Analisi del materiale articolare artificiale: metallo impiantabile medico? Polimeri? Ceramica?

2. Materiali metallici

I materiali metallici sono ampiamente utilizzati nelle articolazioni artificiali a causa delle loro buone proprietà meccaniche, facilità di elaborazione e stabilità. I principali materiali in metallo includono acciaio inossidabile, leghe a base di cobalto, leghe di titanio e metalli tantalum.

Lega di titanio


Il titanio è un importante metallo strutturale sviluppato negli anni '50. La prima lega di titanio utilizzata fu la lega Ti-6al-4v sviluppata con successo nel 1954 negli Stati Uniti, che divenne la lega asso nel settore della lega di titanio a causa della sua migliore resistenza al calore, resistenza, plasticità, tenabilità, formabilità, saldabilità, corrosione Resistenza e biocompatibilità. Negli anni '50, è stato sviluppato come materiale aerodinamico e del corpo dell'aeromobile e la sua principale applicazione nel settore è caratterizzata da alta resistenza, alta plasticità, alta tenacità e elevata tolleranza ai danni dei metalli. Al momento, lo standard interno per la lega Ti-6al-4v per giunti artificiali è YY 0117.2-2005.

Acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile è il primo materiale utilizzato nella protesi artificiale delle articolazioni, ha una certa resistenza alla corrosione e resistenza meccanica, ma contiene elementi come la NI ha un effetto teratogenico, non adatto a un soggiorno a lungo termine nel corpo 1, inoltre, materiale in acciaio inossidabile stesso non è biologicamente attivo, è difficile formare un legame stabile e solido con il tessuto osseo. Pertanto, nei materiali dell'articolazione artificiale, l'acciaio inossidabile viene gradualmente sostituito da leghe a base di cobalto e leghe di titanio. Negli ultimi anni, l'uso clinico di leghe a base di cobalto e leghe di titanio come materiali per protesi articolari artificiali.

Rispetto all'acciaio inossidabile, il film di passivazione della lega a base di cobalto è più stabile e ha una migliore resistenza alla corrosione. I suoi svantaggi includono principalmente la lisciviazione del plasma di CO e Ni causato dalla corrosione dell'attrito metallico, che stimola la secrezione di citochine 0pg e altre sostanze2 e provoca necrosi di cellule ossee e tessuti in Vivo, portando così a complicanze come l'affermazione dell'articolazione del paziente e Affondamento della protesi articolare.

Lega di cobalto-cromo


La lega di cobalto-cromo è una lega dura resistente a vari tipi di usura e corrosione, nonché ossidazione ad alta temperatura. È comunemente indicato come lega di cobalto-cromo-tungsteno (molibdeno) o lega stearica (la lega stearica è stata inventata da American Elwood Hayness nel 1907). Le leghe a base di cobalto sono realizzate con cobalto come componente principale e contengono notevoli quantità di nichel, cromo, tungsteno e piccole quantità di molibdeno, niobio, tantatalum, titanio, lantanio e altri elementi di allegamento.


Il cobalto e il cromo sono i due elementi di base delle leghe a base di cobalto, mentre l'aggiunta di molibdeno fornisce un grano più fine e una resistenza più alta dopo il casting o la forgiatura. Le leghe di cobalto-cromo-molibdeno sono sostanzialmente divise in due categorie: una è leghe di cocrmo, che di solito sono prodotti gettati, e l'altra è leghe conicrmo, che di solito sono (calde) forgiate per la lavorazione di precisione. I prodotti articolari artificiali sono comunemente usati come leghe di Cocrmo cast e possono anche essere fabbricati impianti dentali. Al momento, lo standard interno per il casting Cocrmo Letre è YY 0117.3-2005.

Materiali in metallo poroso tantalum

Il materiale di tantalum poroso è un nuovo tipo di materiale di impianto ortopedico che è emerso di recente. A causa della sua buona istocompatibilità, elevata porosità, coefficiente di attrito superficiale elevato e modulo a basso elastico, è stato riconosciuto come un materiale di impianto ortopedico ideale. La struttura dei pori del metallo di tantalio poroso è simile a quella delle trabecole ossee spiclo, con una struttura poro tridimensionale collegata, che è molto adatta per la lunga entrata del tessuto osseo; Il suo modulo elastico corrisponde al modulo elastico del tessuto osseo nel sito di impianto, evitando l'effetto di mascheramento dello stress. Il tantalum poroso è chimicamente stabile nell'ambiente fluido corporeo e presenta un'eccellente biocompatibilità. I numerosi vantaggi del metallo poroso hanno portato al suo crescente interesse e all'uso diffuso nelle applicazioni cliniche.


Fonte dell'immagine: Internet

I dati pubblici mostrano che il mercato dei dispositivi medici sta crescendo a un CAGR del 5,6% dal 2018-2024 (fonte: creazioni di Firestone). In termini di segmentazione, le vendite di dispositivi medici ortopedici sono di $ 36,5 miliardi, rappresentando il 9% della quota globale dei dispositivi medici. In che modo la selezione dei materiali, la progettazione del prodotto e la valutazione biologica degli impianti ortopedici metallici diventano oggi una sfida urgente?

3. Materiali in ceramica

Nel campo medico, le ceramiche sono utilizzate come materiali impiantali non solo per le articolazioni artificiali, ma anche per le protesi orali. Tra questi, gli impianti dentali ceramici sono un potenziale mercato di interesse per le aziende di materiali ceramici in tutto il mondo.

I materiali ceramici sono un nuovo tipo di materiale protesico emerso dopo metallo e polietilene. È ampiamente usato per la sua buona biocompatibilità e bassa tasso di usura. È usato principalmente per il rivestimento acetabolare, la parte della testa femorale o la protesi del condilo femorale. I piatti che usiamo nella vita sono anche realizzati in ceramica, ma il materiale ceramico scelto per la protesi articolare è molto diverso dalla ceramica utilizzata per i piatti.

La ceramica utilizzata nella vita è realizzata in argilla che viene sinterizzata ad alte temperature, mentre la ceramica utilizzata nella protesi articolare è realizzata in allumina e zirconia ad alta purezza e la temperatura di sinterizzazione è più alta e più strettamente controllata. Le articolazioni dell'anca artificiale, d'altra parte, sono divise in tre categorie: ceramica-ceramica, ceramica-polietilene e lega in lega, a seconda del materiale della testa a sfera e della tazza acetabolare. La principale differenza tra ceramica-ceramica, ceramica-polietilene e polyetilene in lega si riflette nelle proprietà meccaniche e biologiche. Materiali speciali e processi specifici producono ceramiche resistenti all'usura. La letteratura riferisce che le protesi dell'anca realizzate in ceramica indossano solo 5 micron all'anno, rendendole durevoli e la scelta migliore per i giovani pazienti.

La sostituzione dell'articolazione artificiale è stata salutata come una delle principali pietre miliari nella storia della chirurgia ortopedica nel 20 ° secolo e la pietra miliare della creazione e dello sviluppo della sostituzione articolare risiede nelle protesi articolari. Una protesi articolare può sembrare insignificante, ma è il risultato dell'integrazione della scienza e della tecnologia in molti settori come medicina, metallurgia, materiali, sostanze chimiche e meccanici, ed è il risultato di decenni di sforzi congiunti tra chirurghi ortopedici di campi diversi. Con lo sviluppo della tecnologia, emergerà sempre più eccellenti materiali protesici a beneficio dei pazienti, in modo che i pazienti possano sbarazzarsi delle malattie articolari.