Biomedische materialen van titaniumlegeringen verwijzen naar een soort functionele structurele materialen die worden gebruikt in de biomedische technologie, met name voor de productie en vervaardiging van chirurgische implantaten en orthopedische instrumenten [1]. De productie en bereiding van verwerkingsmaterialen voor titaniumlegeringen omvat de gebieden van de metallurgie, drukverwerking, composietmaterialen en de chemische industrie. Het wordt wereldwijd erkend als een high{3}}technologisch product. Titanium en titaniumlegeringen zijn geleidelijk op het terrein van de civiele consumptie terechtgekomen vanuit de lucht- en ruimtevaart, de luchtvaart, de nationale defensie en de militaire industrie [2]. Zoals implantaten en medische hulpmiddelen in de medische en gezondheidsindustrie; De vraag naar titaniumverwerkingsmaterialen neemt toe voor titanium golfclubs, titanium brilmonturen, titanium horloges, titanium fietsen en andere producten in de sport- en vrijetijdsindustrie. Met de krachtige ontwikkeling en grote doorbraak van de biotechnologie zal de industrie voor biomedische metaalmaterialen en hun producten zich ontwikkelen tot een pijlerindustrie van de wereldeconomie [3]. Onder hen is de vraag naar titanium en zijn legeringen de afgelopen jaren ook snel en gestaag toegenomen vanwege hun uitstekende uitgebreide eigenschappen, zoals lichtgewicht, lage elasticiteitsmodulus, niet-giftig en niet-magnetisch, corrosieweerstand, hoge sterkte en goede taaiheid [4]. Tegelijkertijd, nu titaniumlegeringen hun intrede doen in de plastische chirurgie en andere gebieden, ontstaat er een nieuwe potentiële marktvraag en zal de markt voor titaniumlegeringen in de toekomst sneller groeien.
Onderzoeksvoortgang van medische titaniumlegering
1.1 classificatie van medische titaniumlegeringen
Titaniumlegeringen kunnen worden onderverdeeld in: Type, + Type en Type 3 titaniumlegering.
1.2 ontwikkelingstrend van medische titaniumlegering
Uit literatuuronderzoek [8-14] blijkt dat relevante onderzoekers in binnen- en buitenland het erover eens zijn dat de ontwikkeling van medische titaniumlegeringen drie belangrijke fasen heeft doorgemaakt. De eerste fase wordt vertegenwoordigd door puur titanium en Ti-6Al-4V-legering; De tweede fase is een nieuwe fase, vertegenwoordigd door ti-5a1-2.5fe en ti-6a1-7nb + Type-legering; De derde fase is voornamelijk de ontwikkeling en ontwikkeling van betere biocompatibiliteit en lagere elasticiteitsmodulus - fase van titaniumlegering. Het ideale biomedische titaniumlegeringsmateriaal [15] moet aan de volgende voorwaarden voldoen: goede biocompatibiliteit, lage elasticiteitsmodulus, lage dichtheid, goede anticorrosieprestaties, niet-giftig, hoge vloeigrens, lange levensduur, grote plasticiteit bij kamertemperatuur, gemakkelijk te vormen, gemakkelijk te gieten, enz. Momenteel zijn de belangrijkste legeringen die veel worden gebruikt in implantaatmaterialen Ti-6A1-4V en ti-6a1-4veli. Er wordt gerapporteerd dat [16-19] V-element kwaadaardige weefselreacties kan veroorzaken en toxische en bijwerkingen kan hebben op het menselijk lichaam, terwijl Al osteoporose, psychische stoornissen en andere ziekten kan veroorzaken; Om dit probleem op te lossen, zijn biomaterialisten toegewijd aan het onderzoeken en bestuderen van nieuwe biomedische titaniumlegeringsmaterialen zonder V en al. Daarvoor is het noodzakelijk om uit te zoeken welke legeringselementen geschikt zijn voor toevoeging, die niet-giftig zijn en in overeenstemming zijn met het principe van biocompatibiliteit. Uit sommige onderzoeken [20-23] is gebleken dat het niet-giftige elementen bevat, zoals molybdeen, niobium, tantaal en zirkonium. De titaniumlegering bevat een hoog gehalte aan stabiele elementen, en + Vergeleken met de type I titaniumlegering heeft het een lagere elasticiteitsmodulus (E=55 ~ 80 gpa), betere afschuifeigenschappen en taaiheid, en is het geschikter voor implantatie in het menselijk lichaam.
2 Toepassing van titaniumlegering
2.1 medische basis van titaniumlegering
De voordelen van het gebruik van titanium en titaniumlegeringen als menselijke implantaten zijn: (1) dichtheid (20 graden)=4.5g/cm3, lichtgewicht. Implantatie in het menselijk lichaam: verminder de belasting van het menselijk lichaam. Als medisch hulpmiddel: verminder de operationele belasting van medisch personeel. (2) De elastische modulus is laag en het pure titanium is 108500 mpa. Het wordt in het menselijk lichaam geïmplanteerd: het ligt dichter bij het natuurlijke bot van het menselijk lichaam, wat bevorderlijk is voor de botverbinding en het stressafschermende effect van het bot op het implantaat vermindert. (3) Niet-magnetisch, niet beïnvloed door elektromagnetisch veld en onweer, wat bevorderlijk is voor de menselijke veiligheid na gebruik. (4) Niet giftig. Als implantaat heeft het geen bijwerkingen op het menselijk lichaam. (5) Corrosieweerstand (bio-inert metaalmateriaal), uitstekende corrosieweerstand in de immersieomgeving van menselijk bloed, goede compatibiliteit met menselijk bloed en celweefsel, geen menselijke vervuiling en allergische reactie als implantaat, wat de basisvoorwaarde is voor de toepassing van titanium en titaniumlegering. (6) Het heeft een hoge sterkte en goede taaiheid. Bot- en gewrichtsschade wordt veroorzaakt door trauma, tumoren en andere factoren. Om een stabiele botsteiger tot stand te brengen, moeten boogplaten, schroeven, kunstmatige botten en gewrichten worden gebruikt. Deze implantaten moeten lange tijd in het menselijk lichaam worden vastgehouden en zullen worden beïnvloed door de buiging, torsie, extrusie en spiercontractie van het menselijk lichaam. Het is vereist dat de implantaten een hoge sterkte en taaiheid hebben.
2.2 medische en orthopedische gebieden van titaniumlegering
Marktsituatie met de ontwikkeling van titaniumlegeringen, de toename van titaniumvariëteiten en de prijsverlaging, de toepassing van titanium in de civiele industrie is verdubbeld. CFDA verdeelt medische apparaten in drie niveaus op basis van hun veiligheid, van hoog naar laag, en de overheden op drie-niveaus houden respectievelijk toezicht op en beheren ze. Implantaten gemaakt van titanium en materialen van titaniumlegeringen behoren tot de derde categorie medische hulpmiddelen en zijn hoogwaardige verbruiksartikelen-. De subsectoren met marktsegmenten die meer dan 5% voor hun rekening nemen, zijn onder meer in-vitrodiagnostiek, hart-, beeldvormende diagnose, orthopedie, oogheelkunde en plastische chirurgie. Onder hen zijn in-vitrodiagnostiek, orthopedie en cardiale interventies de snelst-groeiende hoogwaardige- verbruiksartikelen in China. De toepassing van biomedisch titanium en zijn legeringsmaterialen heeft drie belangrijke fasen doorgemaakt [27]: begin jaren vijftig werd commercieel puur titanium voor het eerst gebruikt voor de vervaardiging van botplaten, schroeven, intramedullaire spijkers en heupgewrichten in Groot-Brittannië en de Verenigde Staten. Mathys uit Zwitserland gebruikt ook ti-6a1-7nb-legeringen om niet-geruimde, in elkaar grijpende intramedullaire nagelsystemen (inclusief scheenbeen, opperarmbeen en dijbeen) en holle schroeven te vervaardigen voor de behandeling van femurhalsfracturen. Poreuze Ni Ti (pnt) legering bioactief materiaal productie cervicale en lumbale interbody fusiekooi (kooi) biorthex bedrijf uit Canada heeft een cervicale en lumbale interbody fusiekooi ontwikkeld, gemaakt van poreus Ni Ti legering gepatenteerd materiaal actipore GA voor de behandeling van orthopedisch wervelkolomletsel. nieuw type Titaniumlegering is een geavanceerd materiaal dat kan worden gebruikt in de orthopedie, tandheelkunde en vasculaire interventies. De sector orthopedische medische hulpmiddelen is goed voor 9% van het wereldwijde marktaandeel van medische hulpmiddelen en groeit nog steeds snel. De markt voor orthopedische medische hulpmiddelen is hoofdzakelijk verdeeld in vier gebieden: trauma, gewrichten, wervelkolom en andere. Onder hen is trauma het enige onderverdeelde terrein dat niet door buitenlandse ondernemingen is bezet. De belangrijkste reden is dat de producten op dit gebied een lage technische inhoud hebben, gemakkelijk te kopiëren zijn en de bediening minder moeilijk is. Veel secundaire en tertiaire ziekenhuizen kunnen dit uitvoeren, wat niet volledig door buitenlandse ondernemingen kan worden gedekt. Traumaproducten kunnen worden onderverdeeld in interne fixatie- en externe fixatiemiddelen. Traumaproducten voor interne fixatie omvatten intramedullaire nagels, botplaten en schroeven. In 2012 was trauma verantwoordelijk voor 34%, gewrichten 28%, wervelkolom 20% en andere 18% op de binnenlandse orthopedische markt. Grote gewrichten zijn hoogwaardige medische hulpmiddelen met hoge technische barrières. Momenteel importeren reguliere ziekenhuizen vooral orthopedisch materiaal. Er is nog steeds een kloof tussen binnenlandse en geïmporteerde producten op het gebied van technologie, ontwerp, R&D, materialen, oppervlaktebehandelingsproces, enz. Kunstgewrichten worden hoofdzakelijk onderverdeeld in kunstmatige knie-, heup-, elleboog-, schouder-, vinger- en teengewrichten, waarvan de belangrijkste gewrichtsvervanging heup en knie omvat, goed voor meer dan 95% van de mondiale markt voor gewrichtsvervanging. Apparaten voor wervelkolomimplantaten omvatten het thoracolumbale schroefplaatsysteem, het cervicale schroefplaatsysteem en het fusiekooisysteem. Het tussenwervelfusiekooisysteem wordt voornamelijk gebruikt voor de behandeling van tussenwervelschijfvervanging. Het is ook het belangrijkste segment, goed voor ongeveer de helft van de gehele markt voor ruggengraatimplantaten.
3 conclusie
De superieure prestaties van de titaniumlegering maken het tot een leidende positie op medisch gebied. Met de doorbraak van de biotechnologie en de grote vraag naar medische toepassingen heeft het materiaalontwerp en de voorbereidingstechnologie van titaniumlegeringen zich snel ontwikkeld. Momenteel zijn de belangrijkste geproduceerde medische titaniumlegeringen + Type titaniumlegering. Wat het bereidingsproces betreft, heeft de productie van TC4 (tc4eli) momenteel het grootste marktaandeel. Vanwege de bepaalde voordelen op het gebied van biocompatibiliteit en mechanische compatibiliteit is de titaniumlegering van het T--type de onderzoekshotspot geworden van nieuwe medische titaniumlegeringen en de meest potentiële technologie op het gebied van medische implantaten. In de toekomst zou de productietechnologie van titaniumlegeringen zich moeten ontwikkelen in de richting van lage modulus, hoge sterkte, goede biocompatibiliteit en mechanische compatibiliteit. Vanuit de ontwikkelingstrend zal Type titaniumlegering de toekomstige ontwikkelingsrichting en de mainstream van de markt voor medische titaniumlegeringen worden.
