Τεχνητή Ανάλυση Υλικών Κοινών: Ιατρικό Εμφυτευτικό Μεταλλικό; Πολυμερή; Κεραμικά?

2. Μεταλλικά υλικά

Τα μεταλλικά υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως σε τεχνητές αρθρώσεις λόγω των καλών μηχανικών ιδιοτήτων τους, της ευκολίας επεξεργασίας και σταθερότητας. Τα κύρια μεταλλικά υλικά περιλαμβάνουν ανοξείδωτο χάλυβα, κράματα με βάση το κοβάλτιο, κράματα τιτανίου και μέταλλα τανταλίας.

Κράμα τιτανίου


Το τιτάνιο είναι ένα σημαντικό δομικό μέταλλο που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1950. Το πρώτο κράμα τιτανίου που χρησιμοποιήθηκε ήταν το κράμα TI-6AL-4V που αναπτύχθηκε με επιτυχία το 1954 στις Ηνωμένες Πολιτείες, το οποίο έγινε το κράμα άσου στη βιομηχανία κράματος τιτανίου λόγω της καλύτερης αντοχής της θερμότητας, της αντοχής, της πλαστικότητας, της ανθεκτικότητας, της διαμόρφωσης, της συγκολλητικότητας, της διάβρωσης Αντίσταση και βιοσυμβατότητα. Στη δεκαετία του 1950, αναπτύχθηκε ως αεροσυνοδός και αεροσκάφος και η κύρια εφαρμογή της στον κλάδο χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή, υψηλή πλαστικότητα, υψηλή ανθεκτικότητα και υψηλή ανοχή βλάβης μετάλλων. Επί του παρόντος, το εγχώριο πρότυπο για το κράμα TI-6AL-4V για τεχνητές αρθρώσεις είναι το YY 0117.2-2005.

Ανοξείδωτο ατσάλι

Το ανοξείδωτο χάλυβα είναι το πρώτο υλικό που χρησιμοποιείται στην τεχνητή πρόσθια των αρθρώσεων, έχει μια ορισμένη αντοχή στη διάβρωση και μηχανική αντοχή, αλλά περιέχει στοιχεία όπως το NI έχει τερατογόνο αποτέλεσμα, που δεν είναι κατάλληλο για μακροχρόνια παραμονή στο σώμα 1, επιπλέον υλικό από ανοξείδωτο χάλυβα, Το ίδιο δεν είναι βιολογικά ενεργό, είναι δύσκολο να σχηματιστεί ένας σταθερός και συμπαγής δεσμός με οστικό ιστό. Ως εκ τούτου, στα τεχνητά υλικά άρθρωσης, ο ανοξείδωτος χάλυβας αντικαθίσταται σταδιακά από κράματα με βάση το κοβάλτιο και κράματα τιτανίου. Τα τελευταία χρόνια, η κλινική χρήση των κραμάτων με βάση το κοβάλτιο και των κραμάτων τιτανίου ως τεχνητά υλικά πρόσθεσης.

Σε σύγκριση με τον ανοξείδωτο χάλυβα, το φιλμ παθητικοποίησης του κράματος με βάση το κοβάλτιο είναι πιο σταθερό και έχει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση. Τα μειονεκτήματά του περιλαμβάνουν κυρίως την έκπλυση του πλάσματος CO και Ni που προκαλείται από τη διάβρωση των μεταλλικών τριβών, η οποία διεγείρει την έκκριση των κυτοκινών 0pg και άλλων ουσιών2 και προκαλεί νέκρωση των οστικών κυττάρων και των ιστών in vivo, οδηγώντας έτσι σε επιπλοκές όπως η χαλάρωση της άρθρωσης του ασθενούς και βύθιση της κοινής πρόσθεσης.

Κράμα κοβαλτίου-χρωμίου


Το κράμα κοβαλτίου-χρωμίου είναι ένα σκληρό κράμα που είναι ανθεκτικό σε διάφορους τύπους φθοράς και διάβρωσης καθώς και οξείδωση υψηλής θερμοκρασίας. Το κράμα ή το στεατικό κράμα (Stearic κράμα (Stearic ήταν εφευρέθηκε από το 1907). Τα κράματα με βάση το κοβάλτιο κατασκευάζονται με κοβάλτιο ως κύριο συστατικό και περιέχουν σημαντικές ποσότητες νικελίου, χρωμίου, βολφραμίου και μικρών ποσοτήτων μολυβδαινίου, niobium, tantalum, τιτανίου, λανθάνου και άλλων στοιχείων κράματος.


Το κοβάλτιο και το χρώμιο είναι τα δύο βασικά στοιχεία των κραμάτων με βάση το κοβάλτιο, ενώ η προσθήκη του μολυβδαινίου δίνει ένα λεπτότερο σιτάρι και υψηλότερη αντοχή μετά από χύτευση ή σφυρηλάτηση. Τα κράματα κοβαλτίου-χρωμίου-molybdenum διαιρούνται βασικά σε δύο κατηγορίες: το ένα είναι κράματα CoCRMO, τα οποία είναι συνήθως χυτά προϊόντα και το άλλο είναι κράματα ConicRMO, τα οποία είναι συνήθως (ζεστά) σφυρήλατα για κατεργασία ακρίβειας. Τα τεχνητά προϊόντα κοινών χρησιμοποιούνται συνήθως ως κράματα CoCRMO, και μπορούν επίσης να κατασκευαστούν εμφυτεύματα που σχετίζονται με οδοντιατρικά. Προς το παρόν, το εγχώριο πρότυπο για τη χύτευση κράματος CoCRMO είναι YY 0117.3-2005.

ΠΟΡΕΑ ΤΑΝΤΑΛΙΑ ΜΕΤΡΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

Το πορώδες υλικό του ταντάλου είναι ένας νέος τύπος ορθοπεδικού υλικού εμφυτεύματος που έχει εμφανιστεί πρόσφατα. Λόγω της καλής ιστοσυμβατότητάς του, του υψηλού πορώδους, του υψηλού συντελεστή τριβής επιφάνειας και του χαμηλού ελαστικού συντελεστή, έχει αναγνωριστεί ως ιδανικό ορθοπεδικό υλικό εμφυτεύματος. Η δομή των πόρων του πορώδους μέταλλο ταντάλου είναι παρόμοια με εκείνη των δομών των ακυτταρικών οστών, με τρισδιάστατη δομή πόρων, η οποία είναι πολύ κατάλληλη για τη μακρά είσοδο του οστικού ιστού. Ο ελαστικός συντελεστής του ταιριάζει με το ελαστικό μέτρο του οστικού ιστού στη θέση εμφύτευσης, αποφεύγοντας το φαινόμενο κάλυψης του στρες. Το πορώδες ταντάλιο είναι χημικά σταθερό στο περιβάλλον του σωματικού υγρού και παρουσιάζει εξαιρετική βιοσυμβατότητα. Τα πολλά πλεονεκτήματα του πορώδους μέταλλο Tantalum οδήγησαν στο αυξανόμενο ενδιαφέρον του και ευρέως διαδεδομένη χρήση σε κλινικές εφαρμογές.


Πηγή εικόνας: Διαδίκτυο

Τα δημόσια δεδομένα δείχνουν ότι η αγορά ιατρικών συσκευών αυξάνεται σε CAGR 5,6% από το 2018-2024 (πηγή: δημιουργίες Firestone). Όσον αφορά την κατάτμηση, οι πωλήσεις ορθοπεδικών ιατρικών συσκευών είναι 36,5 δισεκατομμύρια δολάρια, αντιπροσωπεύοντας το 9% του παγκόσμιου μεριδίου ιατρικών συσκευών. Πώς η επιλογή υλικού, ο σχεδιασμός των προϊόντων και η βιολογική αξιολόγηση των μεταλλικών ορθοπεδικών εμφυτευμάτων γίνονται σήμερα μια πιεστική πρόκληση;

3. Κεραμικά υλικά

Στον ιατρικό τομέα, τα κεραμικά χρησιμοποιούνται ως υλικά εμφυτεύματος όχι μόνο για τεχνητές αρθρώσεις, αλλά και για προφορική προσθετική. Μεταξύ αυτών, τα κεραμικά οδοντικά εμφυτεύματα αποτελούν πιθανή αγορά ενδιαφέροντος για εταιρείες κεραμικών υλικών παγκοσμίως.

Τα κεραμικά υλικά είναι ένας νέος τύπος προσθετικού υλικού που εμφανίστηκε μετά από μεταλλικό και πολυαιθυλένιο. Χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της καλής βιοσυμβατότητας και του χαμηλού ποσοστού φθοράς. Χρησιμοποιείται κυρίως για την κοτυλιαία επένδυση, το μηριαίο τμήμα της κεφαλής ή την πρόθεση του μηριαίου κονδύλου. Τα πιάτα που χρησιμοποιούμε στη ζωή είναι επίσης κατασκευασμένα από κεραμικά, αλλά το κεραμικό υλικό που επιλέγεται για την κοινή πρόθεση είναι πολύ διαφορετικό από το κεραμικό που χρησιμοποιείται για τα πιάτα.

Το κεραμικό που χρησιμοποιείται στη ζωή είναι φτιαγμένο από πηλό που συσσωρεύεται σε υψηλές θερμοκρασίες, ενώ το κεραμικό που χρησιμοποιείται στην κοινή πρόθεση είναι κατασκευασμένη από αλουμίνα υψηλής καθαρότητας και ζιρκόνια και η θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης είναι υψηλότερη και αυστηρά ελεγχόμενη. Οι τεχνητές αρθρώσεις ισχίου, από την άλλη πλευρά, χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: κεραμικό-κεραμικό, κεραμικό-πολυαιθυλενίου και αλουμινίου-πολυαιθυλενίου, ανάλογα με το υλικό της κεφαλής της σφαίρας και το κοτόπουλο. Η κύρια διαφορά μεταξύ του κεραμικού-κεραμικού, του κεραμικού-πολυαιθυλενίου και του κράματος-πολυαιθυλενίου αντικατοπτρίζεται στις μηχανικές και βιολογικές ιδιότητες. Ειδικά υλικά και συγκεκριμένες διαδικασίες παράγουν κεραμικά που είναι τόσο ανθεκτικά όσο και σκληρά με φθορά. Η βιβλιογραφία αναφέρει ότι οι προσθέσεις ισχίου που φτιάχνονται από κεραμικά φορούν μόνο 5 μικρά ετησίως, καθιστώντας τα ανθεκτικά και την καλύτερη επιλογή για τους νέους ασθενείς.

Η τεχνητή αντικατάσταση της άρθρωσης έχει χαιρετιστεί ως ένα από τα σημαντικότερα ορόσημα στην ιστορία της ορθοπεδικής χειρουργικής τον 20ο αιώνα και ο ακρογωνιαίος λίθος της δημιουργίας και ανάπτυξης της κοινής αντικατάστασης έγκειται στις κοινές προθέσεις. Μια κοινή πρόθεση μπορεί να φαίνεται ασήμαντη, αλλά είναι το αποτέλεσμα της ενσωμάτωσης της επιστήμης και της τεχνολογίας σε πολλούς τομείς όπως η ιατρική, η μεταλλουργία, τα υλικά, οι χημικές ουσίες και η μηχανική και είναι αποτέλεσμα δεκαετιών κοινών προσπαθειών μεταξύ ορθοπεδικών χειρουργών και επιστημόνων από διαφορετικά πεδία. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, όλο και πιο εξαιρετικά προσθετικά υλικά θα εμφανιστούν προς όφελος των ασθενών, έτσι ώστε οι ασθενείς να μπορούν να απαλλαγούν από ασθένειες των αρθρώσεων.