A biocompatibilidade é a pedra angular dos materiais de titânio de grau cirúrgico para implantes médicos. De acordo com padrões autoritários internacionais como a ISO 5832, ASTM F67 e F136, os materiais de titânio devem garantir a coexistência harmoniosa com os tecidos humanos. No nível celular, os materiais de titânio não devem induzir reações citotóxicas e não inibem o crescimento, proliferação e metabolismo normais das células. De uma perspectiva imune, não pode estimular o sistema imunológico humano a produzir respostas imunes excessivas, como reações alérgicas ou reações de rejeição. Isso ocorre porque um filme de óxido estável e denso pode se formar espontaneamente na superfície dos materiais de titânio, cujo componente principal é TiO₂. Este filme de óxido é como um escudo sólido, bloqueando efetivamente a liberação de íons metálicos nos tecidos circundantes, reduzindo significativamente o risco de toxicidade potencial para o corpo humano e garantindo uma boa compatibilidade entre o material e os tecidos humanos.
As propriedades mecânicas de um material de titânio de grau cirúrgico ideal devem ser altamente compatíveis com as dos ossos humanos. Os ossos humanos precisam suportar uma variedade de tensões complexas, como tensão, compressão, flexão e torção nas atividades diárias. Embora os materiais de titânio tenham força suficiente para apoiar as funções fisiológicas das partes correspondentes, seu módulo elástico deve estar o mais próximo possível dos ossos humanos. O módulo elástico dos ossos humanos é de cerca de 10 a 30 GPa, enquanto o módulo elástico do titânio puro tradicional é de cerca de 100-110GPa, e o módulo elástico da liga Ti-6Al-4V é de cerca de 110GPa. Um módulo elástico muito alto fará com que o implante tenha muita estresse no corpo, desencadeando um efeito de "proteção contra estresse", fazendo com que os ossos circundantes perdam gradualmente osso e degenerar devido à falta de estimulação mecânica suficiente. Portanto, o desenvolvimento de novas ligas de titânio com módulo elástico mais baixo, como as séries Ti-NB e as ligas da série TI-ZR, tornou-se um foco de pesquisa nos últimos anos, a fim de corresponder melhor às propriedades mecânicas dos ossos humanos e promover a saúde óssea e a estabilidade a longo prazo dos implantes.
No complexo ambiente fisiológico do corpo humano, os materiais de titânio de grau cirúrgico devem ter excelente resistência à corrosão. Os fluidos corporais humanos são ricos em uma variedade de eletrólitos, como cloreto de sódio, bicarbonato de sódio, etc., e contêm uma certa concentração de oxigênio dissolvido. O valor do pH é geralmente entre 7,35 e 7,45, mostrando uma alcalinidade fraca. Na prática clínica, implantes ortopédicos de titânio, implantes dentários e stents cardiovasculares que foram implantados no corpo humano há muito tempo ainda podem manter integridade estrutural e desempenho estável após anos ou até décadas, o que verifica completamente a excelente resistência à corrosão dos materiais de titânio. O filme de óxido de TiO₂ em sua superfície pode não apenas resistir à erosão dos íons nos fluidos corporais, mas também a se auto-reparar rapidamente após os danos. Uma grande quantidade de dados de acompanhamento clínico mostra que os implantes de titânio raramente sofrem danos estruturais ou precipitação em larga escala de íons metálicos devido à corrosão, o que prova fortemente sua alta resistência à corrosão no ambiente humano e fornece uma garantia sólida para a aplicação a longo prazo e eficaz dos implantes.
A tecnologia de fusão de feixe de elétrons (EBM) desempenha um papel fundamental na melhoria da pureza dos materiais de titânio de grau cirúrgico. Nos métodos tradicionais de fusão, os materiais de titânio são facilmente afetados por fatores como materiais cadinhos e introduzem impurezas. A tecnologia EBM usa feixes de elétrons de alta energia para derreter diretamente as matérias-primas de titânio sem o uso de cadinhos, reduzindo bastante a mistura de impurezas. Ao controlar com precisão parâmetros como a potência e a velocidade de varredura do feixe de elétrons, impurezas prejudiciais nas matérias -primas de titânio, como elementos intersticiais, como ferro, carbono e nitrogênio, além de outras impurezas de metais pesados, podem ser efetivamente removidos. Os materiais de titânio de alta pureza são cruciais para melhorar o desempenho dos implantes. Por exemplo, reduzir o conteúdo de impureza pode melhorar significativamente a biocompatibilidade do material e reduzir possíveis reações adversas causadas por impurezas; Ao mesmo tempo, pode melhorar a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas do material. A estabilidade garante a confiabilidade do implante durante o uso a longo prazo.
A tecnologia de tratamento de superfície após a usinagem de precisão é uma parte importante da otimização do desempenho médico de materiais de titânio de grau cirúrgico. Através do jateamento de areia, uma microestrutura com uma rugosidade específica pode ser formada na superfície dos materiais de titânio. Essa superfície áspera pode aumentar a área de contato entre células e materiais, promover a adesão e proliferação celular, especialmente no campo de ortopedia e implantes dentários. Ajuda a melhorar a ligação entre os implantes e o tecido ósseo circundante e acelerar o processo de integração óssea. O processo de anodização pode gerar filmes porosos ou densos de óxido na superfície do titânio. O filme de óxido poroso pode carregar moléculas bioativas, como fatores de crescimento, antibióticos etc., para promover ainda mais o crescimento do tecido ósseo ou impedir a infecção; O filme denso de óxido pode melhorar a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste do material. Além disso, a tecnologia de pulverização de plasma é frequentemente usada para revestir revestimentos bioativos, como a hidroxiapatita na superfície dos materiais de titânio. Esses revestimentos são semelhantes à composição dos ossos humanos e podem aumentar significativamente a capacidade de bioatividade e ligação óssea dos implantes, atendendo melhor às necessidades das aplicações médicas.
A tecnologia de impressão 3D trouxe avanços revolucionários no campo de implantes personalizados para materiais de titânio de grau cirúrgico. Os processos de fabricação tradicionais dificultam a obtenção de fabricação precisa de estruturas personalizadas complexas, enquanto a impressão 3D pode projetar e fabricar com precisão implantes que se ajustem totalmente à estrutura anatômica individual do paciente com base nos dados de imagem médica do paciente, como os resultados da tomografia computadorizada e ressonância magnética. No campo da ortopedia, placas ósseas personalizadas e juntas artificiais personalizadas são usadas para locais de fratura complexos; Na cirurgia maxilofacial, as malhas de titânio personalizadas são usadas para reparar defeitos ósseos faciais. A impressão 3D também pode controlar com precisão a estrutura de poros interna do implante. A porosidade apropriada e o tamanho dos poros são propícios ao crescimento do tecido ósseo, à formação de fixação biológica e ao aprimoramento da estabilidade do implante. Ao mesmo tempo, as propriedades mecânicas do implante podem ser ajustadas para torná -lo mais alinhado com os requisitos fisiológicos e mecânicos de peças específicas, fornecendo aos pacientes planos de tratamento mais precisos e eficientes.
O campo ortopédico é um importante cenário de aplicação para materiais de titânio de grau cirúrgico. Uma grande quantidade de dados de acompanhamento a longo prazo mostra que os implantes ortopédicos de titânio exibem excelentes efeitos clínicos. Tomando substituição artificial do quadril como exemplo, estudos com um acompanhamento de 10 a 20 anos mostram que a taxa de sobrevivência das próteses da liga de titânio pode atingir mais de 90%. Após a substituição, a função articular do paciente é significativamente melhorada, a dor é significativamente reduzida e eles podem retomar as atividades normais da vida. Em termos de fixação de fraturas, as placas e parafusos de titânio podem efetivamente corrigir o local da fratura e promover a cicatrização da fratura. O acompanhamento a longo prazo descobriu que a taxa de cicatrização da fratura é alta e a incidência de cirurgia secundária devido a problemas de implante é baixa. Isso se deve às boas propriedades mecânicas dos materiais de titânio, que podem fornecer suporte estável durante o processo de cicatrização da fratura. Ao mesmo tempo, sua biocompatibilidade garante a boa tolerância do tecido circundante ao implante, reduz a ocorrência de reações e complicações inflamatórias e prova fortemente a eficácia e a segurança de longo prazo dos materiais de titânio em aplicações de implantes ortopédicos.
Os implantes dentários são um exemplo bem -sucedido da aplicação de materiais de titânio no campo da medicina oral. Estudos clínicos mostraram que os implantes de titânio têm um efeito significativo de integração óssea. Geralmente, 3-6 meses após a implantação, os exames de imagem e as avaliações clínicas mostram que o novo tecido ósseo cresce em torno do implante e é fortemente preso à superfície do implante, alcançando uma boa integração óssea. Estudos histológicos mostraram que uma ligação química direta é formada entre a superfície do implante de titânio e o tecido ósseo, o que aumenta a força de ligação entre o implante e o tecido ósseo. Após o implante, os pacientes podem restaurar a função de mastigação de seus dentes, e os implantes são altamente estáveis e têm uma longa vida útil. Para muitos pacientes, os implantes ainda mantêm um bom status funcional de 10 anos ou mais após o implante, com muito poucos afrouxamento ou queda, o que demonstra totalmente o excelente desempenho de materiais de titânio no campo dos implantes dentários e fornece uma solução de reparo confiável para pacientes com dentes ausentes.
Como implante -chave para o tratamento de doenças cardiovasculares, os stents cardiovasculares têm requisitos extremamente altos para a resistência à fadiga material. Os stents cardiovasculares feitos de titânio de grau cirúrgico resistiram ao teste em aplicações clínicas. No sistema de circulação sanguínea humana, os stents precisam suportar o estresse periódico gerado por batimentos cardíacos, com o número de ciclos atingindo cerca de 100.000 vezes por dia. Através de experimentos de fadiga simulados in vitro e observações clínicas de longo prazo, os stents de liga de titânio mostraram boa resistência à fadiga. Os dados de acompanhamento a longo prazo mostram que, depois de serem implantados no corpo humano por vários anos ou até décadas, os stents ainda podem manter a integridade estrutural, apoiar efetivamente os vasos sanguíneos e manter a permeabilidade vascular. Existem muito poucos casos de reestenose ou outras complicações graves causadas por fratura por fadiga. Isso se deve às excelentes propriedades mecânicas e resistência à fadiga dos materiais de titânio, que garantem que os stents cardiovasculares possam funcionar de forma de forma de maneira a longo prazo em um ambiente fisiológico e mecânico complexo, fornecendo uma forte garantia para a saúde de pacientes com doenças cardiovasculares.
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