การปรับตัวของวัสดุไทเทเนียมกับมนุษย์

เพื่อสังเกตการตอบสนองของไอออนของโลหะต่อการปรับตัวของร่างกายมนุษย์ ในห้องปฏิบัติการ เซลล์ไฟโบรบลาสต์ปอดของหนูทดลองทางการแพทย์ของจีน (เซลล์ V79) และหนู (20-หนูหลังคลอดวัน) เนื้อเยื่อเซลล์ไฟโบรบลาสต์ (เซลล์ I929 ) ฯลฯ . ใช้เซลล์ที่ไวต่อไอออนของโลหะเพื่อดำเนินการวิธีประเมินความสามารถในการปรับตัวของเซลล์ ไอออนแต่ละองค์ประกอบที่จัดทำโดยหน่วยงานบริหารอิสระ องค์กรพื้นฐานเทคโนโลยีการประเมินผลิตภัณฑ์ (คณะกรรมการด้านเทคนิคสำหรับการกำหนดมาตรฐานการประเมินทางชีวภาพของอุปกรณ์การแพทย์) มีผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์ (สิ่งมีชีวิต) ) ปฏิกิริยาและแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ดังแสดงในรูปที่ 1

สิ่งที่เป็นพิษมากที่สุด ได้แก่ วาเนเดียม (V) นิกเกิล (Ni) ทองแดง (Cu) ฯลฯ เมื่อองค์ประกอบข้างต้นมีหน่วยเป็นล้านส่วน (×{{0}}) เซลล์จะตายภายใน ช่วงเวลาสั้น ๆ ยกตัวอย่างวานาเดียม (V) และนิกเกิล (N) ผลการทดลองในเซลล์ V79 แสดงในรูปที่ 2 ผลการทดสอบการแช่หนึ่งสัปดาห์แสดงให้เห็นว่าถ้าความเข้มข้นของนิกเกิลอยู่ที่ประมาณ 10×10-6 (หมายเหตุผู้แปล pm=ส่วนต่อล้าน) เซลล์ทั้งหมดจะตาย ในทางตรงกันข้าม ปริมาณวาเนเดียม (V) ต่ำกว่าสองหลักที่ 0.6 ประมาณ ×10-6 หมายความว่าเซลล์ทั้งหมดตายแล้ว ประการที่สอง เมื่อเนื้อเยื่อแข็ง (กระดูก) และเนื้อเยื่ออ่อน (กล้ามเนื้อ) ของสัตว์ขนาดเล็ก เช่น หนู และกระต่าย ถูกฝังอยู่ในแผ่นโลหะเพื่อทำการทดสอบ จะต้องเป็นโลหะที่มีพิษสูงเหล่านี้สัมผัสกับทั้งเนื้อเยื่อแข็ง (กระดูก) และเนื้อเยื่ออ่อน (กล้ามเนื้อ) บางชนิดทำให้เกิดเนื้อร้าย

ก-ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานในการสร้างประชากรของเซลล์ V79 และความเข้มข้นของไอออนนิกเกิล (Ni)

b-ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานในการสร้างประชากรของเซลล์ V79 และความเข้มข้นของไอออนวาเนเดียม (V)

อีกกลุ่มหนึ่งแสดงถึงอาการบาดเจ็บ ในสถานะที่ฝังและเกาะติด ปฏิกิริยาทางชีวภาพจะเกิดขึ้นบนเนื้อเยื่อเส้นใยที่บริเวณสัมผัสซึ่งถูกขับออกจากร่างกาย เหล็ก อลูมิเนียม ทอง เงิน ฯลฯ ต่างก็มีพฤติกรรมเช่นนี้ วัสดุโลหะทั่วไป เช่น สแตนเลส SUS 304L, สแตนเลส SUS 36L และโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียม ล้วนอยู่ในประเภทนี้ ชิ้นส่วนโลหะที่ฝังอยู่ในเนื้อเยื่อแข็งจะไม่หลอมรวมกับเซลล์กระดูก เมื่อทำการทดสอบการสกัดในอีกไม่กี่สัปดาห์ต่อมา ก็สามารถดึงออกมาได้อย่างราบรื่นโดยไม่มีการต้านทาน

กลุ่มที่สามต้องมีปฏิกิริยากับสิ่งมีชีวิตน้อยที่สุด เมื่อฝังหรือติด ไทเทเนียม (Ti) เซอร์โคเนียม (Zr) ไนโอเบียม (Nb) แทนทาลัม (Ta) และแพลทินัม (Pt) มีความเหมาะสม เมื่อโลหะเหล่านี้ถูกฝังหรือติดอยู่กับร่างกาย โลหะเหล่านี้จะรวมกันอย่างใกล้ชิดกับเซลล์และเนื้อเยื่อของเนื้อเยื่อแข็งและอ่อน แสดงให้เห็นปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงสภาพร่างกาย

ด้วยวิธีนี้ ไทเทเนียมจึงเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตน้อยกว่าและเป็นโลหะที่ปลอดภัยอย่างแน่นอน เมื่อใช้โลหะผสมไททาเนียม ความต้านทานการกัดกร่อนจะต่ำกว่าไททาเนียมบริสุทธิ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมที่ใช้ เมื่อเกิดการกัดกร่อน องค์ประกอบของมันสามารถละลายได้ จำเป็นต้องเลือกองค์ประกอบโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนและไม่สร้างความเสียหาย ในบรรดาโลหะผสมไทเทเนียมนั้น โลหะผสม Ti-6AI-4V ถูกนำมาใช้ในการผลิตเครื่องบินและอุปกรณ์ทางวิศวกรรมที่ทนต่อน้ำทะเลมายาวนาน และมีกรณีการใช้งานจำนวนมาก ในอุตสาหกรรมการแพทย์ การใช้โลหะผสมประเภท ELI ที่มีความต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม (ปริมาณเหล็ก ออกซิเจน และไฮโดรเจน) ถูกนำมาใช้มานานแล้ว อย่างไรก็ตาม ในการวิจัยและพัฒนาเมื่อเร็วๆ นี้ของโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการปลูกถ่ายและสิ่งที่แนบมา ตามรายงานความเป็นอันตรายของโมโนเมอร์ โลหะผสม Ti-13Nb-13Zr ได้รับการสร้างมาตรฐานโดยการแทนที่วาเนเดียม (V) ด้วยไนโอเบียมที่ไม่เป็นอันตราย (Nb) (มาตรฐาน ASTM, ISO) นอกจากนี้ยังมีโลหะผสมที่ดีที่จะปล่อยอะลูมิเนียมออกมาอย่างแข็งขันและกำลังจะเปิดตัว

เนื่องจากเป็นมาตรฐาน American ASTM (รหัส F) สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ จึงเทียบเท่ากับมาตรฐานโลกในยุโรป มาตรฐาน ISO และมาตรฐาน ASTM ได้รับการรวมและรวมเข้ากับมาตรฐานยุโรป ญี่ปุ่นกำลังแยกแยะมาตรฐานในประเทศของตน โดยยึดมาตรฐานที่สอดคล้องกับ ASTM และ ISO และเริ่มกำหนดมาตรฐานตามมาตรฐาน ISO

วัสดุไทเทเนียมที่ระบุในมาตรฐาน ASTM ที่ใช้ในการปลูกถ่ายและส่วนเสริมที่แสดงโดยข้อเข่าเทียม ข้อสะโพก (รวมถึงหัวกระดูกต้นขา) ฯลฯ แสดงอยู่ในตารางที่ 1 ตามรูปร่าง เป็นเวลานานแล้วที่ไทเทเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสม Ti-6AI-4V รวมถึงวัสดุที่เป็นผง ได้ถูกนำมาสร้างเป็นส่วนประกอบและชิ้นส่วนที่มีรูปร่างต่างๆ

ชิ้นส่วนที่ใช้วัสดุไทเทเนียมกันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ ข้อเข่าเทียม ข้อเข่าเทียม แผ่นกระดูก ฯลฯ ซึ่งเหมาะสำหรับการผ่าตัดกระดูก อาการปวดอย่างรุนแรงที่เกิดจากข้ออักเสบ ข้ออักเสบ โรคไขข้อ [ทับศัพท์ว่า Liumaqizim แปลว่า ปวดข้อและกล้ามเนื้ออย่างรุนแรงและยังเป็นโรคภูมิแพ้อีกด้วย - หมายเหตุนักแปล] เป็นต้น ส่งผลให้เดินลำบาก คนไข้ที่เป็นโรคนี้สามารถเข้ารับการผ่าตัดข้อสะโพกเทียมหรือข้อเข่าเทียมได้ อาการปวดจะหายสนิทและสามารถเดินได้ ในญี่ปุ่น มีการผ่าตัดเปลี่ยนข้อสะโพกเทียม 80,000 ครั้ง และการผ่าตัดเปลี่ยนข้อเข่าเทียม 40,000 ครั้งในหนึ่งปี (สถิติปี 2005) ในอนาคตด้วยการมาถึงของสังคมสูงวัย คาดว่าจะใช้อัตราการเติบโตกี่เปอร์เซ็นต์เพื่อตอบสนองความต้องการนี้

ไทเทเนียมไม่เหมาะกับชิ้นส่วนข้อต่อเทียมทั้งหมด ในชิ้นส่วนข้อต่อ ชิ้นส่วนที่มักแกว่งไม่เหมาะเนื่องจากไททาเนียมสวมใส่ง่าย (เซรามิกและโคบอลต์อัลลอยด์เหมาะ) และควรใช้ไททาเนียมอัลลอยด์สำหรับชิ้นส่วนที่ฝังไว้ เพื่อให้รวมเข้ากับกระดูกชีวภาพได้อย่างรวดเร็ว พื้นผิวของโลหะผสมไทเทเนียมจะต้องไม่เรียบและเคลือบด้วยเซ็นเซอร์กระดูก เช่น อะพาไทต์ (อะพาไทต์) และแก้วชีวภาพ นอกจากนี้เล็บไขกระดูกโลหะผสมไทเทเนียมและแผ่นโลหะผสมไทเทเนียมยังใช้สำหรับการตรึงกระดูกหักอีกด้วย รูปที่ 3 แสดงตัวอย่างต่างๆ ของการฝังและการยึดติด

นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในสาขาทันตกรรมด้วยการใช้รากฟันเทียมและอุปกรณ์เสริม ปริมาณไทเทเนียมที่ใช้มีน้อย และทำจากไทเทเนียมบริสุทธิ์ โลหะผสมไทเทเนียม และโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง TiNi รูปร่างประกอบด้วยประเภทแผ่น ประเภทเกลียว ประเภทปลอก และประเภทตะกร้า ดังแสดงในรูปที่ 4 ชิ้นส่วนและส่วนประกอบเหล่านี้ถูกขับเคลื่อนโดยตรงเข้าไปในกระดูกขากรรไกรเพื่อยึดเข้ากับส่วนของเหงือกที่ปลูกไว้ และเคลือบด้วยอะพาไทต์ที่แสดงถึงองค์ประกอบของกระดูก โดยทั่วไปแล้วไทเทเนียมเหมาะมากสำหรับการฝังโลหะในฟัน มีสองวิธี: การหล่อแบบแม่นยำและการขึ้นรูปซูเปอร์พลาสติก เมื่อเทียบกับการใช้โคบอลต์และโครเมียมอัลลอยด์ก่อนหน้านี้ มีน้ำหนักเบากว่าและไม่ทำให้กลิ่นเปลี่ยนในอาหารที่เป็นกรด เนื่องจากการใช้วัสดุไทเทเนียมอยู่นอกเหนือขอบเขตของการวินิจฉัยและการรักษาพยาบาล ราคาจึงค่อนข้างแพง

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์ฝัง (ฝัง) หรืออุปกรณ์เสริมสำหรับอายุรศาสตร์ เมื่อผู้ป่วยทนทุกข์ทรมานจากอัตราการเต้นของหัวใจต่ำ เครื่องกระตุ้นหัวใจ (เครื่องกระตุ้นหัวใจ--อุปกรณ์หดหัวใจห้องล่างอัตโนมัติ) ก็สามารถปลูกฝัง (ฝัง) เพื่อกระตุ้นหัวใจได้ อุปกรณ์ที่รับรองจำนวนการเต้นของหัวใจปกติ - หมายเหตุผู้แปล) สายอิเล็กโทรดถูกฝังจากหลอดเลือดดำใต้กระดูกไหปลาร้าไปยังหัวใจ อิเล็กโทรดนี้จะส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ไปยังเครื่องกระตุ้นหัวใจ ซึ่งจะกลายเป็นเครื่องกระตุ้นหัวใจ ล่าสุดผลิตภัณฑ์เครื่องกระตุ้นหัวใจมีมวล 20 กรัมและความหนา 6 มม. มีขนาดเล็กมากจนต่อด้วยสายอิเล็กโทรดและฝังอยู่ใต้ผิวหนัง แบตเตอรี่และวงจรควบคุมบรรจุอยู่ในภาชนะขนาดเล็ก (กล่อง) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมบริสุทธิ์ที่ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ต้องรักษาอายุการใช้งานแบตเตอรี่ไว้อย่างน้อย 6 ปี ดังนั้นภาชนะ (กล่อง) ขนาดเล็กนี้จึงต้องมีเสถียรภาพและปลอดภัยในระยะยาว ขณะนี้ เกือบ 5,{8}} คนในญี่ปุ่นได้รับประโยชน์

ผลของการรักษาด้วยไทเทเนียมสามารถเห็นได้จากเครื่องมือผ่าตัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผ่าตัดระบบประสาทในระยะยาวที่ใช้เวลานานกว่า 10 ชั่วโมง คีมจะต้องมีน้ำหนักเบา และคีมห้ามเลือดและคีมอื่นๆ จะต้องทำจากไทเทเนียม อุปกรณ์รักษาทางทันตกรรมหลายชนิด เช่น รากฟันเทียม เครื่องมือผ่าตัดสำหรับติด และเครื่องสั่นสำหรับขจัดคราบหินปูน ล้วนทำจากไทเทเนียม นอกเหนือจากการปลูกถ่าย (ฝัง) และสิ่งที่แนบมาแล้ว อุปกรณ์ช่วยเหลือและรถเข็นยังทำจากไทเทเนียมอีกด้วย เมื่อส่วนหนึ่งของแขนขาหายไปเนื่องจากการเจ็บป่วยหรืออุบัติเหตุ ต้องทำแขนขาเทียมเพื่อฟื้นฟูการทำงาน เนื่องจากชิ้นส่วนหลักทำจากโลหะ จึงต้องมีน้ำหนักเบา ทนทาน (ส่วนใหญ่เป็นความต้านทานการกัดกร่อนและความเสียหายจากความเมื่อยล้า) และในแง่ของความเข้ากันได้ทางชีวภาพ (Ni, Cr ฯลฯ) จึงถูกนำมาใช้ ในแง่ของรถเข็นคนพิการ เป้าหมายหลักคือการลดน้ำหนักของรถเข็นคนพิการทั้งหมด ดังนั้นบางรายจึงใช้ไทเทเนียมในชิ้นส่วนโลหะเกือบทั้งหมด เช่น โครงและล้อ