепи. Технології 3D-друку на металі для прямого виготовлення титанових імплантатів в основному: ebm (електронне світло, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) тощо. Ці два методи викликали великий інтерес і використовувалися протягом тривалого часу в галузі виробництва титанових імплантатів. Ці два методи привернули велику увагу, оскільки вони забезпечують точний контроль внутрішньої структури пор і складних форм. 3D-друк для виготовлення титанових сплавів технічно складний через відносно високу температуру плавлення металу. Він включає в себе різноманітні фізичні процеси, такі як перехід фази тверда речовина в рідину, поверхнева дифузія та теплопровідність. Питання, які слід розглянути, включають, чи добре організований титановий сплав після кристалізації, чи є весь зразок однорідним, а також розмір внутрішніх домішок і отворів, наприклад. Крім того, швидке нагрівання та охолодження також призведе до збільшення залишкових напруг у випробовуваному зразку.
Технологія плавлення електронних променів була розроблена в середині-1990 минулого століття шляхом розробки джерела енергії для електронних променів. Вибираючи металевий порошок і розплавляючи його, комп’ютерна система контролює плавлення та проекцію електронів. Весь процес здійснюється у вакуумному середовищі. Під час підготовки сплав Ti-6Al-4V підтримувався при 626?700 градусах. Сплав має кращу мікроструктуру та відповідність механічних властивостей. Він має такі переваги: більш висока температура зберігає готовий сплав у відновленому стані. Усуваються залишкові напруги в деталі; Забезпечується однорідність мікроструктури сплаву; Склад сплаву деталі є чистим, знижуючи вміст кисню; Зниження утворення мартенситних фаз.
Сплав Ti-6Al-4V був виготовлений Аль-Бермані, Блекмором та іншими у Великобританії за допомогою машини Arcams12 EBM. Поглиблено досліджено мікроструктуру, текстуру та механічні властивості сплаву. Американський вчений БАСС досліджував мікроструктуру і механічні властивості сплавів, отриманих методом EBM. Відзначається, що сплав має хороші механічні властивості. Властивості сплавів, отриманих цим методом, можна порівняти зі звичайними методами приготування сплавів. Вчені Койке та Джоші, Сполучені Штати, використовують обладнання Arcama2 EBM для зубних імплантатів TI-6AL-4Veli alloy, сплав має бути здатним до випробувань і випробувань на втому. Murr та ін. США. Вивчити організацію та механічні властивості сплаву Ti-6Al-4V методом EBM та порівняти його з деформованим сплавом Ti-6AL-4V. Це дослідження показує сплав Ti-6Al-4V методом EBM, який має міцність і пластичність деформованого сплаву. Він також підходить для виготовлення медичних імплантатів.
Інший національний і міжнародний вчений провів випробування ефективності стиснення та випробування на втому пористого сплаву TI-6AL-4V за методом EBM. Першим клінічним випадком EBM, виготовленого EBM, була успішна імплантація 83-річного жіночого імплантату в 2011 році. Більшість нестандартних титанових імплантатів обробляють, знаходять, кують і завершують іншими підготовчими процесами. пряме виготовлення металу, наприклад, EBM є кращим за ці методи, оскільки він не тільки змінює топографію поверхні імплантату, але також дозволяє виготовляти конкретні форми та структури імплантатів на основі файлів автоматизованого проектування. використання виготовлених EBM імплантатів як альтернативи звичайному фрезеруванню та керуванню обговорюється в Cronskr та інших дослідженнях. Обговорюється економічна доцільність.
Вибір технології лазерного плавлення — це технологія, яка повністю розплавляє металеві порошки під термічним впливом лазерного променя в 1995 році. Технологію SLM підтверджено для успішного застосування у виробництві біомедичних титанових сплавів. За запитом можна формувати фізичні матеріали та пористі матеріали з контрольованою пористістю та відповідною міцністю на стиск. Зброя масового знищення, Німеччина тощо. Типові методи, такі як MTT, Brdu та WST, використовувалися для перевірки впливу розміру пор SLM на його біосумісність і компресійні властивості при формуванні каркасів Ti-6Al-4V.
3.Підведення підсумків
В якості хірургічних імплантатів необхідно імплантувати матеріали з титанового сплаву з хорошою біосумісністю і механічною сумісністю в довготривалому фізіологічному кільці. Забезпечення довгострокової фізичної безпеки та стабільності з терапевтичними перевагами є важливим фактором. На додаток до необхідності ретельного проектування та вибору сплавів без негативних наслідків, забезпечується якість металургії та обробки матеріалу, а також контроль його внутрішньої мікроструктури, мікроструктури та покращення стану поверхні матеріалу для оптимізації обробки. також важливий технологічний інструмент.
