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Metallmaterialien haben sich längst in das Leben der Menschen eingeführt. Moderne biomedizinische Funktionsmaterialien begannen in den 1930er Jahren. Zunächst wurde Edelstahl für Implantate und medizinische Anwendungen entwickelt. Das zweite Material ist eine Legierung auf Kobaltbasis. Um die 1960er Jahre folgten Titan und seine Legierungen als neueste Generation metallischer Biomaterialien. Seit seiner Gründung ist Titan als Wundermetall bekannt und hat breite Aufmerksamkeit erregt.
Was macht Titan so besonders?
Als Übergangsmetall hat Titan die Eigenschaften einer geringen Dichte und hohen Festigkeit. Es ist korrosionsbeständig unter einer Vielzahl von Bedingungen. Am wichtigsten ist, dass Titan inert und unbeeinflusst von Körperflüssigkeiten und Geweben ist. Dabei handelt es sich um die sogenannte Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit. Sie sind eine zentrale Voraussetzung für medizinische Anwendungen.
Tabelle 1 beschreibt die grundlegenden Eigenschaften von Titan-, Edelstahl- und Kobaltlegierungen. Titan hat eine Mindestdichte von 4,51 g/cm-3, während Edelstahl eine Dichte von 8 g/cm-3 aufweist. Bei vergleichbarer Zugfestigkeit erreicht Titan ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Dichte von 76 kN m/kg. 20% höher als Edelstahl (Festigkeit/Dichte 63 kN m/kg). Der Elastizitätsmodulwert von Titan ist nur halb so hoch wie bei herkömmlichen Edelstahl- und Kobaltlegierungen. Es ist näher am menschlichen Skelett. Titan ist auch nicht ferromagnetisch und hat eine geringe Wärmeausdehnung und elektrische Leitfähigkeit.
Titan und seine Legierungen haben einige der nützlichsten Eigenschaften, die sie in der Orthopädie, bei Implantaten und chirurgischen Instrumenten äußerst erfolgreich gemacht haben. Standard Titanium Co. ist ein Hersteller und Lieferant von Titan- und Kupfer-Nickel-Metallwalzwerken und Fertigprodukten, die die breiteste Palette von Walzwerksprodukten, -sorten und -größen abdecken.
Standard Titanium Co. befindet sich im chinesischen Titanproduktionszentrum und bringt die niedrigsten Preise und höchsten Metallbaustandards auf den Markt. Wir sind zuversichtlich, dass wir bei Preis und Qualität nicht geschlagen werden können, und wir haben die Preisversprechensgarantie eingeführt. Kunden auf der ganzen Welt wählen Standard Titanium als ihren vertrauenswürdigen und zuverlässigen Lieferanten von Titan- und Kupfer-Nickel-Mühlen und Fertigprodukten.
Künstliche Gelenke und medizinische Implantate
Die Weltbevölkerung altert. Wir leben jetzt ein sehr aktives Leben und wünschen uns, länger zu leben. Verletzungen durch anstrengendes Training, Straßenverkehr und andere Unfälle gibt es zuhauf. Offensichtlich wächst die Nachfrage nach künstlichen Gelenken. Titan und seine Legierungen werden häufig bei der Herstellung von implantierbaren Geräten wie künstlichen Hüften, künstlichen Knien, Knochenplatten, Frakturbefestigungsschrauben, Herzklappenprothesen, Herzschrittmachern und künstlichen Herzen verwendet. Weltweit erhalten jedes Jahr mehr als 100 Millionen Patienten eine Ersatztherapie, und mehr als 1.000 Tonnen Titan werden den Patienten implantiert.
Mechanisch müssen diese Metallimplantate während des Gebrauchs Gestalt annehmen und funktionsfähig bleiben. Zu unseren täglichen Aktivitäten gehören Beugen, Drehen, Quetschen und Muskelkontraktionen. Diese künstlichen Teile dürfen sich nicht verschlechtern, wenn sie Ermüdungs-, Verschleiß- und Stoßbelastungen ausgesetzt sind. Titan ist 50% leichter als Edelstahl und hat ein um 20% höheres Verhältnis von Festigkeit zu Dichte. Es ist leichter und stärker. Wenn es in den menschlichen Körper implantiert wird, reduziert es die Belastung des Körpers. Der Patient wird sich flexibler und aktiver fühlen. Es wird Druck zwischen dem künstlichen Teil und dem menschlichen Körper geben. Die sogenannte Grenzflächenspannung wird durch die Fehlanpassung des Elastizitätsmoduls verursacht. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist der Elastizitätsmodul von Titan der niedrigste unter den drei Materialien. Die mechanische Verträglichkeit von Titanimplantaten mit menschlichem Knochen ist viel besser.
Physiologisch stößt der Körper Fremdkörper aus. Wenn Edelstahl und Co-Legierungen als Biomaterialien verwendet werden, werden Entzündungen, Rötungen und Juckreiz häufig klinisch nach der Implantationsoperation beobachtet. Titan und Titanlegierungen sind bekannte biologisch inerte metallische Werkstoffe. Sie haben eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in der Tauchumgebung von menschlichem Blut. Es ist sehr resistent gegen menschliches Blut und Gewebe und gewährleistet eine gute Kompatibilität. Es gibt praktisch keine Kontamination und allergische Reaktionen, was die Genesung des Patienten erheblich verbessert. Dies ist die Grundlage für die breite Anwendung von Titan.
Im Allgemeinen gilt kommerziell reines Titan (Cp Ti) als der beste Kandidat, da reines Titan die beste Biokompatibilität aufweist. Aber Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr und Ti-6Al-4V ELI-Legierungen sind auch in medizinischen Implantaten weit verbreitet. Besuchen Sie unsere Website, um sich über unser vielfältiges Angebot zu informieren!
Orthopädische Geräte
Die Hauptaufgabe der Orthopädie besteht darin, Skelettdeformitäten anzupassen. Ein verdrehter Körper braucht äußere Kraft, um in seine normale Position zurückzukehren. Orthopädische Geräte sollten eine starke Unterstützung bieten und sich an die richtige Körperform erinnern. Neben der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit ist die einzigartige Eigenschaft, die hier benötigt wird, das Formgedächtnis. Titan-Nickel-Formgedächtnislegierungen kombinieren starke Festigkeits- und Gedächtniseigenschaften. Gegenwärtig bestehen gewöhnliche Knochenplatten, intramedulläre Nägel, innere Fixierung des Unterkiefers und Skoliosekorrektur aus Titan-Nickel-Legierungen.
Zahnimplantat
Zahnimplantate sind ein wenig anders. Es gibt drei Arten von Zahnimplantaten: osseointegrierte, Mini-Implantate für die kieferorthopädische Verankerung und Jochbein. Titan wurde als Zahnkronen, Kronenstifte, feste Brücken, Porzellanbrücken, geklebte Brücken, Prothesenhalteringe, Basen, Verbindungsvorrichtungen und Verstärkungsvorrichtungen verwendet. Fast alle Metallteile des Zahnersatzes sind mit Titan überzogen.
Beginnen wir mit einer typischen Osseointegration. Zuerst wird der Arzt die "Wurzel" oder den "Samen" in den Kieferknochen legen. Nachdem es sich gesetzt hat, verbindet sich der Überbau des Zahnes mit dem Implantat. Dann wachsen neue Zähne darauf. Dies ist der Unterschied zwischen medizinischen Implantaten und Zahnimplantaten. Medizinische Implantate sind Ersatz für ausgefallenes Hartgewebe oder "Klebstoff" oder "Schrauben", um gebrochenes Hartgewebe zu verbinden. Aber Zahnimplantate helfen neuen Strukturen zu wachsen. Wie charmant!
Dieses "einfache" Verfahren erfordert eine hervorragende Biokompatibilität und thermische Eigenschaften. Wenn Sie Suppe trinken und Eis essen, können sich die Menschen heiß und kalt fühlen, aber diese Gefühle kommen aus dem Mund, nicht aus den Zähnen. Gesunde Zähne erfahren keine Reizungen.
Titan hat eine sehr geringe thermische Ausdehnung. Wenn ein Implantat auf Titanbasis als "Wurzel" verwendet wird, dehnt oder zieht es sich nicht im Mund einer Person aus. Der neu gebildete Zahn bleibt dort, wo er sein sollte. Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist sehr gering, nur 1/5 von Edelstahl, 1/3 von Aluminium und 1/2 von Kupfer. Wenn es als Krone verwendet wird, überträgt es sich nicht auf die echte Zahnstruktur. Titan schützt den Zellstoff vor Hitze und Kälte.
Im Bereich der Zahnmedizin hat das Präzisionsgießen von Titan die Eigenschaften einer hohen Maßhaltigkeit, keine Blasen und keine Schrumpfhohlräume. Derzeit werden 4 Arten von kommerziell reinem Titan (Cp Ti) ausschließlich für Zahnimplantate verwendet. Sie sind ASTM-Klassen 1 bis 4. Sie alle haben eine geringe elektronische Leitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit, einen thermodynamischen Zustand bei physiologischem pH-Wert, eine geringe Neigung zur Bildung von Ionen in wässrigen Umgebungen und isoelektrische Oxidpunkte von 5-6.
Von Stufe 1 bis 4 nimmt die Reinheit ab und die Festigkeit nimmt zu. Titan Grad 2 ist der beliebteste Star bei Implantatanwendungen. Seine Mindeststreckgrenze von 275 MPa ist vergleichbar mit der von geglühten austenitischen Edelstählen. Titanlegierungen können auch verwendet werden, wenn eine höhere Festigkeit erforderlich ist. Legierungen wie Ti-6Al-4V werden auch in verschiedenen Fällen verwendet.
Chirurgische Instrumente
Bei der Entwicklung von chirurgischen Instrumenten ist die erste Generation Kohlenstoffstahl, und seine Leistung kann die Anforderungen des klinischen Einsatzes nach der Galvanik nicht mehr erfüllen. Verursachen oft Infektionen. Die zweite Generation besteht aus austenitischem Edelstahl, aber der Chromgehalt ist giftig und hat einen gewissen Einfluss auf den menschlichen Körper.
Bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten sind mechanische Eigenschaften und Duktilität die ersten Aspekte, die berücksichtigt werden müssen. Das Metall muss eine gewisse Duktilität aufweisen, um die gewünschte Form ohne Defekte zu halten. Einige grundlegende chirurgische Instrumente sind lang und dünn, wie Skalpelle, Pinzette und Schere. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, benötigt das Gerät eine gewisse Festigkeit. Sie müssen stark genug sein und dürfen während der Operation nicht brechen. Der für chirurgische Instrumente erforderliche Mindestmodul beträgt 100 GPa. Der Modul von Titan beträgt 116 GPa.
Während chirurgischer Eingriffe werden Instrumente direkt lebendem Gewebe ausgesetzt. Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und magnetische Eigenschaften sind erforderlich. Titan ist für menschliches Gewebe nicht giftig. Es verursacht keine Immunantwort. Operationssäle sind manchmal Magnetfeldern ausgesetzt. Zum Beispiel erzeugt eine MRT ein Magnetfeld von etwa 1,5 Tesla. Dieses Magnetfeld kann chirurgische Instrumente auf verschiedene Weise beeinflussen, darunter: unerwünschte Bewegungen, die durch Magnetfeldwechselwirkungen (z. B. Raketeneffekte) verursacht werden, Instrumentenerwärmung aufgrund von Hochfrequenz (RF) und Fotografie im Zusammenhang mit der Verwendung von Instrumenten. Titan ist nicht magnetisch, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Seine nichtmagnetischen Eigenschaften eliminieren auch die Gefahr einer Beschädigung winziger und empfindlicher implantierter Elektronik.
Nach der Operation wird der Sterilisationsprozess unter Hochtemperatur-Heißdampfstrahl durchgeführt. Verschiedene Reiniger werden verwendet, um Bakterien und Infektionen zu reinigen. Nach wiederholter Reinigung ändert sich die Größe des Instruments nicht und die Oberflächenqualität wird nicht beeinträchtigt. Der Verschleiß sollte ebenfalls minimal sein. Chirurgen brauchen Instrumente, die jedes Mal funktionieren, wenn sie verwendet werden. Titan und Titanlegierungen haben eine gute Korrosionsbeständigkeit. Der Betriebstemperaturbereich reicht von 150 °C bis 500 °C.
Nicht zuletzt eignet es sich aufgrund seines geringen Gewichts besonders für die Mikrochirurgie. Leichte chirurgische Instrumente können die Ermüdung des Chirurgen reduzieren, insbesondere bei Langzeiteingriffen.
Im Bereich der Medizinprodukte sind medizinisches Titan und Titanlegierungen hochwertige Metallwerkstoffe und weit verbreitet. Laserelektroden, Bohrer und Pinzetten bestehen in der Regel aus Titan.
