Sammanfattning: Med den kraftiga utvecklingen och de stora genombrotten inom biotekniken växer efterfrågan på biomedicinska titanlegeringar snabbt. På grund av patogeniteten hos V och Al i de allmänt använda medicinska titanlegeringarna som TC4 och TC4ELI har forskning och utveckling av nya medicinska titanlegeringar stor praktisk betydelse och breda marknadsutsikter i mitt land. Denna artikel beskriver kortfattat klassificering, grundläggande egenskaper och tillämpningsgrund för biomedicinska titanlegeringar; påpekar dess utvecklingstendens inom det medicinska området. och sammanfattar de grundläggande bearbetnings- och beredningsmetoderna och metoderna för utvärdering av prestanda för nya ß -titanlegeringar.
Nyckelord: medicinsk titanlegering; utveckling; forskningsframsteg; bearbetning
Biomedicinskt titanlegeringsmaterial hänvisar specifikt till en klass av funktionella konstruktionsmaterial som används inom biomedicinsk teknik, specifikt avser tillverkning och tillverkning av kirurgiska implantat och ortopediska anordningar [1]. Tillverkning och beredning av bearbetningsmaterial av titanlegering omfattar metallurgi, tryckbearbetning, kompositmaterial och kemikalier och är erkänt som en högteknologisk produkt i världen. Titan- och titanlegeringar har gradvis kommit in på civil konsumtion från flyg-, luftfarts-, försvars- och militärindustrin [2]. Produkter som implantat och medicinsk utrustning inom medicin- och hälsoindustrin; titangolfklubbor i sport- och fritidsindustrin, glasögonramar av titan, titanklockor, titancyklar och andra produkter efterfrågas alltmer av titanbearbetade material. Med den kraftiga utvecklingen och de stora genombrotten inom biotekniken kommer industrin för biomedicinska metallmaterial och deras produkter att utvecklas till en pelarindustri för världsekonomin [3]. Bland dem är titan och dess legeringar beroende av utmärkta omfattande egenskaper som låg vikt, låg elastisk modul, giftfri, icke-magnetisk, korrosionsbeständighet, hög hållfasthet och god seghet. Under de senaste åren har efterfrågan på titan och dess legeringar också ökat snabbt och stadigt [4]. Samtidigt som titanlegeringar börjar komma in i plastikkirurgi och andra områden, dyker nya potentiella marknadskrav upp, och marknaden för titanlegeringar kommer att se snabbare tillväxt i framtiden.
1 Forskningsframsteg för medicinska titanlegeringar
1.1 Klassificering av medicinska titanlegeringar
Titanlegeringar kan delas in i tre typer beroende på typen av materialmikrostruktur: α-typ, α + β-typ och β-typ titanlegering.
1.2 Utvecklingstrenden för medicinska titanlegeringar
Enligt litteraturundersökning [8-14] är relevanta forskare hemma och utomlands överens om att utvecklingen av medicinska titanlegeringar har gått igenom tre ikoniska stadier. Det första steget representeras av rent titan och Ti-6Al-4V-legering; Det andra steget är en ny typ av α + β-legering representerad av Ti-5A1-2.5Fe och Ti-6A1-7Nb; det tredje steget är främst att utveckla och utveckla β-titan med bättre biokompatibilitet och lägre elastisk modul Legeringens stadium. Det ideala biomedicinska titanlegeringsmaterialet [15] måste uppfylla följande villkor: god biokompatibilitet, låg elasticitetsmodul, låg densitet, god korrosionshämmande prestanda, giftfri, hög sträckgräns, lång utmattningstid och hög temperatur vid rumstemperatur . Stor plasticitet, lätt formning, lätt gjutning, etc. För närvarande är de viktiga legeringarna som har använts i stor utsträckning i implantatmaterial Ti-6A1-4V och Ti-6A1-4VELI. Det har rapporterats i litteraturen [16-19] att V-element kan orsaka maligna vävnadsreaktioner och kan ha toxiska biverkningar på människokroppen, medan Al kan orsaka osteoporos och psykiska störningar; för att lösa detta problem, är nuvarande biomaterialforskare engagerade i att utforska Innan man undersöker nya biomedicinska titanlegeringsmaterial som inte innehåller V och Al, är det nödvändigt att ta reda på vilka legeringselement som är lämpliga för tillsatser som är giftfria och överensstämmer med principen om biokompatibilitet. Studier [20-23] fann att ß-titanlegeringar som innehåller molybden, niob, tantal, zirkonium och andra giftfria element innehåller ett högre innehåll av β-stabiliserande element och har en lägre elasticitetsmodul jämfört med α + β titanlegeringar (E=55 ~ 80GPa) och bättre skjuvprestanda och seghet, mer lämplig för implantation i människokroppen som ett implantat.
2 Tillämpning av titanlegering
2.1 Medicinsk grund för titanlegering
De främsta fördelarna med att använda titan- och titanlegeringar som humana implantat är: (1) Densitet (20 ° C)=4,5 g/cm3, lätt. Implanterad i människokroppen: minska belastningen på människokroppen, som en medicinsk utrustning: minska den operativa belastningen av medicinsk personal. (2) Elasticitetsmodulen är låg och rent titan är 108500MPa. Det är implanterat i människokroppen: det är närmare människokroppens naturliga ben, vilket bidrar till benförbindelse och minskar benets stressskyddande effekt på implantatet. (3) Omagnetiskt, påverkas inte av elektromagnetiska fält och åskväder, vilket är till nytta för människokroppens säkerhet efter användning. (4) Giftfritt, som implantat, har det inga toxiska effekter och biverkningar för människokroppen. (5) Korrosionsbeständighet (biologiskt inert metallmaterial). Den har utmärkt korrosionsbeständighet i nedsänkt miljö av mänskligt blod, vilket säkerställer god kompatibilitet med mänskligt blod och cellvävnad och orsakar inte människokroppsföroreningar som ett implantat. Allergiska reaktioner kommer att inträffa, vilket är grundförutsättningen för applicering av titan och titanlegeringar. (6) Hög hållfasthet och bra seghet. Skador på ben och leder orsakade av trauma, tumörer och andra faktorer. För att upprätta en stabil benställning, är det nödvändigt att använda böjda plattor, skruvar, konstgjorda ben och leder etc., och dessa implantat bör stå kvar länge. Människokroppen utsätts för böjning, vridning, klämning och muskelkontraktionskrafter hos människokroppen, vilket kräver att implantatet har hög styrka och seghet.
2.2 Det medicinska området och ortopedi inom titanlegering
Marknadssituation Med utvecklingen av titanlegeringar, ökningen av titanmaterialen och prissänkningarna har tillämpningen av titan i den civila industrin ökat exponentiellt. CFDA delar in medicinsk utrustning i tre nivåer beroende på deras säkerhet från hög till låg och övervakas och hanteras av tre regeringsnivåer. Materialimplantat av titan och titanlegering tillhör den tredje kategorin av medicintekniska produkter och är förbrukningsvaror av högt värde. . Delsektorerna som står för mer än 5% av marknadssegmentet inkluderar in vitro-diagnostik, kardiologi, bilddiagnostik, ortopedi, oftalmologi och plastikkirurgi. Bland dem är in vitro-diagnostik, ortopedi och hjärtintervention de snabbast växande högvärdiga förbrukningsvarorna i Kina. Tillämpningen av biomedicinsk titan och dess legeringsmaterial har gått igenom tre ikoniska stadier [27]: I början av 1950 -talet, först i Storbritannien och USA, användes kommersiellt rent titan för att göra benplattor, skruvar, intramedullära spik och höft lederna. . Det schweiziska företaget Mathys använder också Ti-6A1-7Nb-legering för att tillverka icke-reamed sammanlänkade intramedullära spiksystem (inklusive tibia, humerus och lårben) och ihåliga skruvar för behandling av lårbenshalsfrakturer. Porösa bioaktiva material från Ni-Ti (PNT) för tillverkning av livmoderhals- och ländryggsfusionsburar (bur) Det kanadensiska BIORTHEX-företaget utvecklade användningen av poröst Ni-Ti-legerat patenterat material ACTIPORE för att tillverka livmoderhals- och ländryggsfusionsburar för behandling av ortopedisk ryggrad skador. Den nya ß-titanlegeringen är ett avancerat material för ortopedi, tandvård och kärlintervention, som står för 9% av den globala marknadsandelen för medicintekniska produkter och fortfarande växer snabbt. Marknaden för ortopedisk medicinsk utrustning är huvudsakligen indelad i fyra områden: trauma, leder, ryggrad och andra. Bland dem är trauma för närvarande den enda underavdelningen som inte upptas av utländska företag. Den främsta orsaken är att produkterna inom detta område är låga i teknik, lätta att efterlikna och mindre svåra att använda. Många sekundära och tertiära sjukhus kan utföra det, och utländska företag kan inte helt täcka det. . Traumaprodukter kan delas in i intern fixering och extern fixeringsenhet. Interna fixerings trauma produkter inkluderar intramedullära spikar, benplattor och skruvar. År 2012 stod den inhemska ortopedmarknaden för 34% av trauma, 28% av lederna, 20% av ryggraden och andra. 18%. Stora leder är avancerade medicintekniska produkter med höga tekniska hinder. För närvarande importerar vanliga sjukhus främst ortopediska material. Det finns fortfarande ett gap mellan inhemska och importerade produkter när det gäller teknik, design, forskning och utveckling, material och ytbehandlingsprocesser. . Konstgjorda leder är huvudsakligen uppdelade i konstgjorda knän, höfter, armbågar, axlar, fingrar, tår, etc. De viktigaste ledersättningarna inkluderar höft- och knäleder, som tillsammans överstiger 95% av den globala ledersättningsmarknaden. Spinalimplantatanordningar inkluderar thoracolumbar spine plate system, cervical ryggrad plate system och fusion bur system, bland vilka intervertebral fusion bur system huvudsakligen används för behandling av intervertebral skiva byte, och det är också det viktigaste segmentet, som står för ungefär hela ryggrad implantat marknaden hälften av det.
3 Slutsats
Titanlegeringens överlägsna prestanda har uppnått sin ledande position inom det medicinska området. Materialdesign och förberedelsesteknik för titanlegering har utvecklats snabbt med bioteknikens genombrott och den enorma efterfrågan på medicinska tillämpningar. De medicinska titanlegeringar som för närvarande produceras är huvudsakligen α + β -typlegeringar. Ur förberedelseprocessens perspektiv upptar för närvarande produktionen av TC4 (TC4ELI) en stor marknadsandel. Titanlegering av β-typ har vissa fördelar när det gäller biokompatibilitet och mekanisk kompatibilitet, så det har blivit en forsknings hotspot för nya medicinska titanlegeringar och är den mest lovande tekniken inom medicinska implantat. I framtiden bör produktionstekniken för titanlegeringar utvecklas i riktning mot låg modul, hög hållfasthet, god biokompatibilitet och mekanisk kompatibilitet. Ur utvecklingstrendernas perspektiv kommer titanlegeringar av β-typ att bli riktningen för framtida utveckling och mainstream för den medicinska titanlegeringsmarknaden.
