ไทเทเนียมทางการแพทย์

วัสดุโลหะทางการแพทย์หรือที่เรียกว่าวัสดุโลหะเทียมที่ใช้ในการผ่าตัด ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวินิจฉัย การรักษา และการเปลี่ยนหรือเสริมเนื้อเยื่อของมนุษย์ ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา แม้ว่าการพัฒนาวัสดุทางการแพทย์ที่เป็นโลหะจะค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับวัสดุชีวการแพทย์ เช่น วัสดุโพลีเมอร์ วัสดุคอมโพสิต วัสดุไฮบริดและอนุพันธ์ แต่ก็มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวที่ดี ทนต่อความล้าจากการดัดงอ และการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม ผลงาน. มีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมซึ่งไม่สามารถทดแทนด้วยวัสดุทางการแพทย์ประเภทอื่นๆ ได้มากมาย และเป็นวัสดุปลูกถ่ายแบบรับน้ำหนักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางคลินิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ วัสดุทางการแพทย์ที่เป็นโลหะจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น การใช้งานที่สำคัญที่สุด ได้แก่ แผ่นยึดกระดูกหัก สกรู ข้อต่อเทียม และรากฟันเทียม

โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์

โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์ (วัสดุชีวการแพทย์โลหะผสมไทเทเนียม) เป็นหนึ่งในโลหะที่เข้ากันได้ทางชีวภาพมากที่สุดที่รู้จักจนถึงตอนนี้ นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 1940 เป็นต้นมา โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมได้ถูกนำมาใช้ในการแพทย์ทางคลินิกอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในปี 1951 มนุษย์เริ่มใช้ไทเทเนียมบริสุทธิ์เพื่อผลิตแผ่นกระดูกและสกรูยึดกระดูก ในช่วงกลาง-1970 โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมเริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ และกลายเป็นหนึ่งในวัสดุทางการแพทย์ที่มีแนวโน้มมากที่สุด ในปัจจุบัน โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมส่วนใหญ่จะใช้ในศัลยกรรมกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการฟื้นฟูกระดูกแขนขาและกะโหลกศีรษะ สำหรับการผลิตอุปกรณ์ตรึงภายในที่แตกหักต่างๆ ข้อต่อเทียม กะโหลกศีรษะ และเยื่อดูรา (รูปที่ 1) ลิ้นหัวใจเทียม ฟัน เหงือก เหล็กยึด ฯลฯ เบ้าและครอบฟัน โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ GR5 (Ti-6A1-4V) โลหะผสมมีโครงสร้างผสมสองเฟส 10 เบต้าที่อุณหภูมิห้อง และความแข็งแรงและคุณสมบัติเชิงกลอื่นๆ สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญโดยการบำบัดด้วยสารละลายและการบำบัดความชรา

รูปที่ 1 กะโหลกศีรษะโลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์ รูปร่างทางการแพทย์ การใส่ขดลวดโลหะผสมหัวใจและหลอดเลือด

ความหนาแน่นของโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 4.5g/cm3 ซึ่งเกือบครึ่งหนึ่งของโลหะผสมสแตนเลสและโคบอลต์ ความหนาแน่นใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อแข็งของมนุษย์ และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานความล้าได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะผสมโคบอลต์ เป็นวัสดุทางการแพทย์ที่เป็นโลหะที่ดีที่สุดในปัจจุบัน ความสัมพันธ์ระหว่างโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมกับร่างกายมนุษย์เกิดจากการที่ฟิล์มทู่ไทเทเนียมออกไซด์ (TiO2) ที่มีความหนาแน่นบนพื้นผิวสามารถกระตุ้นให้เกิดการสะสมของแคลเซียมและฟอสฟอรัสไอออนในของเหลวในร่างกายเพื่อสร้างอะพาไทต์ ซึ่งแสดงกิจกรรมทางชีวภาพบางอย่างและการรวมตัวของกระดูก ความสามารถ. แข็งแรง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการฝังในกระดูก ข้อเสียของโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมคือความแข็งต่ำและความต้านทานการสึกหรอต่ำ หากการสึกหรอเกิดขึ้น ขั้นแรกจะนำไปสู่การทำลายฟิล์มออกไซด์ และจากนั้นผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนของอนุภาคการสึกหรอจะเข้าสู่เนื้อเยื่อของมนุษย์ โดยเฉพาะวานาเดียมที่เป็นพิษ (V) ที่มีอยู่ใน Ti-6A{{ 5}}โลหะผสมวีจะนำไปสู่ความล้มเหลวของการปลูกถ่าย เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม พื้นผิวของผลิตภัณฑ์โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมสามารถบำบัดได้ด้วยเทคโนโลยีแอมโมเนียไอออนอุณหภูมิสูงหรือเทคโนโลยีการฝังไอออนเพื่อเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมใหม่ๆ (ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมประเภทต่างๆ) โดยทั้งหมดมุ่งเน้นไปที่การลด V, Al และองค์ประกอบอื่นๆ ที่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ และปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพของโลหะผสมไทเทเนียมอย่างมีประสิทธิภาพ