Zašto titanijske šipke u medicini imaju tako izvrsnu biokompatibilnost?

Šipke od titana u medicini uglavnom su izrađene od čistih legura od titana ili titana, a imaju niz jedinstvenih fizičkih i kemijskih svojstava. Titanij je lagani metal s gustoćom od oko 4,5 g/cm³, što je mnogo niže od čelika. Zbog toga se titanijske šipke lagane u medicinskim primjenama i mogu smanjiti teret na pacijente. Titanium također ima dobru otpornost na koroziju i visoku temperaturnu otpornost, a može održavati stabilne performanse u teškim okruženjima.

Međutim, među svim svojstvima medicinskih šipki od titana, biokompatibilnost je nesumnjivo najkritičnija. Biokompatibilnost se odnosi na sposobnost materijala da ne uzrokuje nuspojave ili odbacivanje kada je ušao u kontakt s ljudskim tkivom. Za medicinske uređaje dugo implantirane u ljudsko tijelo, kvaliteta biokompatibilnosti izravno je povezana s stopom uspjeha operacije i kvalitetom oporavka pacijenta.

Razlog zbog kojeg titanijske šipke medicinske klase imaju izvrsnu biokompatibilnost uglavnom je posljedica karakteristika samog elementa titana i pažljivog dizajna legura od titana.

Titanij je biološki inertni metal, što znači da nije lako kemijski reagirati s drugim tvarima u ljudskom okruženju. Kad se štap titana implantira u ljudsko tijelo, on neće kemijski reagirati s okolnim tkivima, izbjegavajući tako proizvodnju i oslobađanje štetnih tvari. Ova bio-inertnost omogućava da štap titana duže vrijeme postoji stabilno u ljudskom tijelu bez nanošenja oštećenja okolnih tkiva.

Iako je čisti titanium bionert, njegova snaga i žilavost možda ne zadovoljavaju potrebe nekih medicinskih primjena. Stoga su titanijske šipke medicinske klase obično izrađene od legura od titana. Legure od titana izrađuju se dodavanjem drugih metalnih elemenata (poput aluminija, vanadija, molibdena itd.) U čisti titanij kako bi se poboljšala njegova snaga i žilavost. Međutim, tipovi i sadržaji ovih dodanih elemenata moraju biti fino regulirani kako bi se osiguralo da legura od titana može održati dobru biokompatibilnost uz održavanje izvrsnih mehaničkih svojstava.

Na primjer, TI-6AL-4V (TC4) je najčešće korištena medicinska legura od titana koja sadrži 6% aluminija i 4% vanadija. Ova legura ne samo da ima visoku čvrstoću i dobru žilavost, već zadržava i svojstva bionertnih inertnih titana. Stoga se legura TC4 Titanium široko koristi u proizvodnji medicinskih uređaja kao što su umjetne zglobove i ortopedski implantati.

Pored svojstava samog materijala, površinsko liječenje titanijskih šipki u medicinskom razredu također ima važan utjecaj na njegovu biokompatibilnost. Tijekom procesa proizvodnje, površina titanijskog šipke obično prolazi niz tretmana, poput mljevenja, poliranja, kiselih itd., Kako bi se uklonili sloj oksida i nečistoće na površini i poboljšali površinski završetak i ravna. Ove mjere liječenja mogu umanjiti trenje i iritaciju između titanskog šipke i okolnog tkiva, smanjujući na taj način rizik od odbacivanja.

Pored toga, neke napredne tehnologije površinskog obrade (poput anodizacije, mikro-arc oksidacije itd.) Također mogu formirati gusti oksidni film na površini štapa titana. Ovaj oksidni film ne samo da može poboljšati otpornost na koroziju i otpornost na habanje titanovog štapa, već i dalje poboljšati njegovu biokompatibilnost. Na primjer, anodizacija može tvoriti porozni oksidni film na površini štapa titana, a ove pore mogu adsorbirati bioaktivne molekule (poput proteina, faktora rasta itd.), Promičući na taj način rast i popravak okolnih tkiva.

Zahvaljujući izvrsnoj biokompatibilnosti, medicinski razred titanijskih šipki široko se koriste u medicinskom polju. Slijedi nekoliko tipičnih scenarija aplikacija:

Umjetni zglobovi jedno su od važnih područja primjene titanijskih šipki u medicinskom razredu. Bilo da se radi o proizvodnji umjetnih zglobova kao što su zglobovi kuka, zglobovi koljena ili ramena, titanijske šipke mogu pružiti stabilnu strukturnu potporu. Njegova izvrsna biokompatibilnost omogućava dugogodišnju šipku da koegzistiraju s ljudskim kostima bez izazivanja štetnih reakcija, čime se osigurava oporavak funkcije zglobova i poboljšanje mobilnosti pacijenata.

U ortopedskoj kirurgiji, titanijske šipke se također široko koriste u proizvodnji unutarnjih fiksacijskih uređaja kao što su koštane ploče i kosti. Ovi uređaji pomažu kostima da obnovi svoj normalan oblik i funkciju fiksiranjem mjesta loma. Lagana težina i visoka čvrstoća šipki od titana omogućuju tim uređajima da smanje opterećenje pacijentima, istovremeno osiguravajući dovoljnu snagu, što pogoduje postoperativnom oporavku. Osim toga, otpornost na koroziju i dobra elastičnost šipki od titana također osigurava da instrumenti održavaju stabilne performanse nakon višestruke čišćenja i dezinfekcije.

U području stomatologije, titanijske šipke koriste se i kao glavni materijal za zubne implantate. Njegova relativno niska karakteristika gustoće i visoke čvrstoće ne samo da mogu pružiti dobru mehaničku potporu, već i smanjiti pacijentovu nelagodu nakon operacije. Istodobno, biokompatibilnost šipki od titana također osigurava dobru integraciju između zubnih implantata i okolnih tkiva.

Pored gore navedenih polja, šipke od titana u medicinskom razredu također se široko koriste u proizvodnji različitih medicinskih uređaja. Na primjer, igle za vaskularne šavove titana, sternale šavove i drugi instrumenti igraju važnu ulogu u srčanoj kirurgiji; Upotreba titanijskih elektroda u medicinskoj opremi kao što su elektrokardiograpsi poboljšavaju točnost dijagnoze; i upotreba žila za kulturu titana u in vitro strojevima za kulturu pruža stabilnije eksperimentalno okruženje za biomedicinska istraživanja.