Kunstmatige gewrichtsmateriaalanalyse: medisch implanteerbaar metaal? Polymeren? Keramiek?

2. Metaalmaterialen

Metalen materialen worden veel gebruikt in kunstmatige gewrichten vanwege hun goede mechanische eigenschappen, het gemak van verwerking en stabiliteit. De belangrijkste metaalmaterialen omvatten roestvrij staal, legeringen op basis van kobalt, titaniumlegeringen en tantale metalen.

Titanium legering


Titanium is een belangrijk structureel metaal ontwikkeld in de jaren 1950. De eerste gebruikte titaniumlegering was de Ti-6AL-4V-legering die in 1954 met succes in de Verenigde Staten werd ontwikkeld, die de ACE-legering in de titaniumlegeringsindustrie werd vanwege de betere hittebestendigheid, sterkte, plasticiteit, taaiheid, vormbaarheid, lasbaarheid, corrosie Weerstand en biocompatibiliteit. In de jaren 1950 werd het ontwikkeld als een aero-motor- en vliegtuiglichaamsmateriaal, en de hoofdtoepassing in de industrie wordt gekenmerkt door hoge sterkte, hoge plasticiteit, hoge taaiheid en tolerantie met hoge metaalschade. Momenteel is de binnenlandse standaard voor Ti-6Al-4V-legering voor kunstmatige gewrichten jy 0117.2-2005.

Roestvrij staal

Roestvrij staal is het eerste materiaal dat wordt gebruikt in kunstmatige gewrichtsprothese, heeft een zekere corrosieweerstand en mechanische sterkte, maar bevat elementen zoals Ni een teratogeen effect, niet geschikt voor langdurig verblijf in het lichaam 1, bovendien roestvrijstalen materiaal zelf is niet biologisch actief, het is moeilijk om een ​​stabiele en vaste binding te vormen met botweefsel. Daarom wordt in de kunstmatige gewrichtsmaterialen roestvrij staal geleidelijk vervangen door op kobalt gebaseerde legeringen en titaniumlegeringen. In de afgelopen jaren is het klinische gebruik van op kobalt gebaseerde legeringen en titaniumlegeringen als materialen voor kunstmatige gezamenlijke prothesematerialen.

Vergeleken met roestvrij staal is de passiveringsfilm van de gebaseerde legering op kobalt stabieler en heeft een betere corrosieweerstand. De nadelen zijn voornamelijk het uitloging van CO en Ni -plasma veroorzaakt door metaalwrijvingscorrosie, die de secretie van cytokines 0 pg en andere stoffen 2 stimuleert en necrose van botcellen en weefsels in vivo stimuleert, wat leidt tot complicaties zoals het lossen van het gewricht van de patiënt en Zinken van de gezamenlijke prothese.

Kobalt-chromium legering


Cobalt-chromiumlegering is een harde legering die resistent is tegen verschillende soorten slijtage en corrosie en oxidatie op hoge temperatuur. Het wordt meestal aangeduid als kobalt-chromium-tungsten (molybdeen) legering of stearische legering (stearic-legering werd uitgevonden door American Elwood Hayness in 1907). Op kobalt gebaseerde legeringen worden gemaakt met kobalt als de belangrijkste component en bevatten aanzienlijke hoeveelheden nikkel, chroom, wolfraam en kleine hoeveelheden molybdeen, niobium, tantalum, titanium, lanthaan en andere legeringselementen.


Kobalt en chroom zijn de twee basiselementen van legeringen op basis van kobalt, terwijl de toevoeging van molybdeen een fijnere korrel en hogere sterkte geeft na gieten of smeden. Cobalt-chromium-molybdeenlegeringen zijn in principe verdeeld in twee categorieën: de ene is Cocrmo-legeringen, die meestal producten zijn, en de andere zijn conicrmo-legeringen, die meestal (heet) zijn gesmeed voor precisie-bewerking. Kunstmatige gewrichtsproducten worden vaak gebruikt als coCrmo -legeringen van coCrmo en tandheelkundige implantaten kunnen ook worden vervaardigd. Momenteel is de binnenlandse standaard voor het gieten van COCRMO-legering jj. 0117.3-2005.

Poreuze tantale metaalmaterialen

Poreus tantaal materiaal is een nieuw type orthopedisch implantaatmateriaal dat onlangs is ontstaan. Vanwege zijn goede histocompatibiliteit, hoge porositeit, hoge oppervlaktewrijvingscoëfficiënt en lage elastische modulus, is het erkend als een ideaal orthopedisch implantaatmateriaal. De poriënstructuur van poreus tantaalmetaal is vergelijkbaar met die van poreuze bottrabeculae, met een driedimensionale verbonden poriënstructuur, die zeer geschikt is voor de lange invoer van botweefsel; De elastische modulus komt overeen met de elastische modulus van botweefsel op de implantatieplaats, waardoor het stressmaskerende effect wordt vermeden. Poreus tantaal is chemisch stabiel in de lichaamsvloeistofomgeving en vertoont uitstekende biocompatibiliteit. De vele voordelen van poreus tantaalmetaal hebben geleid tot het toenemende interesse en wijdverbreide gebruik in klinische toepassingen.


Afbeeldingsbron: internet

Openbare gegevens tonen aan dat de markt voor medische hulpmiddelen groeit met een CAGR van 5,6% van 2018-2024 (Bron: Firestone Creations). Wat de segmentatie betreft, zijn de verkoop van orthopedische medische hulpmiddelen $ 36,5 miljard, goed voor 9% van het wereldwijde aandeel voor medische hulpmiddelen. Hoe worden de materiaalselectie, productontwerp en biologische evaluatie van metaalorthopedische implantaten vandaag een dringende uitdaging?

3. Keramische materialen

Op medisch gebied wordt keramiek gebruikt als implantaatmaterialen, niet alleen voor kunstmatige gewrichten, maar ook voor orale protheses. Onder deze zijn keramische tandheelkundige implantaten een potentiële markt voor keramische materiële bedrijven wereldwijd.

Keramische materialen zijn een nieuw type prothetisch materiaal dat opkwam naar metaal en polyethyleen. Het wordt veel gebruikt vanwege zijn goede biocompatibiliteit en lage slijtage. Het wordt voornamelijk gebruikt voor acetabulaire voering, femorale hoofdgedeelte of femorale condyle -prothese. De gerechten die we in het leven gebruiken, zijn ook gemaakt van keramiek, maar het keramische materiaal gekozen voor de gewrichtsprothese is heel anders dan het keramiek dat voor gerechten wordt gebruikt.

Het keramiek dat in het leven wordt gebruikt, is gemaakt van klei die wordt gesinterd bij hoge temperaturen, terwijl het keramiek dat in gewrichtsprothese wordt gebruikt, is gemaakt van aluminiumoxide met hoge zuiverheid en zirkonia, en de sintertemperatuur is hoger en strikt gecontroleerd. Kunstmatige heupgewrichten zijn daarentegen verdeeld in drie categorieën: keramisch-keramisch, keramisch-polyethyleen en legeringspolyethyleen, afhankelijk van het materiaal van de balkop en een acetabulaire beker. Het belangrijkste verschil tussen keramisch-keramisch, keramisch-polyethyleen en legeringspolyethyleen wordt weerspiegeld in de mechanische en biologische eigenschappen. Speciale materialen en specifieke processen produceren keramiek die zowel slijtvast als hard zijn. De literatuur meldt dat heupprothesen gemaakt van keramiek slechts 5 micron per jaar dragen, waardoor ze duurzaam zijn en de beste keuze voor jonge patiënten.

Kunstmatige gewrichtsvervanging is geprezen als een van de belangrijkste mijlpalen in de geschiedenis van orthopedische chirurgie in de 20e eeuw, en de hoeksteen van de oprichting en ontwikkeling van gewrichtsvervanging ligt in gezamenlijke prothesen. Een gezamenlijke prothese lijkt misschien onbeduidend, maar het is het resultaat van de integratie van wetenschap en technologie op veel gebieden zoals geneeskunde, metallurgie, materialen, chemicaliën en mechanica, en is het resultaat van tientallen jaren van gezamenlijke inspanningen tussen orthopedische chirurgen en wetenschappers van verschillende velden. Met de ontwikkeling van technologie zullen steeds meer uitstekende prothetische materialen ontstaan ​​ten behoeve van patiënten, zodat patiënten van gezamenlijke ziekten af ​​kunnen komen.