Phân tích vật liệu chung nhân tạo: Kim loại cấy ghép y tế? Polyme? Gốm sứ?

2. Vật liệu kim loại

Vật liệu kim loại được sử dụng rộng rãi trong các khớp nhân tạo vì tính chất cơ học tốt, dễ xử lý và ổn định. Các vật liệu kim loại chính bao gồm thép không gỉ, hợp kim dựa trên coban, hợp kim titan và kim loại tantalum.

Hợp kim titan


Titanium là một kim loại cấu trúc quan trọng được phát triển vào những năm 1950. Hợp kim titan đầu tiên được sử dụng là hợp kim TI-6AL-4V được phát triển thành công vào năm 1954 tại Hoa Kỳ, trở thành hợp kim ACE trong ngành hợp kim Titanium do khả năng chống nhiệt, sức mạnh, độ dẻo, độ dẻo dai tốt hơn của nó Kháng chiến và tính tương thích sinh học. Vào những năm 1950, nó được phát triển như một vật liệu cơ thể Aero-Engine và Máy bay, và ứng dụng chính của nó trong ngành được đặc trưng bởi độ bền cao, độ dẻo cao, độ bền cao và khả năng chịu thiệt hại kim loại cao. Hiện tại, tiêu chuẩn trong nước cho hợp kim TI-6AL-4V cho khớp nhân tạo là YY 0117.2-2005.

Thép không gỉ

Thép không gỉ là vật liệu đầu tiên được sử dụng trong bộ phận giả chung nhân tạo, có khả năng chống ăn mòn và sức mạnh cơ học nhất định, nhưng chứa các yếu tố như NI có tác dụng gây teratogen, không phù hợp với lưu trú lâu dài trong cơ thể 1, ngoài ra, vật liệu bằng thép không gỉ Bản thân nó không hoạt động về mặt sinh học, rất khó để tạo thành một liên kết ổn định và rắn với mô xương. Do đó, trong các vật liệu chung nhân tạo, thép không gỉ được thay thế dần bằng hợp kim và hợp kim titan dựa trên coban. Trong những năm gần đây, việc sử dụng lâm sàng các hợp kim dựa trên coban và hợp kim titan làm vật liệu chân giả nhân tạo.

So với thép không gỉ, màng thụ động của hợp kim dựa trên coban ổn định hơn và có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Những nhược điểm của nó chủ yếu bao gồm việc lọc huyết tương CO và NI gây ra bởi sự ăn mòn ma sát kim loại, kích thích sự tiết ra của các cytokine 0pg và các chất khác2 và gây ra hoại tử của các tế bào xương và các mô trong cơ thể chìm của chân giả chung.

Hợp kim coban-crom


Hợp kim coban-croms là một hợp kim cứng có khả năng chống lại các loại hao mòn và ăn mòn khác nhau cũng như quá trình oxy hóa nhiệt độ cao. Nó thường được gọi là hợp kim Cobalt-Chromium (Molybdenum) hoặc hợp kim stearic (hợp kim Stearic được phát minh bởi Elwood Hayness của Mỹ vào năm 1907). Hợp kim dựa trên coban được làm bằng coban là thành phần chính và chứa một lượng đáng kể niken, crom, vonfram và một lượng nhỏ molypdenum, niobi, tantalum, titanium, lanthanum và các yếu tố hợp kim khác.


Cobalt và crom là hai yếu tố cơ bản của hợp kim dựa trên coban, trong khi việc bổ sung molybdenum cho một hạt mịn hơn và cường độ cao hơn sau khi đúc hoặc rèn. Các hợp kim coban-chromium-molybden về cơ bản được chia thành hai loại: một là hợp kim COCRMO, thường là các sản phẩm đúc, và loại còn lại là hợp kim conicrmo, thường được rèn để gia công chính xác. Các sản phẩm chung nhân tạo thường được sử dụng làm hợp kim COCMO, và cấy ghép liên quan đến nha khoa cũng có thể được sản xuất. Hiện tại, tiêu chuẩn trong nước để đúc hợp kim COCRMO là YY 0117.3-2005.

Vật liệu kim loại tantalum xốp

Vật liệu tantalum xốp là một loại vật liệu cấy ghép chỉnh hình mới đã xuất hiện gần đây. Do tính tương thích mô học tốt của nó, độ xốp cao, hệ số ma sát bề mặt cao và mô đun đàn hồi thấp, nó đã được công nhận là vật liệu cấy ghép chỉnh hình lý tưởng. Cấu trúc lỗ rỗng của kim loại tan xốp tương tự như của trabeculae xương hủy, với cấu trúc lỗ rỗng được kết nối ba chiều, rất phù hợp cho sự xâm nhập dài của mô xương; Mô đun đàn hồi của nó phù hợp với mô đun đàn hồi của mô xương tại vị trí cấy ghép, tránh hiệu ứng mặt nạ căng thẳng. Tantalum xốp ổn định về mặt hóa học trong môi trường chất lỏng cơ thể và thể hiện khả năng tương thích sinh học tuyệt vời. Nhiều lợi thế của kim loại tantalum xốp đã dẫn đến sự quan tâm ngày càng tăng và sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng lâm sàng.


Nguồn hình ảnh: Internet

Dữ liệu công cộng cho thấy thị trường thiết bị y tế đang tăng trưởng CAGR là 5,6% từ 2018-2024 (Nguồn: Firestone Creations). Về mặt phân khúc, doanh số bán thiết bị y tế chỉnh hình là 36,5 tỷ đô la, chiếm 9% cổ phần thiết bị y tế toàn cầu. Làm thế nào để lựa chọn vật liệu, thiết kế sản phẩm và đánh giá sinh học của cấy ghép chỉnh hình kim loại trở thành một thách thức cấp bách ngày nay?

3. Vật liệu gốm

Trong lĩnh vực y tế, gốm được sử dụng làm vật liệu cấy ghép không chỉ cho các khớp nhân tạo, mà còn cho bộ phận giả miệng. Trong số này, cấy ghép nha khoa gốm là một thị trường tiềm năng quan tâm của các công ty vật liệu gốm trên toàn thế giới.

Vật liệu gốm là một loại vật liệu giả mới xuất hiện sau kim loại và polyetylen. Nó được sử dụng rộng rãi vì tính tương thích sinh học tốt và tỷ lệ hao mòn thấp. Nó chủ yếu được sử dụng cho lớp lót acetabular, phần đầu xương đùi hoặc bộ phận giả tạo xương đùi. Các món ăn chúng ta sử dụng trong cuộc sống cũng được làm bằng gốm, nhưng vật liệu gốm được chọn cho bộ phận giả chung rất khác với gốm được sử dụng cho các món ăn.

Gốm được sử dụng trong cuộc sống được làm bằng đất sét được thiêu kết ở nhiệt độ cao, trong khi gốm được sử dụng trong bộ phận giả chung được làm bằng alumina và zirconia có độ tinh khiết cao, và nhiệt độ thiêu kết cao hơn và được kiểm soát nghiêm ngặt hơn. Mặt khác, các khớp hông nhân tạo được chia thành ba loại: gốm-gốm, gốm-polyetylen và hợp kim-polyetylen, tùy thuộc vào vật liệu của đầu bóng và cốc acetabular. Sự khác biệt chính giữa gốm gốm, gốm-polyetylen và hợp kim-polyetylen được phản ánh trong các tính chất cơ học và sinh học. Các vật liệu đặc biệt và các quy trình cụ thể tạo ra gốm sứ cả đều chịu hao mòn và cứng. Các tài liệu báo cáo rằng các bộ phận giả hông làm bằng gốm chỉ mặc 5 micron mỗi năm, làm cho chúng bền và là lựa chọn tốt nhất cho bệnh nhân trẻ.

Thay thế khớp nhân tạo đã được ca ngợi là một trong những cột mốc chính trong lịch sử phẫu thuật chỉnh hình trong thế kỷ 20, và nền tảng của việc tạo và phát triển thay thế khớp nằm trong các bộ phận giả chung. Chân giả chung có vẻ không đáng kể, nhưng đó là kết quả của việc tích hợp khoa học và công nghệ trong nhiều lĩnh vực như y học, luyện kim, vật liệu, hóa chất và cơ học, và là kết quả của nhiều thập kỷ nỗ lực chung giữa các bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình và các nhà khoa học từ Các lĩnh vực khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ, ngày càng nhiều vật liệu chân giả xuất sắc sẽ xuất hiện vì lợi ích của bệnh nhân, để bệnh nhân có thể thoát khỏi các bệnh khớp.