1Основные требования к материалам медицинских имплантатов: биосовместимость, механическое соответствие и долгосрочная безопасность
Имплантаты человека должны соответствовать следующим требованиям:
Нетоксичность и аллергенность: материалы не могут высвобождать вредные вещества или вызывать иммунный ответ;
Механическая совместимость: прочность имплантата и эластичный модуль должны быть близки к костной ткани, чтобы избежать "защиты от стресса", приводящей к атрофии костей;
Устойчивость к коррозии жидкостей организма: остается стабильной в среде электролитов человека (жидкости крови и тканей с pH 7,3-7,4).
2Биосовместимость титановых отливок: научная основа "гармоничного сосуществования" с человеческим телом
Способность инертной поверхности и костной интеграции
Титанобразует фольгу оксида TiO2 на наномасштабе в физиологической среде, и ее химический состав схож с химическим составом гидроксиапатита (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) человеческих костей,которые могут вызывать привязку и пролиферацию остеобластовКлинические данные показывают:
Сила связи междутитанИмплантаты и костная ткань могут достигать 15-25 МПа (эквивалентно 70% прочности естественного костного интерфейса);
Осаждение новой костной ткани натитанВ результате диагностики, обнаруженной на поверхности тела после операции, наблюдается от 6 до 8 недель (по сравнению с более чем 12 неделями для имплантатов из нержавеющей стали).
Нет риска высвобождения ионов металлов
Стандартный электродный потенциалтитансоставляет -1,63 В, который находится в пассивированном состоянии в окружающей среде человеческого тела, а высвобождение ионов < 0,1 мкг/л (намного ниже 5 мкг/л, указанных в стандарте ISO 10993).Имплантаты из нержавеющей стали могут выделять аллергенные ионы, такие как Ni2+ и Cr3+, вызывающий контактный дерматит (редкость заболевания составляет около 5% - 10%).
3. Применениеотливки из титанав ортопедических протезах: полномерные решения от замены сустава до фиксации позвоночника
1Искусственные суставы: спасательная линия, которая заменит "изобретение"
Протезы суставов бедра: ацетабулярные чаши и стебли бедренной кости, отлитые из титановых сплавов (таких как Ti-6Al-4V ELI), имеют следующие характеристики:
Противопоглощение износу: после плазменного распыления поверхности гидроксиапатитным покрытием скорость износа составляет менее 0,1 мм/год (лучше, чем в сплаве кобальт-хром-молибден);
Прорастание костной ткани: пористое титановое покрытие (порозность 60% - 70%, размер поров 300-500 мкм) может способствовать прорастанию костных клеток, образуя "механический замок".
Случай: Система замены бедра с помощью робота "Мако" от Zimmer Biomet использует титановые протезы с 10-летней выживаемостью более 95%.
Протезы коленного сустава: Тибиальные плато и бедренные кондилы из титановых отливок могут достичь сложного изображения изогнутой поверхности с помощью инвестиционного литья, подходят для анатомической структуры человека,и уменьшить риск концентрации стресса.
2Система внутренней фиксации позвоночника: изменение стабильности позвоночника
Титановая клетка: используется для лумбального синтеза, сетчатая структура литой титановой клетки может быть заполнена автологичной костью, а ее модуль эластичности (110GPa) близок к канцелярной кости (1-10GPa),уменьшение стрессовой защиты соседних позвонков;
Педиклевый винт: точность конструкции нитей титановых литейных винтов может достигать ± 0,05 мм, а повреждение костной коры во время имплантации на 30% ниже, чем у винтов из нержавеющей стали.
3Ремонт травм: "невидимая поддержка" для фиксации перелома
Костные пластины и винты: Титановые литья могут быть изготовлены в ультратонкие пластины (толщина 1,5-2 мм), которые подходят для небольших переломов костей в руках и ногах.Послеоперационное рентгеновское развитие ясно и не влияет на диагностику с помощью визуализации;
Интрамедуллярный гвоздь: сила искривления внутримедуллярных гвоздей из титанового сплава на 20% выше, чем у нержавеющей стали,который подходит для фиксации длинных переломов костей (например, переломов бедренного вала).
IV. Применение титановых отливок в оральных имплантатах: "Функциональная реконструкция" от одного зуба до восстановления всего рта
1Однозубковый имплантат: "механическая симуляция", сравнимая с настоящими зубами
Тело имплантата: цилиндрические или конические имплантаты из титановых отливок, после обработки поверхности кислотной гравировкой пескоструйным методом (SLA), время склеивания костей может быть сокращено до 3-4 недель.Например,:
5-летняя выживаемость имплантатов швейцарского типа Straumann (Ti-6Al-4V ELI) составляет > 98%, а уровень успеха на 5% - 8% выше, чем у чистых титановых имплантатов;
Соединение опоры: точность соединения титановой литой опоры и имплантата составляет 50 мкм, что может уменьшить рост бактерий, вызванный микроразрывами.
2Имплантаты полного рта и реставрация челюсти и лица: точное литье сложных конструкций
All-on-4 полный рот имплантат скобки: титановые сплавы скобки изготавливаются с помощью инвестиционной технологии литья, которая может фиксировать 4-6 имплантатов одновременно для поддержки восстановления протеза,и уменьшить вес на 40% по сравнению с традиционными сегментированными реставрациями;
Реставрации челюсти и лица: Титановые литья можно настроить для изготовления сложных реставраций челюстно-лицевых дефектов, таких как цигоматические кости и челюсти.Титановые челюстно-лицевые протезы немецкой компании BEGO моделируются с помощью данных КТ, а погрешность подхода меньше 0,3 мм.
5Другие инновационные применения титановых литей в медицинской области
Сердечно-сосудистые имплантаты:
Титано-никелевая сплав(сплав памяти) используются для изготовления сосудистых стентов, которые восстанавливают заданную форму при температуре тела и поддерживают внутренний диаметр кровеносного сосуда.Их гибкость в 5 раз выше, чем у стальных стентов.;
Ушные имплантаты:
Искусственные костные цепи из титановых отливок весят всего 0,1 - 0,3 грамма, а эффективность звукопроводности у них на 30% выше, чем у пластиковых имплантатов.Они подходят для пациентов с нарушением слуха.;
Ремонт мягких тканей:
ТитанПокрытые пластыри используются для лечения грыжи брюшной стенки.Их пористая структура может способствовать росту волокнистой ткани и снизить риск смещения пластырей (скорость смещения традиционных полипропиленовых пластырей составляет около 8% - 12%)..
VI. Будущие тенденции: от "функциональной замены" к "биологически активной интеграции"
Обновление технологии модификации поверхности:
Поверхность титановых отливок покрыта биоактивным стеклом (например, 45S5 Bioglass®), который может высвобождать ионы Ca2+ и PO43- для стимулирования минерализации костей и ускорения интеграции костей;
Комбинация 3D-печати и литья:
Во-первых, используйте технологию SLM для печати пористыхтитани затем заполнять плотные титановые оболочки путем инвестиционного литья для достижения композитной структуры "пористой поверхности + плотного ядра",при этом удовлетворяя потребности костного роста и механической поддержки;
Исследования и разработки деградирующих сплавов титана:
Сплав магниятитан(например, Ti-2Mg-3Zn) может медленно разлагаться в организме, высвобождая ионы магния для стимулирования остеогенеза, и подходит для краткосрочной фиксации (например, фиксации переломов у детей).
Заключение: Титановые литья стали "золотым материалом" в области медицинских имплантатов благодаря их отличной биосовместимости, механическим свойствам и возможностям точного формования.От ортопедических больших суставов до микроимплантатов для полости рта, его преимущества заключаются не только в замене поврежденных тканей, но и в содействии развитию регенеративной медицины через "гармоничное взаимодействие" между материалами и человеческим телом.С инновациями в области поверхностного проектирования и сплавов, применение титановых отливок в персонализированной медицине и точных лечениях будет продолжать углубляться, предоставляя пациентам более долговечные и более удобные имплантантные решения.
1Основные требования к материалам медицинских имплантатов: биосовместимость, механическое соответствие и долгосрочная безопасность
Имплантаты человека должны соответствовать следующим требованиям:
Нетоксичность и аллергенность: материалы не могут высвобождать вредные вещества или вызывать иммунный ответ;
Механическая совместимость: прочность имплантата и эластичный модуль должны быть близки к костной ткани, чтобы избежать "защиты от стресса", приводящей к атрофии костей;
Устойчивость к коррозии жидкостей организма: остается стабильной в среде электролитов человека (жидкости крови и тканей с pH 7,3-7,4).
2Биосовместимость титановых отливок: научная основа "гармоничного сосуществования" с человеческим телом
Способность инертной поверхности и костной интеграции
Титанобразует фольгу оксида TiO2 на наномасштабе в физиологической среде, и ее химический состав схож с химическим составом гидроксиапатита (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) человеческих костей,которые могут вызывать привязку и пролиферацию остеобластовКлинические данные показывают:
Сила связи междутитанИмплантаты и костная ткань могут достигать 15-25 МПа (эквивалентно 70% прочности естественного костного интерфейса);
Осаждение новой костной ткани натитанВ результате диагностики, обнаруженной на поверхности тела после операции, наблюдается от 6 до 8 недель (по сравнению с более чем 12 неделями для имплантатов из нержавеющей стали).
Нет риска высвобождения ионов металлов
Стандартный электродный потенциалтитансоставляет -1,63 В, который находится в пассивированном состоянии в окружающей среде человеческого тела, а высвобождение ионов < 0,1 мкг/л (намного ниже 5 мкг/л, указанных в стандарте ISO 10993).Имплантаты из нержавеющей стали могут выделять аллергенные ионы, такие как Ni2+ и Cr3+, вызывающий контактный дерматит (редкость заболевания составляет около 5% - 10%).
3. Применениеотливки из титанав ортопедических протезах: полномерные решения от замены сустава до фиксации позвоночника
1Искусственные суставы: спасательная линия, которая заменит "изобретение"
Протезы суставов бедра: ацетабулярные чаши и стебли бедренной кости, отлитые из титановых сплавов (таких как Ti-6Al-4V ELI), имеют следующие характеристики:
Противопоглощение износу: после плазменного распыления поверхности гидроксиапатитным покрытием скорость износа составляет менее 0,1 мм/год (лучше, чем в сплаве кобальт-хром-молибден);
Прорастание костной ткани: пористое титановое покрытие (порозность 60% - 70%, размер поров 300-500 мкм) может способствовать прорастанию костных клеток, образуя "механический замок".
Случай: Система замены бедра с помощью робота "Мако" от Zimmer Biomet использует титановые протезы с 10-летней выживаемостью более 95%.
Протезы коленного сустава: Тибиальные плато и бедренные кондилы из титановых отливок могут достичь сложного изображения изогнутой поверхности с помощью инвестиционного литья, подходят для анатомической структуры человека,и уменьшить риск концентрации стресса.
2Система внутренней фиксации позвоночника: изменение стабильности позвоночника
Титановая клетка: используется для лумбального синтеза, сетчатая структура литой титановой клетки может быть заполнена автологичной костью, а ее модуль эластичности (110GPa) близок к канцелярной кости (1-10GPa),уменьшение стрессовой защиты соседних позвонков;
Педиклевый винт: точность конструкции нитей титановых литейных винтов может достигать ± 0,05 мм, а повреждение костной коры во время имплантации на 30% ниже, чем у винтов из нержавеющей стали.
3Ремонт травм: "невидимая поддержка" для фиксации перелома
Костные пластины и винты: Титановые литья могут быть изготовлены в ультратонкие пластины (толщина 1,5-2 мм), которые подходят для небольших переломов костей в руках и ногах.Послеоперационное рентгеновское развитие ясно и не влияет на диагностику с помощью визуализации;
Интрамедуллярный гвоздь: сила искривления внутримедуллярных гвоздей из титанового сплава на 20% выше, чем у нержавеющей стали,который подходит для фиксации длинных переломов костей (например, переломов бедренного вала).
IV. Применение титановых отливок в оральных имплантатах: "Функциональная реконструкция" от одного зуба до восстановления всего рта
1Однозубковый имплантат: "механическая симуляция", сравнимая с настоящими зубами
Тело имплантата: цилиндрические или конические имплантаты из титановых отливок, после обработки поверхности кислотной гравировкой пескоструйным методом (SLA), время склеивания костей может быть сокращено до 3-4 недель.Например,:
5-летняя выживаемость имплантатов швейцарского типа Straumann (Ti-6Al-4V ELI) составляет > 98%, а уровень успеха на 5% - 8% выше, чем у чистых титановых имплантатов;
Соединение опоры: точность соединения титановой литой опоры и имплантата составляет 50 мкм, что может уменьшить рост бактерий, вызванный микроразрывами.
2Имплантаты полного рта и реставрация челюсти и лица: точное литье сложных конструкций
All-on-4 полный рот имплантат скобки: титановые сплавы скобки изготавливаются с помощью инвестиционной технологии литья, которая может фиксировать 4-6 имплантатов одновременно для поддержки восстановления протеза,и уменьшить вес на 40% по сравнению с традиционными сегментированными реставрациями;
Реставрации челюсти и лица: Титановые литья можно настроить для изготовления сложных реставраций челюстно-лицевых дефектов, таких как цигоматические кости и челюсти.Титановые челюстно-лицевые протезы немецкой компании BEGO моделируются с помощью данных КТ, а погрешность подхода меньше 0,3 мм.
5Другие инновационные применения титановых литей в медицинской области
Сердечно-сосудистые имплантаты:
Титано-никелевая сплав(сплав памяти) используются для изготовления сосудистых стентов, которые восстанавливают заданную форму при температуре тела и поддерживают внутренний диаметр кровеносного сосуда.Их гибкость в 5 раз выше, чем у стальных стентов.;
Ушные имплантаты:
Искусственные костные цепи из титановых отливок весят всего 0,1 - 0,3 грамма, а эффективность звукопроводности у них на 30% выше, чем у пластиковых имплантатов.Они подходят для пациентов с нарушением слуха.;
Ремонт мягких тканей:
ТитанПокрытые пластыри используются для лечения грыжи брюшной стенки.Их пористая структура может способствовать росту волокнистой ткани и снизить риск смещения пластырей (скорость смещения традиционных полипропиленовых пластырей составляет около 8% - 12%)..
VI. Будущие тенденции: от "функциональной замены" к "биологически активной интеграции"
Обновление технологии модификации поверхности:
Поверхность титановых отливок покрыта биоактивным стеклом (например, 45S5 Bioglass®), который может высвобождать ионы Ca2+ и PO43- для стимулирования минерализации костей и ускорения интеграции костей;
Комбинация 3D-печати и литья:
Во-первых, используйте технологию SLM для печати пористыхтитани затем заполнять плотные титановые оболочки путем инвестиционного литья для достижения композитной структуры "пористой поверхности + плотного ядра",при этом удовлетворяя потребности костного роста и механической поддержки;
Исследования и разработки деградирующих сплавов титана:
Сплав магниятитан(например, Ti-2Mg-3Zn) может медленно разлагаться в организме, высвобождая ионы магния для стимулирования остеогенеза, и подходит для краткосрочной фиксации (например, фиксации переломов у детей).
Заключение: Титановые литья стали "золотым материалом" в области медицинских имплантатов благодаря их отличной биосовместимости, механическим свойствам и возможностям точного формования.От ортопедических больших суставов до микроимплантатов для полости рта, его преимущества заключаются не только в замене поврежденных тканей, но и в содействии развитию регенеративной медицины через "гармоничное взаимодействие" между материалами и человеческим телом.С инновациями в области поверхностного проектирования и сплавов, применение титановых отливок в персонализированной медицине и точных лечениях будет продолжать углубляться, предоставляя пациентам более долговечные и более удобные имплантантные решения.
