Yapay Eklem Malzeme Analizi: Tıbbi İmplante edilebilir Metal? Polimerler? Seramik?

2. Metal Malzemeler

Metalik malzemeler, iyi mekanik özellikleri, işleme kolaylığı ve stabilitesi nedeniyle yapay eklemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ana metal malzemeler arasında paslanmaz çelik, kobalt bazlı alaşımlar, titanyum alaşımları ve tantal metaller bulunur.

Titanyum alaşımı


Titanyum, 1950'lerde geliştirilen önemli bir yapısal metaldir. Kullanılan ilk titanyum alaşımı, 1954 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde başarılı bir şekilde geliştirilen Ti-6Al-4V alaşımı, daha iyi ısı direnci, mukavemet, plastisite, sertlik, biçimlendirilebilirlik, kaynaklanabilirlik, korozyon nedeniyle as alaşımı haline geldi. Direnç ve biyouyumluluk. 1950'lerde bir aero-motor ve uçak vücut malzemesi olarak geliştirilmiştir ve sektördeki ana uygulaması yüksek mukavemetli, yüksek plastisite, yüksek tokluk ve yüksek metal hasar toleransı ile karakterizedir. Şu anda, yapay eklemler için Ti-6Al-4V alaşımı için yerel standart YY 0117.2-2005'tir.

Paslanmaz çelik

Paslanmaz çelik, yapay eklem protezinde kullanılan ilk malzemedir, belirli bir korozyon direncine ve mekanik mukavemete sahiptir, ancak Ni gibi elementler içerir, vücutta uzun süreli kalış için uygun olmayan teratojenik bir etkiye sahiptir 1 Kendisi biyolojik olarak aktif değildir, kemik dokusu ile stabil ve katı bir bağ oluşturmak zordur. Bu nedenle, yapay eklem malzemelerinde, paslanmaz çelik yavaş yavaş kobalt bazlı alaşımlar ve titanyum alaşımları ile değiştirilir. Son yıllarda, kobalt bazlı alaşımların ve titanyum alaşımlarının yapay eklem protez materyalleri olarak klinik kullanımı.

Paslanmaz çelik ile karşılaştırıldığında, kobalt bazlı alaşımın pasivasyon filmi daha kararlıdır ve daha iyi korozyon direncine sahiptir. Dezavantajları esas olarak, sitokinler 0pg ve diğer maddelerin salgılanmasını uyaran ve in vivo kemik hücrelerinin ve dokuların nekrozuna neden olan metal sürtünme korozyonunun neden olduğu CO ve Ni plazmasının süzülmesini içerir, bu nedenle hastanın ekleminin gevşemesi gibi komplikasyonlara yol açar ve bu nedenle Eklem protezinin batması.

Kobalt-krom alaşımı


Kobalt-krom alaşımı, çeşitli aşınma ve korozyon tiplerinin yanı sıra yüksek sıcaklık oksidasyonuna karşı dirençli sert bir alaşımdır. Genellikle kobalt-krom-tungsten (molibden) alaşımı veya stearik alaşım olarak adlandırılır (stearik alaşım 1907'de Amerikan Elwood samanları tarafından icat edildi). Kobalt bazlı alaşımlar ana bileşen olarak kobalt ile yapılır ve önemli miktarda nikel, krom, tungsten ve küçük miktarlarda molibden, niyobyum, tantal, titanyum, lantanim ve diğer alaşım elemanları içerir.


Kobalt ve krom, kobalt bazlı alaşımların iki temel elemanıdır, molibden eklenmesi döküm veya dövme sonrası daha ince bir tane ve daha yüksek mukavemet verir. Kobalt-krom-molibden alaşımları temel olarak iki kategoriye ayrılır: biri genellikle döküm ürünler olan Cocrmo alaşımlarıdır ve diğeri genellikle hassas işleme için dövülmüş (sıcak) olan konikrmo alaşımlarıdır. Yapay eklem ürünleri yaygın olarak COCRMO alaşımları olarak kullanılır ve dişle ilgili implantlar da üretilebilir. Şu anda, Cocrmo alaşımını dökmek için yerel standart YY 0117.3-2005'tir.

Gözenekli tantal metal malzemeler

Gözenekli tantal malzeme, son zamanlarda ortaya çıkan yeni bir ortopedik implant malzemesidir. İyi histo -uyumluluğu, yüksek gözenekliliği, yüksek yüzey sürtünme katsayısı ve düşük elastik modül nedeniyle, ideal bir ortopedik implant malzemesi olarak kabul edilmiştir. Gözenekli tantal metalin gözenek yapısı, kemik dokusunun uzun girişi için çok uygun olan üç boyutlu bağlı bir gözenek yapısına sahip süngerimsi kemik trabeküllerine benzer; Elastik modülü, implantasyon bölgesindeki kemik dokusunun elastik modülüyle eşleşerek stres maskeleme etkisinden kaçınır. Gözenekli tantal, vücut sıvısı ortamında kimyasal olarak stabildir ve mükemmel biyouyumluluk sergiler. Gözenekli tantal metalin birçok avantajı, klinik uygulamalarda artan ilgi ve yaygın kullanımına yol açmıştır.


Resim Kaynağı: İnternet

Kamu verileri, tıbbi cihaz pazarının 2018-2024 yılları arasında% 5,6 CAGR'de büyüdüğünü göstermektedir (kaynak: Firestone Creations). Segmentasyon açısından, ortopedik tıbbi cihaz satışları, küresel tıbbi cihaz payının% 9'unu oluşturan 36,5 milyar dolar. Metal ortopedik implantların malzeme seçimi, ürün tasarımı ve biyolojik değerlendirmesi bugün nasıl acil bir zorluk haline geliyor?

3. Seramik Malzemeler

Tıbbi alanda, seramikler sadece yapay eklemler için değil, aynı zamanda oral protezler için de implant malzemeleri olarak kullanılır. Bunlar arasında seramik dental implantlar, dünya çapında seramik malzeme şirketleri için potansiyel bir ilgi piyasasıdır.

Seramik malzemeler, metal ve polietilenden sonra ortaya çıkan yeni bir protez malzemesidir. İyi biyouyumluluk ve düşük aşınma oranı nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Esas olarak asetabular astar, femoral kafa kısmı veya femoral kondil protezi için kullanılır. Hayatta kullandığımız yemekler de seramikten yapılmıştır, ancak eklem protezi için seçilen seramik malzeme, yemekler için kullanılan seramikten çok farklıdır.

Yaşamda kullanılan seramik, yüksek sıcaklıklarda sindirilmiş kilden yapılırken, eklem protezinde kullanılan seramik yüksek saflıkta alümina ve zirkoniden yapılmıştır ve sinterleme sıcaklığı daha yüksek ve daha katı bir şekilde kontrol edilir. Öte yandan yapay kalça eklemleri üç kategoriye ayrılmıştır: top kafasının ve asetabular kabının malzemesine bağlı olarak seramik-seramik, seramik-polietilen ve alaşım-polietilen. Seramik-seramik, seramik-polietilen ve alaşım-polietilen arasındaki temel fark, mekanik ve biyolojik özelliklere yansır. Özel malzemeler ve spesifik süreçler hem aşınmaya dayanıklı hem de sert olan seramikler üretir. Literatür, seramiklerden yapılmış kalça protezlerinin yılda sadece 5 mikron giydiğini, bu da onları dayanıklı ve genç hastalar için en iyi seçim olduğunu bildiriyor.

Yapay eklem replasmanı, 20. yüzyılda ortopedik cerrahi tarihinin en büyük kilometre taşlarından biri olarak selamlanmıştır ve eklem replasmanının yaratılması ve geliştirilmesinin temel taşı eklem protezlerinde yer almaktadır. Ortak protez önemsiz görünebilir, ancak tıp, metalurji, malzeme, kimyasallar ve mekanik gibi birçok alanda bilim ve teknolojinin entegrasyonunun sonucudur ve ortopedik cerrahlar ile bilim adamları arasındaki onlarca yıllık ortak çabaların sonucudur. farklı alanlar. Teknolojinin gelişmesiyle, hastaların yararına gittikçe daha mükemmel protez materyalleri ortaya çıkacaktır, böylece hastalar eklem hastalıklarından kurtulabilir.