تحليل مواد المفصل الاصطناعي: المعدن الطبي القابل للزرع؟ البوليمرات؟ سيراميك؟

2. المواد المعدنية

تستخدم المواد المعدنية على نطاق واسع في المفاصل الاصطناعية بسبب خصائصها الميكانيكية الجيدة وسهولة المعالجة والاستقرار. تشمل المواد المعدنية الرئيسية الفولاذ المقاوم للصدأ ، والسبائك القائمة على الكوبالت ، وسبائك التيتانيوم ، والمعادن التانتالوم.

سبائك التيتانيوم


التيتانيوم هو معدن هيكلي مهم تم تطويره في الخمسينيات. كانت سبيكة التيتانيوم الأولى المستخدمة هي سبيكة TI-6AL-4V التي تم تطويرها بنجاح في عام 1954 في الولايات المتحدة ، والتي أصبحت سبيكة ACE في صناعة سبيكة التيتانيوم بسبب مقاومة حرارة أفضل ، وقوتها ، والصلابة ، والتشكيل ، واللحام ، والتآكل المقاومة والتوافق الحيوي. في الخمسينيات من القرن الماضي ، تم تطويره كمواد جسم ذات محرك جوي وطائرات ، ويتميز تطبيقها الرئيسي في هذه الصناعة بالقوة العالية واللدونة العالية والصلابة العالية والتسامح العالي من الأضرار المعدنية. في الوقت الحاضر ، فإن المعيار المحلي لسبائك TI-6AL-4V للمفاصل الاصطناعية هو YY 0117.2-2005.

الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ هي أول مادة تستخدم في الاصطناعية الاصطناعية المفصل ، لها مقاومة بعض التآكل والقوة الميكانيكية ، ولكنها تحتوي على عناصر مثل Ni لها تأثير مسخري ، غير مناسب للإقامة على المدى الطويل في الجسم 1 ، بالإضافة إلى مادة الفولاذ المقاوم للصدأ في حد ذاتها ليست نشطة بيولوجيًا ، من الصعب تشكيل رابطة مستقرة ومستقرة مع أنسجة العظام. لذلك ، في مواد المفصل الاصطناعي ، يتم استبدال الفولاذ المقاوم للصدأ تدريجيا بسبائك قائم على الكوبالت وسبائك التيتانيوم. في السنوات الأخيرة ، فإن الاستخدام السريري للسبائك القائمة على الكوبالت وسبائك التيتانيوم كمواد اصطناعية مصطنعة.

بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإن فيلم التخميل للسبائك القائمة على الكوبالت أكثر استقرارًا ولديه مقاومة تآكل أفضل. تشمل عيوبها بشكل أساسي ترشيح البلازما CO و NI الناتجة عن تآكل الاحتكاك المعدني ، والذي يحفز إفراز السيتوكينات 0pg والمواد الأخرى 2 ويسبب نخر خلايا العظام والأنسجة في الجسم الحي ، مما يؤدي إلى مضاعفات مثل تخفيف مفصل المريض و غرق الاصطناعية المشتركة.

سبيكة الكوبالت كروميوم


سبيكة الكوبالت كروميوم هي سبيكة صلبة مقاومة لأنواع مختلفة من التآكل والتآكل وكذلك الأكسدة عالية الحرارة. يشار إليها عادة باسم سبيكة الكوبالت-كروموم تونغستن (موليبدينوم) أو سبيكة ستير (تم اختراع سبيكة ستيرك من قبل أمريكا إلوود هاينس في عام 1907). تصنع السبائك المستندة إلى الكوبالت مع الكوبالت كمكون رئيسي وتحتوي على كميات كبيرة من النيكل والكروم والتنغستن وكميات صغيرة من الموليبدينوم ، النيوبيوم ، التانتالوم ، التيتانيوم ، اللانثانوم وعناصر السبائك الأخرى.


الكوبالت والكروم هما العنصران الأساسيان للسبائك القائمة على الكوبالت ، في حين أن إضافة الموليبدينوم يعطي حبة أدق وقوة أعلى بعد الصب أو التزوير. يتم تقسيم سبائك الكوبالت-كروموم-موليبدينوم بشكل أساسي إلى فئتين: إحداها هي سبائك كوقراطية ، والتي عادة ما تكون منتجات مصبوبة ، والآخر هو سبائك conicrmo ، والتي عادة ما تكون (ساخنة) مزورة للآلات الدقيقة. يتم استخدام منتجات المفصل الاصطناعي بشكل شائع كسبائك cocrmo المصبوب ، ويمكن أيضًا تصنيع عمليات زراعة الأسنان. في الوقت الحاضر ، فإن المعيار المحلي لإلقاء سبيكة Cocrmo هو YY 0117.3-2005.

مواد معدنية تانتالوم التي يسهل اختراقها

مادة tantalum التي يسهل اختراقها هي نوع جديد من مواد زرع العظام التي ظهرت مؤخرًا. نظرًا لتوافقه النسيجي الجيد ، والمسامية العالية ، ومعامل الاحتكاك السطحي العالي ، ومعامل مرونة منخفضة ، فقد تم التعرف عليه كمواد مثالية لزرع العظام. يشبه بنية مسام المعدن التانتالوم الذي يسهل اختراقه هيكل المسام المتصلة ثلاثية الأبعاد ، وهو مناسب جدًا للدخول الطويل للأنسجة العظمية ؛ يطابق معامله المرن مع المعامل المرن للأنسجة العظمية في موقع الزرع ، وتجنب تأثير إخفاء الإجهاد. Tantalum المسامي مستقر كيميائيًا في بيئة سائل الجسم ويظهر توافقًا حيويًا ممتازًا. أدت المزايا العديدة للمعادن التي يسهل اختراقها إلى زيادة اهتمامها واستخدامها على نطاق واسع في التطبيقات السريرية.


مصدر الصورة: الإنترنت

تُظهر البيانات العامة أن سوق الأجهزة الطبية ينمو بمعدل سنوي مركب بلغ 5.6 ٪ من 2018-2024 (المصدر: إبداعات Firestone). من حيث التجزئة ، تبلغ مبيعات العظام الطبية 36.5 مليار دولار ، وهو ما يمثل 9 ٪ من حصة الجهاز الطبي العالمي. كيف يصبح اختيار المواد وتصميم المنتجات والتقييم البيولوجي لزراعة العظام المعدنية تحديًا ملحوظًا اليوم؟

3. مواد السيراميك

في المجال الطبي ، تُستخدم السيراميك كمواد زرع ليس فقط للمفاصل الاصطناعية ، ولكن أيضًا من أجل الأطراف الاصطناعية عن طريق الفم. من بين هؤلاء ، تعتبر زراعة الأسنان السيراميك سوقًا محتملاً للاهتمام لشركات المواد السيراميكية في جميع أنحاء العالم.

المواد الخزفية هي نوع جديد من المواد الاصطناعية التي ظهرت بعد المعادن والبولي إيثيلين. يستخدم على نطاق واسع بسبب توافقه الحيوي الجيد ومعدل التآكل المنخفض. يستخدم بشكل أساسي لبطانة الأسيتابية أو جزء الرأس الفخذي أو الاصطناعي الفخذي. الأطباق التي نستخدمها في الحياة مصنوعة أيضًا من السيراميك ، لكن المواد السيرامية التي تم اختيارها للأطراف الاصطناعية المشتركة تختلف تمامًا عن السيراميك المستخدم للأطباق.

الخزف المستخدم في الحياة مصنوع من الطين الذي يتم التلبس في درجات حرارة عالية ، في حين أن السيراميك المستخدم في الاصطناعي المفصل مصنوع من ألومينا نقاء عالية وزركونيا ، ودرجة حرارة التلبد أعلى وأكثر تحكمًا بشكل صارم. من ناحية أخرى ، يتم تقسيم مفاصل الورك الاصطناعية إلى ثلاث فئات: السيراميك السيراميك ، والسيفور بولي إيثيلين ، والدولي إيثيلين ، اعتمادًا على مادة رأس الكرة وكأس الأسيتابول. ينعكس الفرق الرئيسي بين السيراميك السيراميك والسيفور بولي إيثيلين وسبائك الإيثيلين في الخواص الميكانيكية والبيولوجية. المواد الخاصة وعمليات محددة تنتج السيراميك التي هي مقاومة للارتداء وصعبة. تشير الأدب إلى أن الأطراف الاصطناعية المصنوعة من السيراميك ترتدي 5 ميكرون فقط في السنة ، مما يجعلها متينة وأفضل خيار للمرضى الشباب.

تم الترحيب ببديل للمفاصل الاصطناعي كواحد من المعالم الرئيسية في تاريخ جراحة العظام في القرن العشرين ، وتتمكن حجر الزاوية في إنشاء وتطوير البديل المشترك في الأطراف الاصطناعية المشتركة. قد تبدو الأطراف الاصطناعية المشتركة غير مهمة ، لكنها نتيجة لدمج العلوم والتكنولوجيا في العديد من المجالات مثل الطب والمعادن والمواد والمواد الكيميائية والميكانيكا ، وهي نتيجة لعقود من الجهود المشتركة بين جراحين العظام والعلماء من مختلف المجالات. مع تطور التكنولوجيا ، ستظهر المزيد من المواد الاصطناعية ممتازة لصالح المرضى ، حتى يتمكن المرضى من التخلص من أمراض المفاصل.