I materiali in lega di titanio biomedico si riferiscono a un tipo di materiali strutturali funzionali utilizzati nell'ingegneria biomedica, in particolare per la produzione e la fabbricazione di impianti chirurgici e strumenti ortopedici [1]. La produzione e la preparazione dei materiali per la lavorazione delle leghe di titanio coinvolge i settori della metallurgia, della lavorazione a pressione, dei materiali compositi e dell'industria chimica. È riconosciuto come un prodotto high-tecnologico in tutto il mondo. Il titanio e le leghe di titanio sono gradualmente entrati nel campo del consumo civile dai settori dell'aerospaziale, dell'aviazione, della difesa nazionale e dell'industria militare [2]. Come impianti e dispositivi medici nel settore medico-sanitario; La domanda di materiali per la lavorazione del titanio è in aumento per mazze da golf in titanio, montature per occhiali in titanio, orologi in titanio, biciclette in titanio e altri prodotti nel settore sportivo e ricreativo. Con il vigoroso sviluppo e gli importanti progressi della biotecnologia, l’industria dei materiali metallici biomedici e dei loro prodotti diventerà un settore pilastro dell’economia mondiale [3]. Tra questi, anche la domanda di titanio e delle sue leghe è aumentata rapidamente e costantemente negli ultimi anni grazie alle loro eccellenti proprietà globali come leggerezza, basso modulo elastico, non-tossico e non-magnetico, resistenza alla corrosione, elevata resistenza e buona tenacità [4]. Allo stesso tempo, man mano che la lega di titanio inizia a entrare nella chirurgia plastica e in altri campi, appare una nuova potenziale domanda di mercato e il mercato delle leghe di titanio crescerà più rapidamente in futuro.
Progressi della ricerca sulla lega di titanio medicale
1.1 classificazione delle leghe di titanio medicale
Le leghe di titanio possono essere suddivise in: Lega di titanio Tipo, Tipo + e Tipo 3.
1.2 trend di sviluppo della lega di titanio medicale
Attraverso la ricerca bibliografica [8-14], si è riscontrato che importanti studiosi di ricerca in patria e all'estero concordano sul fatto che lo sviluppo della lega di titanio medicale ha attraversato tre fasi fondamentali. Il primo stadio è rappresentato dal titanio puro e dalla lega Ti-6Al-4V; Il secondo stadio è un nuovo stadio rappresentato dalla lega ti-5a1-2.5fe e ti-6a1-7nb + Tipo; La terza fase è principalmente lo sviluppo e lo sviluppo di una migliore biocompatibilità e di un modulo elastico inferiore: fase della lega di titanio. Il materiale ideale in lega di titanio biomedico [15] deve soddisfare le seguenti condizioni: buona biocompatibilità, basso modulo elastico, bassa densità, buone prestazioni anticorrosive, non tossico, elevato carico di snervamento, lunga durata a fatica, grande plasticità a temperatura ambiente, facile da formare, facile da fondere, ecc. Allo stato attuale, le leghe importanti ampiamente utilizzate nei materiali per impianti sono Ti-6A1-4V e ti-6a1-4veli. È stato riferito che l'elemento [16-19] V può causare reazioni tissutali maligne e può avere effetti tossici ed effetti collaterali sul corpo umano, mentre l'Al può causare osteoporosi, disturbi mentali e altre malattie; Per risolvere questo problema, i biomaterialisti sono impegnati a esplorare e studiare nuovi materiali in lega di titanio biomedica senza V e al. Prima di ciò è necessario verificare quali sono gli elementi di lega adatti all'aggiunta, che siano atossici e che rispettino il principio di biocompatibilità. Alcuni studi [20-23] hanno scoperto che contiene elementi non tossici come molibdeno, niobio, tantalio e zirconio La lega di titanio contiene un alto contenuto di elementi stabili e + Rispetto alla lega di titanio di tipo I, ha un modulo elastico inferiore (E=55 ~ 80gpa), migliori proprietà di taglio e tenacità ed è più adatta per l'impianto nel corpo umano.
2 Applicazione della lega di titanio
2.1 basi mediche della lega di titanio
I vantaggi dell'utilizzo del titanio e della lega di titanio come impianti umani sono: (1) densità (20 gradi)=4.5g/cm3, peso leggero. Impianto nel corpo umano: riduce il carico del corpo umano. Come dispositivo medico: riduce il carico operativo del personale medico. (2) Il modulo elastico è basso e il titanio puro è 108500 mpa. È impiantato nel corpo umano: è più vicino all'osso naturale del corpo umano, il che favorisce la connessione ossea e riduce l'effetto di protezione dallo stress dell'osso sull'impianto. (3) Non magnetico, non influenzato dal campo elettromagnetico e dai temporali, che favorisce la sicurezza umana dopo l'uso. (4) Non tossico. Come impianto, non ha effetti collaterali sul corpo umano. (5) Resistenza alla corrosione (materiale metallico bioinerte), eccellente resistenza alla corrosione nell'ambiente di immersione del sangue umano, buona compatibilità con il sangue umano e il tessuto cellulare, nessun inquinamento umano e reazione allergica come impianto, che è la condizione di base per l'applicazione del titanio e della lega di titanio. (6) Ha un'elevata resistenza e una buona tenacità. Il danno alle ossa e alle articolazioni è causato da traumi, tumori e altri fattori. Per creare un'impalcatura ossea stabile è necessario utilizzare placche ad arco, viti, ossa artificiali e articolazioni. Questi impianti dovrebbero essere trattenuti nel corpo umano per lungo tempo e saranno influenzati dalla flessione, torsione, estrusione e contrazione muscolare del corpo umano. È necessario che gli impianti abbiano elevata resistenza e tenacità.
2.2 campi medici e ortopedici della lega di titanio
Situazione del mercato: con lo sviluppo della lega di titanio, l'aumento delle varietà di titanio e la riduzione dei prezzi, l'applicazione del titanio nell'industria civile è raddoppiata. Il CFDA divide i dispositivi medici in tre livelli in base alla loro sicurezza, da alta a bassa, e i tre-livelli governativi li supervisionano e li gestiscono rispettivamente. Gli impianti realizzati in titanio e materiali in lega di titanio appartengono alla terza categoria di dispositivi medici e sono materiali di consumo di alto-valore. I sottosettori con segmenti di mercato che rappresentano oltre il 5% includono diagnosi in vitro, cuore, diagnosi per immagini, ortopedia, oftalmologia e chirurgia plastica. Tra questi, la diagnosi in vitro, l'ortopedia e l'intervento cardiaco sono i beni di consumo di elevato valore-in più rapida crescita in Cina. L’applicazione del titanio biomedico e dei suoi materiali in lega ha attraversato tre fasi fondamentali [27]: all’inizio degli anni ’50, il titanio puro commerciale fu utilizzato per la prima volta per produrre placche ossee, viti, chiodi intramidollari e articolazioni dell’anca in Gran Bretagna e negli Stati Uniti. La svizzera Mathys utilizza anche la lega ti-6a1-7nb per produrre sistemi di chiodi intramidollari ad incastro non alesati (inclusi tibia, omero e femore) e viti cave per il trattamento delle fratture del collo del femore. Produzione di materiale bioattivo in lega porosa Ni Ti (pnt) gabbia di fusione intersomatica cervicale e lombare (gabbia) L'azienda canadese Biorthex ha sviluppato una gabbia di fusione intersomatica cervicale e lombare realizzata in materiale brevettato actipore GA in lega porosa di Ni Ti per il trattamento delle lesioni ortopediche della colonna vertebrale. nuovo tipo La lega di titanio è un materiale avanzato che può essere utilizzato in ortopedia, odontoiatria e interventi vascolari. L’industria dei dispositivi medici ortopedici rappresenta il 9% della quota di mercato globale dei dispositivi medici ed è ancora in rapida crescita. Il mercato dei dispositivi medici ortopedici è principalmente suddiviso in quattro aree: traumatologia, articolazioni, colonna vertebrale e altre. Tra questi, il trauma è l’unico campo suddiviso che non è stato occupato da imprese straniere. Il motivo principale è che i prodotti in questo campo hanno un basso contenuto tecnico, sono facili da copiare e l'operazione è meno difficile. Molti ospedali secondari e terziari possono effettuarlo, ma non possono essere completamente coperti da imprese straniere. I prodotti traumatologici possono essere suddivisi in dispositivi di fissazione interna e dispositivi di fissazione esterna. I prodotti traumatologici per la fissazione interna comprendono chiodi intramidollari, placche ossee e viti. Nel 2012, i traumi rappresentavano il 34%, le articolazioni il 28%, la colonna vertebrale il 20% e altri il 18% nel mercato ortopedico nazionale. I giunti di grandi dimensioni sono dispositivi medici di fascia alta con elevate barriere tecniche. Al momento, gli ospedali tradizionali importano principalmente materiali ortopedici. Esiste ancora un divario tra i prodotti nazionali e quelli importati in termini di tecnologia, design, ricerca e sviluppo, materiali, processo di trattamento superficiale, ecc. Le articolazioni artificiali sono principalmente suddivise in articolazioni artificiali del ginocchio, dell'anca, del gomito, della spalla, delle dita delle mani e dei piedi, tra le quali la sostituzione articolare più importante comprende anca e ginocchio, che rappresentano oltre il 95% del mercato globale della sostituzione articolare. I dispositivi per impianti spinali comprendono il sistema di piastre a vite toracolombare, il sistema di piastre a vite cervicale e il sistema di gabbia di fusione. Il sistema di gabbie di fusione intervertebrale viene utilizzato principalmente per il trattamento della sostituzione del disco intervertebrale. È anche il segmento più importante, poiché rappresenta circa la metà dell’intero mercato degli impianti spinali.
3 conclusione
Le prestazioni superiori della lega di titanio ne fanno una posizione leader nel campo medico. Con la svolta della biotecnologia e la grande richiesta di applicazioni mediche, la tecnologia di progettazione e preparazione dei materiali della lega di titanio si è sviluppata rapidamente. Allo stato attuale, le principali leghe di titanio medicale prodotte sono le leghe di titanio di tipo +. In termini di processo di preparazione, la produzione di TC4 (tc4eli) occupa attualmente la principale quota di mercato. Grazie ai suoi certi vantaggi in termini di biocompatibilità e compatibilità meccanica, la lega di titanio di tipo T- è diventata il punto focale della ricerca di nuove leghe di titanio medicale e la tecnologia con il maggior potenziale nel campo degli impianti medici. In futuro, la tecnologia di produzione della lega di titanio dovrebbe svilupparsi verso la direzione del basso modulo, dell'elevata resistenza, della buona biocompatibilità e della compatibilità meccanica. Dal trend di sviluppo, la lega di titanio di tipo diventerà la direzione di sviluppo futura e la corrente principale del mercato delle leghe di titanio medicale.
