Anpassungsfähigkeit von Titanmaterialien an den Menschen

Um die Reaktion von Metallionen auf die Anpassungsfähigkeit des menschlichen Körpers zu beobachten, wurden im Labor chinesische medizinische experimentelle Lungenfibroblastenzellen von Mäusen (V79-Zellen) und Fibroblastenzellgewebe von Mäusen (20-Tag postnatale Mäuse) (I929-Zellen) untersucht ) usw. verwenden Zellen, die gegenüber Metallionen empfindlich sind, um Methoden zur Bewertung der Zellanpassungsfähigkeit durchzuführen. Die einzelnen Elementionen, die von der unabhängigen Verwaltungsbehörde Product Evaluation Technology Basic Organization (Technisches Komitee zur Standardisierung der biologischen Bewertung von Medizinprodukten) bereitgestellt werden, sind im menschlichen Körper (biologischen Körper) wirksam. ) Reaktionen und in 3 Gruppen eingeteilt, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Zu den giftigsten gehören Vanadium (V), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) usw. Wenn die oben genannten Elemente in Teilen pro Million (×{{0}} vorhanden sind, sterben Zellen innerhalb von a ab kurzer Zeitraum. Am Beispiel von Vanadium (V) und Nickel (N) sind die experimentellen Ergebnisse in V79-Zellen in Abbildung 2 dargestellt. Die Ergebnisse des einwöchigen Eintauchtests zeigten, dass bei einer Nickelkonzentration von etwa 10×10-6 (Anmerkung des Übersetzers: pm=parts per million) würden alle Zellen sterben. Im Vergleich dazu war der Vanadium (V)-Gehalt mit 0,6 um zwei Ziffern niedriger. Etwa ×10-6 bedeutet, dass alle Zellen tot sind. Zweitens: Wenn das Hartgewebe (Knochen) und das Weichgewebe (Muskeln) von Kleintieren wie Ratten und Kaninchen zu Testzwecken in Metallblechen vergraben wurden, müssen diese hochgiftigen Metalle sowohl mit dem Hartgewebe (Knochen) als auch mit dem Hartgewebe (Knochen) in Kontakt kommen. und Weichteile (Muskeln). Einige verursachen Nekrose.

a-Die Beziehung zwischen der Bildungsenergie der V79-Zellpopulation und der Nickel(Ni)-Ionenkonzentration;

b-Die Beziehung zwischen der Bildungsenergie der V79-Zellpopulation und der Vanadium (V)-Ionenkonzentration

Die andere Gruppe weist auf Verletzungen hin. Im implantierten und befestigten Zustand kommt es am Fasergewebe an der Kontaktstelle zu einer biologischen Reaktion, die aus dem Körper ausgeschieden wird. Eisen, Aluminium, Gold, Silber usw. verhalten sich alle auf diese Weise. Zu diesem Typ gehören allgemeine Metallmaterialien wie Edelstahl SUS 304L, Edelstahl SUS 36L und Kobalt-Chrom-Legierungen. Das im Hartgewebe eingebettete Metallstück verschmilzt nicht mit den Knochenzellen. Als einige Wochen später der Extraktionstest durchgeführt wurde, ließ es sich reibungslos und ohne Widerstand herausziehen.

Die dritte Gruppe muss die geringste Reaktion mit lebenden Organismen haben. Bei Implantation oder Befestigung sind Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Tantal (Ta) und Platin (Pt) geeignet. Wenn diese Metalle implantiert oder am Körper befestigt werden, werden sie eng mit den Zellen und Geweben von Hart- und Weichgewebe integriert, was zu einem Phänomen der Somatisierung führt.

Dadurch ist Titan definitiv weniger schädlich für lebende Organismen und ein sicheres Metall. Bei der Verwendung von Titanlegierungen ist die Korrosionsbeständigkeit je nach verwendeten Legierungselementen geringer als bei reinem Titan. Wenn Korrosion auftritt, können ihre Elemente aufgelöst werden. Es ist notwendig, Legierungselemente auszuwählen, die korrosionsbeständig und nicht schädlich sind. Unter den Titanlegierungen wird die Ti-6AI-4V-Legierung seit langem im Flugzeugbau und in seewasserbeständigen technischen Geräten verwendet und hat eine Vielzahl von Anwendungsfällen. In der medizinischen Industrie wird seit langem die Verwendung von ELI-Legierungen mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit (geringer Eisen-, Sauerstoff- und Wasserstoffgehalt) eingeführt. Allerdings wurde in der jüngsten Forschung und Entwicklung von Titanlegierungen für Implantate und Befestigungen, basierend auf Berichten über die Schadenseigenschaften der einzelnen Einheit, die Ti-13Nb-13Zr-Legierung standardisiert, indem Vanadium ersetzt wurde ( V) mit nicht verwundendem Niob (Nb). (ASTM, ISO). Es gibt auch eine günstige Legierung, die Aluminium aktiv entlädt und kurz vor der Markteinführung steht.

Als amerikanischer ASTM-Standard (F-Code) für medizinische Zwecke entspricht er dem Weltstandard in Europa. Der ISO-Standard und der ASTM-Standard wurden konsolidiert und zu einem europäischen Standard zusammengeführt. Japan sortiert seine nationalen Standards, übernimmt die ASTM- und ISO-Standards und beginnt mit der Formulierung von Standards auf der Grundlage von ISO-Standards.

Die in den ASTM-Standards festgelegten Titanmaterialien für Implantate und Befestigungen wie künstliche Kniegelenke, Hüftgelenke (einschließlich Femurköpfe) usw. sind in Tabelle 1 nach ihrer Form aufgeführt. Seit langem werden reines Titan und Ti-6AI-4V-Legierungen, einschließlich Pulvermaterialien, zu Komponenten und Teilen verschiedener Formen verarbeitet.

Die Teile, in denen Titanmaterialien häufig verwendet werden, sind künstliche Oberschenkelgelenke, künstliche Kniegelenke, Knochenplatten usw., die für orthopädische Chirurgie geeignet sind. deformierende Gelenkentzündung
Rheuma [transkribiert als „Liumaqizim“, was starke Schmerzen in Gelenken und Muskeln bedeutet und auch eine allergische Erkrankung ist – Anmerkung des Übersetzers] und andere Ursachen für starke Schmerzen, die zu Schwierigkeiten beim Gehen führen, können bei Patienten, die an dieser Krankheit leiden, vollständig von den Schmerzen befreit werden und in der Lage sein, durch künstliche Hüftgelenk- und künstliche Kniegelenkersatzoperationen zu gehen. In Japan werden pro Jahr 80{2}} künstliche Hüftgelenksersatzoperationen und 40000 künstliche Kniegelenksersatzoperationen durchgeführt (Statistik von 2005). In Zukunft, mit dem Einzug einer alternden Gesellschaft, kann erwartet werden, mit welcher prozentualen Wachstumsrate dieser Bedarf gedeckt werden wird.

Titan ist nicht für alle künstlichen Gelenkteile geeignet. Bei Gelenkteilen sind oft schwingende Teile nicht geeignet, da Titan leicht verschleißt (Keramik und Kobaltlegierungen sind geeignet) und bei implantierten Teilen sollten Titanlegierungen verwendet werden. Um es schnell in den biologischen Knochen zu integrieren, muss die Oberfläche der Titanlegierung uneben gemacht und mit Knochensensoren wie Apatit (Apatit) und Bioglas beschichtet werden. Darüber hinaus werden Marknägel aus Titanlegierung und Platten aus Titanlegierung zur Frakturfixierung verwendet. Abbildung 3 zeigt verschiedene Beispiele für Implantation und Befestigung.

Auch im zahnmedizinischen Bereich gibt es einen zunehmenden Trend zum Einsatz von Implantaten und Zubehör. Die verwendete Titanmenge ist gering und besteht aus reinem Titan, einer Titanlegierung und der Formgedächtnislegierung TiNi. Seine Formen umfassen Plattentyp, Gewindetyp, Hülsentyp und Korbtyp, wie in Abbildung 4 dargestellt. Diese Teile und Komponenten werden direkt in den Kieferknochen getrieben, um auf dem implantierten Zahnfleischteil befestigt zu werden, und sind mit Apatit beschichtet, das die Knochenzusammensetzung darstellt. Generell eignet sich Titan sehr gut für Metallimplantate in Zähnen. Es gibt zwei Methoden: Präzisionsguss und superplastisches Formen. Im Vergleich zur bisherigen Verwendung von Kobalt- und Chromlegierungen ist es leichter und verursacht keine Geruchsveränderung in säurehaltigen Lebensmitteln. Da die Verwendung von Titanmaterialien außerhalb des kassenärztlichen Diagnose- und Behandlungsbereichs liegt, ist der Preis recht hoch.

Als Implantat (vergraben) oder Zubehör für die Innere Medizin kann ein Herzschrittmacher (Schrittmacher--ein Gerät zur automatischen ventrikulären Kontraktion) implantiert (vergraben) werden, um das Herz zu stimulieren, wenn ein Patient an einer niedrigen Herzfrequenz leidet. Ein Gerät, das die normale Anzahl von Herzschlägen gewährleistet (Anmerkung des Übersetzers). Ein Elektrodendraht wird von der Vena subclavia bis zum Herzen eingebettet. Diese Elektrode gibt elektronische Signale an den Herzschrittmacher weiter, der zum Herzschrittmacher wird. Neuerdings hat das Herzschrittmacherprodukt eine Masse von 20 g und eine Dicke von 6 mm. Es ist so klein, dass es mit Elektrodendrähten verbunden und unter der Haut eingebettet wird. Die Batterie und der Steuerkreis sind in einem kleinen Behälter (Box) verpackt, bei dem es sich um ein Produkt aus reinem Titan handelt, das für lebende Organismen ungefährlich ist. Die Batterielebensdauer muss mindestens 6 Jahre betragen, daher muss dieser kleine Behälter (Box) eine langfristige Stabilität und Sicherheit aufweisen. Mittlerweile haben fast 5.{8}} Menschen in Japan davon profitiert.

Die Ergebnisse der Titanbehandlung zeigen sich auch bei chirurgischen Instrumenten. Insbesondere bei neurochirurgischen Langzeitoperationen von mehr als 10 Stunden ist außerdem ein geringes Gewicht der Pinzette erforderlich, und hämostatische Pinzetten und andere hämostatische Pinzetten müssen aus Titan gefertigt sein. Viele zahnärztliche Behandlungsgeräte, wie Implantate, chirurgische Instrumente zur Befestigung und Vibratoren zur Zahnsteinentfernung, bestehen aus Titan. Neben Implantaten (Vergrabungen) und Befestigungen werden auch Hilfsmittel und Rollstühle aus Titan gefertigt. Wenn aufgrund einer Krankheit oder eines Unfalls ein Teil einer Gliedmaße fehlt, muss zur Wiederherstellung der Funktion eine Gliedmaßenprothese angefertigt werden. Da der Hauptteil aus Metall besteht, muss es leicht und langlebig sein (hauptsächlich Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Ermüdungsschäden) und im Hinblick auf die biologische Verträglichkeit (Ni, Cr usw.) angewendet werden. Bei Rollstühlen besteht das Hauptziel darin, das Gewicht des gesamten Rollstuhls zu reduzieren. Daher verwenden einige in fast allen Metallteilen wie Rahmen und Rädern Titan.