बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री र अनुप्रयोगहरू

बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री र अनुप्रयोगहरू

बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्रीहरू विशेष रूपमा बायोमेडिकल ईन्जिनियरिङ्मा प्रयोग हुने कार्यात्मक संरचनात्मक सामग्रीहरूको एक प्रकारलाई जनाउँछ, विशेष गरी सर्जिकल प्रत्यारोपण र अर्थोपेडिक उपकरण उत्पादनहरूको उत्पादन र निर्माणको लागि। टाइटेनियम मिश्र धातु प्रशोधन सामग्रीको उत्पादन र तयारीमा धातु विज्ञान, दबाब प्रशोधन, कम्पोजिट सामग्री, र रासायनिक उद्योगको क्षेत्रहरू समावेश छन्, र विश्वमा एक मान्यता प्राप्त उच्च-टेक उत्पादन हो। टाइटेनियम र टाइटेनियम मिश्रहरू बिस्तारै एयरोस्पेस, उड्डयन, र राष्ट्रिय रक्षा क्षेत्रहरूबाट नागरिक खपतको क्षेत्रमा प्रवेश गरेका छन्। चिकित्सा र स्वास्थ्य उद्योगमा प्रत्यारोपण र चिकित्सा उपकरणहरू जस्ता उत्पादनहरू; खेलकुद र मनोरञ्जन उद्योगमा टाइटेनियम गोल्फ क्लबहरू, साथै टाइटेनियम चश्मा फ्रेमहरू, टाइटेनियम घडीहरू, टाइटेनियम साइकलहरू, र अन्य उत्पादनहरू, टाइटेनियम प्रशोधित सामग्रीहरूको माग निरन्तर बढ्दै गएको छ। बायोटेक्नोलोजीको तीव्र विकास र सफलताहरूको साथ, बायोमेडिकल धातु सामग्री र उत्पादन उद्योग विश्व अर्थतन्त्रको स्तम्भ उद्योगको रूपमा विकास हुनेछ। ती मध्ये, टाइटेनियम र यसको मिश्रहरूले हालका वर्षहरूमा उनीहरूको उत्कृष्ट व्यापक गुणहरू जस्तै हल्का वजन, कम लोचदार मोडुलस, गैर-विषाक्त र गैर-चुम्बकीय, जंग प्रतिरोध, उच्च शक्ति, र राम्रो कठोरताको कारण मागमा द्रुत र स्थिर वृद्धि अनुभव गरेको छ। एकै समयमा, टाइटेनियम मिश्र धातुहरू प्लास्टिक सर्जरी र अन्य क्षेत्रहरूमा प्रवेश गर्न थालेपछि, नयाँ सम्भावित बजार मागहरू देखा पर्छन्, र टाइटेनियम मिश्र धातु बजार भविष्यमा छिटो बढ्नेछ।

मेडिकल टाइटेनियम मिश्र को अनुसन्धान प्रगति

1.1 चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र वर्गीकरण

टाइटेनियम मिश्रहरू सामग्री माइक्रोस्ट्रक्चरको प्रकार अनुसार तीन कोटिहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: α प्रकार, α + β प्रकार, र β प्रकार टाइटेनियम मिश्र धातु।

1.2 मेडिकल टाइटेनियम मिश्र को विकास प्रवृत्ति

साहित्यको अनुसन्धानपछि स्वदेश तथा विदेशका सान्दर्भिक अनुसन्धानकर्ताहरुको एकमतले विकास भएको पाइएको छ मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु तीन प्रतिष्ठित चरण पार गरेको छ। पहिलो चरण शुद्ध टाइटेनियम र Ti-6Al-4V मिश्र धातु द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको छ; दोस्रो चरण -5A1-2.5Fe र Ti-6A1-7Nb द्वारा प्रतिनिधित्व Ti नयाँ α+β मिश्रहरू द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको छ; तेस्रो चरण राम्रो बायोकम्प्याटिबिलिटी र कम लोचदार मोड्युलसको साथ β-टाइटेनियम मिश्रहरू विकास र विकास गर्ने मुख्य चरण हो। आदर्श बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री निम्न सर्तहरू पूरा गर्नुपर्छ: राम्रो बायोकम्प्याटिबिलिटी, कम लोचदार मोड्युलस, कम घनत्व, राम्रो एन्टी-क्रोसन गुण, गैर-विषाक्त, उच्च उपज शक्ति, लामो थकान जीवन, र कोठाको तापक्रममा ठूलो प्लास्टिसिटी। , बनाउन सजिलो, कास्ट गर्न सजिलो, आदि। प्रत्यारोपण सामग्रीहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएका महत्त्वपूर्ण मिश्रहरू Ti-6A1-4V र Ti-6A1-4VELI हुन्। साहित्यमा रिपोर्टहरू छन् कि V तत्वले घातक ऊतक प्रतिक्रियाहरू निम्त्याउन सक्छ र मानव शरीरमा विषाक्त साइड इफेक्ट हुन सक्छ, जबकि अलले ओस्टियोपोरोसिस र मानसिक विकारहरू निम्त्याउन सक्छ। यस समस्याको समाधान गर्न, बायोमटेरियल वैज्ञानिकहरू हाल V-free, Al को नयाँ बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्रीहरू अन्वेषण र अनुसन्धान गर्न प्रतिबद्ध छन्, त्यो भन्दा पहिले यो पत्ता लगाउन आवश्यक छ कि कुन प्रकारको मिश्र तत्वहरू थप्न उपयुक्त छन् जुन दुवै गैर-विषाक्त र बायोकम्प्याटिबल छन्। । अध्ययनले पत्ता लगाएको छ कि मोलिब्डेनम, निओबियम, ट्यान्टलम, र जिरकोनियम जस्ता गैर-विषाक्त तत्वहरू युक्त β-टाइटेनियम मिश्रहरूमा β-स्थिर तत्वहरूको उच्च सामग्री हुन्छ र कम लोचदार मोड्युलस (E=55~ 80GPa) र राम्रो कतरनी प्रदर्शन र। कठोरता, यो प्रत्यारोपण को रूप मा मानव शरीर मा प्रत्यारोपण को लागी अधिक उपयुक्त छ।

टाइटेनियम मिश्र को आवेदन

2.1 टाइटेनियम मिश्र धातु को चिकित्सा आधार

मानव प्रत्यारोपणको रूपमा टाइटेनियम र टाइटेनियम मिश्रहरू प्रयोग गर्ने मुख्य फाइदाहरू हुन्: (1) घनत्व (20 डिग्री सेल्सियस) = 4.5g/cm3 र हल्का वजन। मानव शरीर मा प्रत्यारोपित: मानव शरीर मा भार कम; एक चिकित्सा उपकरण को रूप मा: चिकित्सा कर्मचारी मा अपरेटिङ लोड कम। (2) लोचदार मोड्युलस कम छ, र शुद्ध टाइटेनियम 108500MPa छ। मानव शरीरमा प्रत्यारोपण गर्दा: यो मानव शरीरको प्राकृतिक हड्डीको नजिक छ, जुन हड्डी कलम गर्न अनुकूल छ र इम्प्लान्टमा हड्डीको तनाव-सुरक्षित प्रभावलाई कम गर्दछ। (३) गैर-चुम्बकीय, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र र गर्जनबाट प्रभावित नहुने, जुन प्रयोग पछि मानव सुरक्षाको लागि लाभदायक हुन्छ। (3) यो गैर-विषाक्त छ र प्रत्यारोपणको रूपमा मानव शरीरमा कुनै विषाक्त वा साइड इफेक्ट छैन। (4) जंग प्रतिरोध (जैविक रूपमा निष्क्रिय धातु सामग्री)। यसमा मानव रगतको विसर्जन वातावरणमा उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध छ र मानव रगत र कोशिका ऊतकहरूसँग राम्रो अनुकूलता सुनिश्चित गर्दछ। प्रत्यारोपणको रूपमा, यसले मानव प्रदूषण उत्पन्न गर्दैन र मानव शरीरको लागि हानिकारक छैन। एलर्जी प्रतिक्रियाहरू देखा पर्नेछ, जुन टाइटेनियम र टाइटेनियम मिश्रहरूको प्रयोगको लागि आधारभूत अवस्था हो। (5) उच्च शक्ति र राम्रो कठोरता। आघात, ट्यूमर, र अन्य कारकहरूको कारण हड्डी र जोर्नी क्षति। एक स्थिर हड्डी मचान स्थापना गर्न, चाप प्लेट, पेंच, कृत्रिम हड्डी, जोर्नी, आदि प्रयोग गर्नुपर्छ। यी प्रत्यारोपणहरू लामो समयको लागि ठाउँमा छोड्नु पर्छ। मानव शरीर झुकाउने, घुमाउने, निचोड, मांसपेशी संकुचन, र मानव शरीरको अन्य प्रभावहरूको अधीनमा हुनेछ, प्रत्यारोपणलाई उच्च शक्ति र कठोरता चाहिन्छ।

2.2 टाइटेनियम मिश्र को चिकित्सा र आर्थोपेडिक क्षेत्र

बजार स्थिति टाइटेनियम मिश्र को विकास संग, टाइटेनियम सामग्री किस्महरु मा वृद्धि, र मूल्यहरु मा कमी, नागरिक उद्योग मा टाइटेनियम को आवेदन दोब्बर भएको छ। CFDA ले मेडिकल उपकरणहरूलाई तिनीहरूको सुरक्षाको आधारमा उच्चदेखि निम्नसम्म तीन तहमा विभाजन गर्दछ, र तिनीहरू क्रमशः तीन तहको सरकारद्वारा पर्यवेक्षण र व्यवस्थित हुन्छन्। टाइटेनियम र टाइटेनियम मिश्र धातुबाट बनेका प्रत्यारोपणहरू चिकित्सा उपकरणहरूको तेस्रो श्रेणीमा पर्दछन् र उच्च मूल्यका उपभोग्य वस्तुहरू हुन्। बजारको 5% भन्दा बढीको लागि लेखांकन गर्ने उप-क्षेत्रहरूले छवटा प्रमुख खण्डहरू समावेश गर्दछ: इन भिट्रो डायग्नोस्टिक्स, कार्डियोलोजी, डायग्नोस्टिक इमेजिङ, अर्थोपेडिक्स, नेत्र विज्ञान, र प्लास्टिक सर्जरी। ती मध्ये, इन भिट्रो डायग्नोस्टिक्स, अर्थोपेडिक्स, र कार्डियक हस्तक्षेप चीनमा सब भन्दा द्रुत-बृद्धि हुने उच्च-मूल्य उपभोग्य वस्तुहरू हुन्। बायोमेडिकल टाइटेनियम र यसको मिश्र धातु सामग्रीको प्रयोगले तीन प्रतिष्ठित चरणहरू पार गरेको छ: प्रारम्भिक प्रयोग 1950 को शुरुमा, संयुक्त अधिराज्य र संयुक्त राज्य अमेरिकामा, व्यावसायिक रूपमा शुद्ध टाइटेनियम हड्डी प्लेटहरू, स्क्रूहरू, इन्ट्रामेड्युलरी नेलहरू र हिपहरू निर्माण गर्न प्रयोग गरियो। जोडहरू। स्विस कम्पनी म्याथिसले पनि घाँटीको हड्डी भाँचिएको उपचारको लागि गैर-विस्तारित लकिङ इन्ट्रामेडुलरी नेल प्रणालीहरू (टिबिया, ह्युमरस र फेमर सहित) र खोक्रो स्क्रूहरू निर्माण गर्न Ti-6A1-7Nb मिश्र धातु प्रयोग गर्दछ। पोरस Ni-Ti (PNT) मिश्र धातु बायोएक्टिभ सामग्री ग्रीवा र लम्बर इन्टरभेर्टेब्रल फ्यूजन पिंजराहरू (केज) निर्माण गर्न प्रयोग गरिन्छ। क्यानाडाको BIORTHEX कम्पनीले हड्डीको हड्डीको चोटको उपचारको लागि झरना Ni-Ti मिश्र धातु पेटेन्ट गरिएको सामग्री ACTIPORE G बाट बनेको ग्रीवा र लम्बर इन्टरभेर्टेब्रल फ्युजन केज विकास गरेको छ। नयाँ बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु धेरै उद्देश्यहरू जस्तै अर्थोपेडिक्स, दन्त चिकित्सा, र भास्कुलर हस्तक्षेपको लागि उन्नत सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। अर्थोपेडिक मेडिकल उपकरण उद्योगले विश्वव्यापी मेडिकल उपकरण बजारको 9% हिस्सा ओगटेको छ र अझै द्रुत गतिमा बढिरहेको छ। आर्थोपेडिक मेडिकल उपकरण बजार मुख्य रूपमा चार क्षेत्रहरूमा विभाजित छ: आघात, जोर्नी, मेरुदण्ड, र अन्य। ती मध्ये, आघात एक मात्र खण्ड हो जुन हाल विदेशी कम्पनीहरूले ओगटेको ठूलो बजार हिस्सा छैन। मुख्य कारण यस क्षेत्रका उत्पादनहरूमा कम प्राविधिक सामग्री छ, अनुकरण गर्न सजिलो छ, र सञ्चालन गर्न कम गाह्रो छ। तिनीहरू धेरै दोस्रो र तेस्रो-स्तर अस्पतालहरूमा प्रदर्शन गर्न सकिन्छ, र विदेशी कम्पनीहरूले तिनीहरूलाई पूर्ण रूपमा कभर गर्न सक्दैनन्। आघात उत्पादनहरू आन्तरिक फिक्सेसन र बाह्य फिक्सेशन उपकरणहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ। आन्तरिक फिक्सेसन ट्रमा उत्पादनहरूमा इन्ट्रामेडुलरी नेलहरू, हड्डी प्लेटहरू, स्क्रूहरू, आदि समावेश छन्। 2012 मा, आघातले घरेलु अर्थोपेडिक्स बजारको 34%, जोर्नी 28%, मेरुदण्ड 20%, र अन्यको लागि जिम्मेवार थियो। 18%। ठूला जोडहरू उच्च प्राविधिक बाधाहरूसँग उच्च-अन्त चिकित्सा उपकरणहरू हुन्। अहिले मूलधारका अस्पतालहरूले मुख्यतया आयातित अर्थोपेडिक सामग्री प्रयोग गर्छन्। टेक्नोलोजी, डिजाइन, अनुसन्धान र विकास, सामग्री, सतह उपचार प्रक्रियाहरू, आदिमा स्वदेशी र आयातित उत्पादनहरू बीचको अन्तर अझै छ। कृत्रिम जोर्नीहरू मुख्यतया कृत्रिम घुँडा, कम्मर, कुहिनो, काँध, औंला र खुट्टाको जोर्नी आदिमा विभाजित हुन्छन्। ती मध्ये, सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण संयुक्त प्रतिस्थापनहरूमा हिप जोइन्टहरू र घुँडाको जोर्नीहरू समावेश छन्, जुन विश्वव्यापी संयुक्त प्रतिस्थापन बजारको 95% भन्दा बढी हो। स्पाइनल इम्प्लान्ट यन्त्रहरूमा थोरैकोलम्बर नेल प्लेट प्रणालीहरू, ग्रीवा स्पाइन नेल प्लेट प्रणालीहरू, र फ्यूजन केज प्रणालीहरू समावेश छन्, जसमध्ये इन्टरभेर्टेब्रल केज प्रणाली मुख्य रूपमा इन्टरभेर्टेब्रल डिस्क प्रतिस्थापन उपचारको लागि प्रयोग गरिन्छ र यो सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण खण्ड पनि हो, लगभग सम्पूर्ण स्पाइनल इम्प्लान्ट बजारको लागि लेखांकन। । आधा।

निष्कर्ष

टाइटेनियम मिश्र धातु को उच्च गुण चिकित्सा क्षेत्र मा यसको अग्रणी स्थिति मा योगदान गरेको छ। टाइटेनियम मिश्र धातुको सामग्री डिजाइन र तयारी प्रविधि बायोटेक्नोलोजी मा सफलता र चिकित्सा आवेदन को लागी ठूलो माग संग छिटो विकसित भएको छ। द मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु हाल उत्पादित मुख्यतया α + β प्रकार टाइटेनियम मिश्र हो। तयारी प्रविधिको परिप्रेक्ष्यबाट, TC4 (TC4ELI) को उत्पादनले हाल मुख्य बजार हिस्सा ओगटेको छ। β-प्रकार टाइटेनियम मिश्रको बायोकम्प्याटिबिलिटी र मेकानिकल कम्प्याटिबिलिटीमा केही फाइदाहरू छन्, त्यसैले यो नयाँ मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातुहरूको लागि अनुसन्धान हटस्पट भएको छ र चिकित्सा प्रत्यारोपणको क्षेत्रमा सबैभन्दा सम्भावित प्रविधि हो। भविष्यमा, टाइटेनियम मिश्र को उत्पादन प्रविधि कम मोडुलस, उच्च शक्ति, राम्रो biocompatibility, र मेकानिकल अनुकूलता को दिशा मा विकास गर्नुपर्छ। विकास प्रवृत्तिको परिप्रेक्ष्यबाट, β-प्रकार टाइटेनियम मिश्र भविष्यको विकास दिशा र मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु बजारको मुख्यधारा बन्नेछ।