Biomedicinski materijali od legure titana odnose se na vrstu funkcionalnih strukturnih materijala koji se koriste u biomedicinskom inženjerstvu, posebno za proizvodnju i proizvodnju hirurških implantata i ortopedskih instrumenata [1]. Proizvodnja i priprema materijala za obradu legura titanijuma obuhvata oblasti metalurgije, obrade pod pritiskom, kompozitnih materijala i hemijske industrije. U svijetu je prepoznat kao visokotehnološki-proizvod. Titanijum i legure titana postepeno su ušle u oblast civilne potrošnje iz oblasti vazduhoplovstva, vazduhoplovstva, nacionalne odbrane i vojne industrije [2]. Kao što su implantati i medicinski uređaji u medicinskoj i zdravstvenoj industriji; Povećava se potražnja za materijalima za obradu titanijuma za palice za golf od titanijuma, okvire za naočare od titanijuma, satove od titanijuma, bicikle od titanijuma i druge proizvode u industriji sportske zabave. Snažnim razvojem i velikim prodorom biotehnologije, industrija biomedicinskih metalnih materijala i njihovih proizvoda će se razviti u stub industrije svjetske ekonomije [3]. Među njima, potražnja za titanom i njegovim legurama također je brzo i stalno rasla posljednjih godina zbog njihovih odličnih sveobuhvatnih svojstava kao što su mala težina, nizak modul elastičnosti, ne-toksičnost i nemagnetnost, otpornost na koroziju, visoka čvrstoća i dobra žilavost [4]. Istovremeno, kako legura titanijuma počinje da ulazi u plastičnu hirurgiju i druga polja, pojavljuje se nova potencijalna potražnja na tržištu, a tržište legura titanijuma će rasti brže u budućnosti.
Napredak istraživanja medicinske legure titanijuma
1.1 klasifikacija medicinskih legura titanijuma
Titanijumske legure se mogu podeliti na: Tip, + Tip i Tip 3 legura titana.
1.2 trend razvoja medicinske titanijumske legure
Kroz istraživanje literature [8-14], otkriveno je da se relevantni naučnici u zemlji i inostranstvu slažu da je razvoj medicinske legure titanijuma prošao tri značajne faze. Prva faza je predstavljena čistim titanijumom i legurom Ti-6Al-4V; Druga faza je nova faza koju predstavljaju ti-5a1-2.5fe i ti-6a1-7nb + legura tipa; Treća faza je uglavnom razvoj i razvoj bolje biokompatibilnosti i nižeg modula elastičnosti - faza legure titana. Idealan biomedicinski materijal od legure titanijuma [15] mora ispunjavati sledeće uslove: dobru biokompatibilnost, nizak modul elastičnosti, nisku gustinu, dobre antikorozivne performanse, netoksičan, visoku granicu tečenja, dug životni vek zamora, veliku plastičnost na sobnoj temperaturi, lako se formira, lako se izliva, itd. Trenutno su važne legure koje se široko koriste u materijalima Ti-6V i Ti-6A-16. Izvještava se da [16-19] V element može izazvati malignu reakciju tkiva i može imati toksične i nuspojave na ljudski organizam, dok Al može uzrokovati osteoporozu, mentalne poremećaje i druge bolesti; Kako bi riješili ovaj problem, biomaterijalisti su posvećeni istraživanju i proučavanju novih biomedicinskih materijala od legure titana bez V i al. Prije toga, potrebno je saznati koji su legirani elementi pogodni za dodavanje, koji su netoksični i u skladu s principom biokompatibilnosti. Neke studije [20-23] otkrile su da sadrži netoksične elemente kao što su molibden, niobij, tantal i cirkonijum. Titanijumska legura sadrži visok sadržaj stabilnih elemenata, i + U poređenju sa legurom titana tipa I, ima niži modul elastičnosti (E=55 ~ 80gpa), bolju elastičnost, bolje smicanje i svojstva u ljudskom tijelu.
2 Primjena legure titanijuma
2.1 medicinska osnova legure titana
Prednosti upotrebe titanijuma i legure titanijuma kao ljudskih implantata su: (1) gustina (20 stepeni)=4.5g/cm3, mala težina. Implantacija u ljudsko tijelo: smanjiti opterećenje ljudskog tijela. Kao medicinski uređaj: smanjiti radno opterećenje medicinskog osoblja. (2) Modul elastičnosti je nizak, a čisti titanijum je 108500mpa. Ugrađuje se u ljudsko tijelo: bliži je prirodnoj kosti ljudskog tijela, što pogoduje povezivanju kostiju i smanjuje efekat zaštite od stresa kosti na implantat. (3) Nemagnetno, nije pod utjecajem elektromagnetnog polja i olujnog nevremena, što je pogodno za sigurnost ljudi nakon upotrebe. (4) Nije toksično. Kao implantat, nema nuspojava na ljudski organizam. (5) Otpornost na koroziju (bio inertni metalni materijal), odlična otpornost na koroziju u uronjenom okruženju ljudske krvi, dobra kompatibilnost sa ljudskom krvlju i ćelijskim tkivom, bez ljudskog zagađenja i alergijske reakcije kao implantata, što je osnovni uslov za primjenu titanijuma i legure titana. (6) Ima veliku čvrstoću i dobru žilavost. Oštećenje kostiju i zglobova je uzrokovano traumom, tumorom i drugim faktorima. Da bi se uspostavila stabilna koštana skela, moraju se koristiti lučne ploče, vijci, umjetne kosti i zglobovi. Ovi implantati bi se trebali zadržati u ljudskom tijelu dugo vremena, a na njih će utjecati savijanje, torzija, ekstruzija i kontrakcija mišića ljudskog tijela. Potrebno je da implantati imaju visoku čvrstoću i žilavost.
2.2 medicinska i ortopedska polja legure titanijuma
Situacija na tržištu sa razvojem titanijumskih legura, povećanjem sorti titanijuma i smanjenjem cene, primena titanijuma u civilnoj industriji se udvostručila. CFDA dijeli medicinske uređaje na tri nivoa u skladu sa njihovom sigurnošću, od visokog do niskog, a vlade tri-nivoa nadziru i upravljaju njima. Implantati od titanijuma i materijala od legura titanijuma spadaju u treću kategoriju medicinskih uređaja i predstavljaju visoko{3}}potrošni materijal. Podindustrije sa tržišnim segmentima koji čine više od 5% uključuju in vitro dijagnostiku, srce, slikovnu dijagnostiku, ortopediju, oftalmologiju i plastičnu hirurgiju. Među njima, in vitro dijagnostika, ortopedija i kardiološke intervencije su najbrže rastući-potrošni materijal visoke vrijednosti u Kini. Primjena biomedicinskog titanijuma i njegovih legura doživjela je tri značajne faze [27]: ranih 1950-ih, komercijalni čisti titan je prvi put korišten za proizvodnju koštanih ploča, vijaka, intramedularnih eksera i zglobova kuka u Britaniji i Sjedinjenim Državama. Mathys of Switzerland također koristi leguru ti-6a1-7nb za proizvodnju intramedularnog sistema eksera bez razvrtanja (uključujući tibiju, humerus i femur) i šupljih vijaka za liječenje prijeloma vrata femura. Bioaktivni materijal od porozne legure Ni Ti (pnt) za proizvodnju cervikalnog i lumbalnog intertjelesnog fuzijskog kaveza (kaveza) kompanija iz Kanade je razvila cervikalni i lumbalni intertjelesni fuzioni kavez napravljen od poroznog Ni Ti legure patentiranog materijala actipore GA za liječenje ortopedskih ozljeda kičme. Legura titana novog tipa je napredan materijal koji se može koristiti u ortopediji, stomatologiji i vaskularnim intervencijama. Industrija ortopedskih medicinskih uređaja zauzima 9% globalnog udjela na tržištu medicinskih uređaja i još uvijek brzo raste. Tržište ortopedskih medicinskih uređaja uglavnom je podijeljeno u četiri područja: traume, zglobovi, kralježnica i drugo. Među njima, trauma je jedino podijeljeno polje koje nisu zauzela strana preduzeća. Glavni razlog je što proizvodi iz ove oblasti imaju nizak tehnički sadržaj, lako se kopiraju, a rad je manje težak. Mnoge sekundarne i tercijarne bolnice to mogu provesti, što ne mogu u potpunosti pokriti strane kompanije. Traumatski proizvodi se mogu podijeliti na uređaje za unutarnju fiksaciju i uređaje za vanjsku fiksaciju. Traumatični proizvodi interne fiksacije uključuju intramedularne eksere, koštane ploče i šrafove. U 2012. godini na domaćem ortopedskom tržištu traume su činile 34%, zglobovi 28%, kičma 20% i ostali 18%. Veliki zglobovi su vrhunski medicinski uređaji sa visokim tehničkim barijerama. Trenutno, glavne bolnice uglavnom uvoze ortopedske materijale. Još uvijek postoji jaz između domaćih i uvoznih proizvoda u smislu tehnologije, dizajna, istraživanja i razvoja, materijala, procesa površinske obrade itd. Umjetni zglobovi se uglavnom dijele na vještačke zglobove koljena, kuka, lakta, ramena, prstiju i nožnih prstiju, među kojima je najvažnija zamjena zgloba kuka i koljena, što čini više od 95% globalnog tržišta zamjene zglobova. Uređaji za kičmeni implantat uključuju torakolumbalni sistem vijčanih ploča, sistem cervikalnih vijčanih ploča i sistem fuzijskih kaveza. Sistem kaveza za intervertebralnu fuziju se uglavnom koristi za liječenje zamjene intervertebralnog diska. To je ujedno i najvažniji segment, koji čini oko polovinu cjelokupnog tržišta spinalnih implantata.
3 zaključak
Vrhunske performanse legure titanijuma čine je vodećom pozicijom u medicinskom polju. Sa probojom biotehnologije i velikom potražnjom medicinske primjene, dizajn materijala i tehnologija pripreme legure titana se brzo razvija. Trenutno, glavne medicinske legure titanijuma koje se proizvode su legura titana tipa +. U pogledu procesa pripreme, proizvodnja TC4 (tc4eli) trenutno zauzima glavni tržišni udio. Zbog svojih određenih prednosti u biokompatibilnosti i mehaničkoj kompatibilnosti, legura titana tipa T- postala je žarište istraživanja nove medicinske legure titanijuma i najpotencijalnija tehnologija u oblasti medicinskih implantata. U budućnosti bi se tehnologija proizvodnje titanijumske legure trebala razvijati u pravcu niskog modula, visoke čvrstoće, dobre biokompatibilnosti i mehaničke kompatibilnosti. Iz trenda razvoja, tip legura titanijuma će postati budući pravac razvoja i glavna struja tržišta medicinskih legura titanijuma.
