การวิเคราะห์วัสดุร่วมเทียม: โลหะฝังรากฟันเทียม? โพลีเมอร์? เซรามิก?

2. วัสดุโลหะ

วัสดุโลหะมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในข้อต่อประดิษฐ์เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลที่ดีความสะดวกในการประมวลผลและความมั่นคง วัสดุโลหะหลัก ได้แก่ สแตนเลสอัลลอยด์ที่ใช้โคบอลต์อัลลอยไทเทเนียมและโลหะแทนทาลัม

โลหะผสมไทเทเนียม


ไทเทเนียมเป็นโลหะโครงสร้างที่สำคัญที่พัฒนาขึ้นในปี 1950 โลหะผสมไทเทเนียมแรกที่ใช้คือโลหะผสม Ti-6AL-4V ที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาในปี 2497 ในสหรัฐอเมริกาซึ่งกลายเป็นอัลลอย ACE ในอุตสาหกรรมโลหะผสมไทเทเนียมเนื่องจากความต้านทานความร้อนที่ดีขึ้นความแข็งแรงพลาสติกความเหนียว ความต้านทานและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ในปี 1950 ได้รับการพัฒนาให้เป็นวัสดุทางอากาศและเครื่องยนต์อากาศยานและการใช้งานหลักในอุตสาหกรรมนั้นมีความแข็งแรงสูงพลาสติกสูงความทนทานสูงและความทนทานต่อความเสียหายของโลหะสูง ในปัจจุบันมาตรฐานภายในประเทศสำหรับโลหะผสม Ti-6AL-4V สำหรับข้อต่อประดิษฐ์คือ YY 0117.2-2005

สแตนเลส

สแตนเลสเป็นวัสดุแรกที่ใช้ในการเชื่อมต่อเทียมมีความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงเชิงกลบางอย่าง แต่มีองค์ประกอบเช่น Ni มีผล teratogenic ไม่เหมาะสำหรับการพักระยะยาวในร่างกาย 1 นอกจากนี้วัสดุสแตนเลสสตีล ตัวเองไม่ได้ใช้งานทางชีวภาพมันเป็นเรื่องยากที่จะสร้างพันธะที่มั่นคงและมั่นคงกับเนื้อเยื่อกระดูก ดังนั้นในวัสดุร่วมเทียมสแตนเลสจะค่อยๆถูกแทนที่ด้วยโลหะผสมที่ใช้โคบอลต์และโลหะผสมไทเทเนียม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการใช้โลหะผสมโคบอลต์และโลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุเทียมเทียม

เมื่อเทียบกับสแตนเลสฟิล์ม passivation ของโลหะผสมโคบอลต์นั้นมีความเสถียรมากขึ้นและมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น ข้อเสียของมันส่วนใหญ่รวมถึงการชะล้างของพลาสมา CO และ Ni ที่เกิดจากการกัดกร่อนแรงเสียดทานของโลหะซึ่งช่วยกระตุ้นการหลั่งของไซโตไคน์ 0pg และสารอื่น ๆ 2 และทำให้เกิดเนื้อร้ายของเซลล์กระดูกและเนื้อเยื่อในร่างกาย การจมของอวัยวะเทียมร่วม

อัลลอยโคบอลต์-โครเมียม


โลหะผสมโคบอลต์-โครเมียมเป็นโลหะผสมแข็งที่ทนต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนประเภทต่าง ๆ รวมถึงการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปจะเรียกว่าโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียม-ตังสเตน (โมลิบดีนัม) หรือโลหะผสมสเตียริก (โลหะผสมสเตียริกถูกประดิษฐ์โดย American Elwood Hayness ในปี 1907) โลหะผสมที่ใช้โคบอลต์ทำจากโคบอลต์เป็นองค์ประกอบหลักและมีนิกเกิล, โครเมียม, ทังสเตนและโมลิบดีนัมจำนวนเล็กน้อย, ไนโอเบียม, แทนทาลัม, ไทเทเนียม, แลนทาเนียมและองค์ประกอบการผสมอื่น ๆ


โคบอลต์และโครเมียมเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสองประการของโลหะผสมที่ใช้โคบอลต์ในขณะที่การเติมโมลิบดีนัมให้เมล็ดข้าวที่ดีขึ้นและความแข็งแรงที่สูงขึ้นหลังจากการหล่อหรือปลอม โลหะผสมโคบอลต์-โครโมโซม-โมลเบนเนียมโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท: หนึ่งคือโลหะผสม cocrmo ซึ่งมักจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่หล่อและอื่น ๆ คือโลหะผสม conicrmo ซึ่งมักจะถูกสร้างขึ้นมาเพื่อการตัดเฉือนที่แม่นยำ ผลิตภัณฑ์ร่วมเทียมมักใช้เป็นโลหะผสม COCCRMO และการปลูกถ่ายที่เกี่ยวข้องกับทันตกรรมยังสามารถผลิตได้ ในปัจจุบันมาตรฐานภายในประเทศสำหรับการหล่อโลหะผสม COCRMO คือ YY 0117.3-2005

วัสดุโลหะแทนทาลัมที่มีรูพรุน

วัสดุแทนทาลัมที่มีรูพรุนเป็นวัสดุปลูกถ่ายศัลยกรรมกระดูกชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ เนื่องจากความสามารถในการใช้งาน histocompatibility ที่ดีความพรุนสูงสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานพื้นผิวสูงและโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำจึงได้รับการยอมรับว่าเป็นวัสดุปลูกถ่ายศัลยกรรมกระดูกในอุดมคติ โครงสร้างรูขุมขนของโลหะแทนทาลัมที่มีรูพรุนนั้นคล้ายกับของ trabeculae กระดูก cancellous ที่มีโครงสร้างรูขุมขนเชื่อมต่อสามมิติซึ่งเหมาะสำหรับการเข้าสู่เนื้อเยื่อกระดูกยาว โมดูลัสยืดหยุ่นของมันตรงกับโมดูลัสยืดหยุ่นของเนื้อเยื่อกระดูกที่ไซต์การปลูกถ่ายหลีกเลี่ยงผลการปิดบังความเครียด Tantalum ที่มีรูพรุนมีความเสถียรทางเคมีในสภาพแวดล้อมของเหลวในร่างกายและแสดงความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยม ข้อดีหลายประการของโลหะแทนทาลัมที่มีรูพรุนได้นำไปสู่ความสนใจที่เพิ่มขึ้นและการใช้งานอย่างกว้างขวางในการใช้งานทางคลินิก


แหล่งที่มาของภาพ: อินเทอร์เน็ต

ข้อมูลสาธารณะแสดงให้เห็นว่าตลาดอุปกรณ์การแพทย์มีการเติบโตที่ CAGR ที่ 5.6% จากปี 2561-2567 (ที่มา: Firestone Creations) ในแง่ของการแบ่งส่วนยอดขายอุปกรณ์การแพทย์เกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูกมีมูลค่า 36.5 พันล้านเหรียญสหรัฐคิดเป็น 9% ของส่วนแบ่งอุปกรณ์การแพทย์ทั่วโลก การเลือกวัสดุการออกแบบผลิตภัณฑ์และการประเมินทางชีวภาพของการปลูกถ่ายศัลยกรรมกระดูกเป็นความท้าทายในวันนี้?

3. วัสดุเซรามิก

ในสาขาการแพทย์เซรามิกถูกใช้เป็นวัสดุปลูกฝังไม่เพียง แต่สำหรับข้อต่อประดิษฐ์ แต่ยังรวมถึงขาเทียมในช่องปาก ในบรรดาสิ่งเหล่านี้การปลูกถ่ายทันตกรรมเซรามิกเป็นตลาดที่น่าสนใจสำหรับ บริษัท วัสดุเซรามิกทั่วโลก

วัสดุเซรามิกเป็นวัสดุเทียมชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นหลังจากโลหะและโพลีเอทิลีน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีและอัตราการสึกหรอต่ำ ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับซับใน acetabular ส่วนหัวกระดูกต้นขาหรือขาเทียม condyle เส้นเลือด อาหารที่เราใช้ในชีวิตนั้นทำจากเซรามิก แต่วัสดุเซรามิกที่เลือกสำหรับขาเทียมร่วมนั้นแตกต่างจากเซรามิกที่ใช้สำหรับอาหาร

เซรามิกที่ใช้ในชีวิตทำจากดินเหนียวที่เผาที่อุณหภูมิสูงในขณะที่เซรามิกที่ใช้ในการทำข้อต่อของข้อต่อทำจากอลูมินาที่บริสุทธิ์สูงและเซอร์โคเนียและอุณหภูมิการเผานั้นสูงขึ้นและควบคุมอย่างเข้มงวดมากขึ้น ข้อต่อสะโพกเทียมในทางกลับกันแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ เซรามิกเซรามิก, เซรามิก-โพลีเอทิลีนและโลหะผสม-โพลีเอทิลีนขึ้นอยู่กับวัสดุของหัวลูกและถ้วยอะซิตาบูล ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเซรามิกเซรามิก, เซรามิก-โพลีเอทิลีนและโลหะผสม-โพลีเอทิลีนสะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติเชิงกลและชีวภาพ วัสดุพิเศษและกระบวนการเฉพาะผลิตเซรามิกที่ทนต่อการสึกหรอและแข็ง วรรณกรรมรายงานว่าขาเทียมสะโพกที่ทำจากเซรามิกส์สวมเพียง 5 ไมครอนต่อปีทำให้พวกเขาทนทานและเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับผู้ป่วยเด็ก

การเปลี่ยนข้อต่อประดิษฐ์ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญในประวัติศาสตร์ของการผ่าตัดศัลยกรรมกระดูกในศตวรรษที่ 20 และรากฐานที่สำคัญของการสร้างและการพัฒนาของการเปลี่ยนข้อต่ออยู่ในขาเทียมร่วม อวัยวะเทียมร่วมกันอาจดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญ แต่เป็นผลมาจากการบูรณาการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในหลายสาขาเช่นการแพทย์โลหะวิทยาวัสดุสารเคมีและกลไกและเป็นผลมาจากความพยายามร่วมกันหลายทศวรรษระหว่างศัลยแพทย์ศัลยกรรมกระดูกและนักวิทยาศาสตร์จากนักวิทยาศาสตร์ เขตข้อมูลที่แตกต่างกัน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุเทียมที่ยอดเยี่ยมมากขึ้นเรื่อย ๆ จะเกิดขึ้นเพื่อประโยชน์ของผู้ป่วยเพื่อให้ผู้ป่วยสามารถกำจัดโรคร่วมได้