Το κράμα τιτανίου χαιρετίζεται συχνά ως το «καθολικό μέταλλο» στις βιοϊατρικές εφαρμογές, καλύπτοντας σχεδόν κάθε τομέα της σύγχρονης ιατρικής από τα ορθοπεδικά εμφυτεύματα έως τις οδοντικές αποκαταστάσεις, από τα καρδιαγγειακά στεντ έως τα χειρουργικά εργαλεία.
Γιατί τα φαινομενικά συνηθισμένα μέταλλα μπορούν να περάσουν «αόρατα» στο ανθρώπινο σώμα και να συνυπάρχουν ειρηνικά με τους ιστούς μας; Ποια μαγική «βιολογική μαγεία» διαθέτει; Από πού προέρχεται αυτή η μαγεία; Ας εξερευνήσουμε την αλήθεια σε αυτό το άρθρο.
Από μαχητικά αεροσκάφη μέχρι ανθρώπινα σώματα, η υπέροχη μεταμόρφωση του κράματος τιτανίου
Η ιστορία του κράματος τιτανίου ξεκίνησε στην αεροπορική βιομηχανία. Στη δεκαετία του 1940, οι επιστήμονες ανακάλυψαν κατά λάθος ότι αυτό το μέταλλο που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μαχητικών αεροσκαφών ταίριαζε καλά με τα οστά ζώων.
Στη δεκαετία του 1950, τα κράματα τιτανίου εισήλθαν επίσημα στην ιατρική βιομηχανία. Το αρχικό προϊόν αστέρι Ti-6Al-4V (που περιέχει 6% αλουμίνιο και 4% βανάδιο) είχε καλή απόδοση, αλλά οι γιατροί διαπίστωσαν ότι το στοιχείο βαναδίου σε αυτό μπορεί να εγκυμονεί κινδύνους για την υγεία. Έτσι οι επιστήμονες υλικών άρχισαν να «διατυπώνουν νέες φόρμουλες» και να αντικαθιστούν το βανάδιο με ασφαλέστερο νιόβιο, αναπτύσσοντας νέα κράματα όπως το Ti-6Al-7Nb.
Οι επιστήμονες μπορούν να προσαρμόσουν κράματα τιτανίου κατάλληλα για διαφορετικές ιατρικές ανάγκες προσαρμόζοντας τις αναλογίες των «συστατικών» όπως το αλουμίνιο, το βανάδιο, το νιόβιο κ.λπ. Σήμερα, η οικογένεια των κραμάτων τιτανίου έχει αναπτυχθεί σε τρεις μεγάλες αιρέσεις:
Άλφα τύπος: υψηλή σταθερότητα αλλά μέτρια αντοχή
Τύπος βήτα: Τα πιο ελαστικά και πιο κοντά στα πραγματικά οστά
+ τύπος: Εξισορρόπηση δύναμης και σκληρότητας
Στον κόσμο των ιατρικών υλικών, το κράμα τιτανίου είναι σαν ένα all- player - και στιβαρό και ελαφρύ και ικανό να συνυπάρχει αρμονικά με το ανθρώπινο σώμα.
Τέλεια βιοσυμβατότητα. Ποιος είναι ο μεγαλύτερος φόβος αν βάλεις ένα κομμάτι μέταλλο στο σώμα σου; Σωστά, είναι αντίδραση απόρριψης. Αλλά το κράμα τιτανίου μπορεί να συνυπάρχει ειρηνικά με το ανθρώπινο σώμα, χάρη στην ειδική του ικανότητα να δημιουργεί αυτόματα ένα προστατευτικό φιλμ (στρώμα διοξειδίου του τιτανίου). Είναι σχεδόν αδιάλυτο στο ανθρώπινο περιβάλλον, μπορεί να εμποδίσει αποτελεσματικά την απελευθέρωση μεταλλικών ιόντων και δεν θα διαβρωθεί από τα σωματικά υγρά, ούτε είναι εύκολο να προκαλέσει επιθέσεις στο ανοσοποιητικό σύστημα.
Το στρώμα μεμβράνης είναι ικανό να προσροφήσει ασβέστιο και φωσφορικό, ενισχύοντας τη δημιουργία πυρήνων του υδροξυαπατίτη που είναι ένα κύριο ανόργανο συστατικό των ανθρώπινων οστών και δοντιών και επιτρέποντας στα κύτταρα των οστών να προσκολληθούν απευθείας στην επιφάνεια του τιτανίου για να σχηματίσουν μια «βιολογική σύντηξη». Από την άλλη πλευρά, ο ανοξείδωτος χάλυβας και τα κράματα χρωμίου κοβαλτίου είναι γνωστό ότι απελευθερώνουν ιόντα νικελίου και χρωμίου με αργό ρυθμό που μπορεί να προκαλέσει αλλεργικές ή τοξικές αντιδράσεις. Συνήθως εγκλείονται σε ινώδη ιστό και δεν μπορούν να είναι πραγματικά βιοσυμβατά.
Δυνατό και ελαφρύ. Η δεύτερη υπερδύναμη του κράματος τιτανίου είναι οι μηχανικές του ιδιότητες. Οι γιατροί βρήκαν ότι το ιδανικό υλικό εμφυτεύματος θα πρέπει να έχει δύο χαρακτηριστικά - αρκετά ισχυρά ώστε να αντέχει τις καθημερινές δραστηριότητες και αρκετά ελαστικό ώστε να είναι κοντά στα πραγματικά οστά. Το κράμα τιτανίου πληροί τέλεια αυτές τις απαιτήσεις.
Πρώτον, είναι ελαφρύ, με πυκνότητα μόνο τη μισή από αυτή του χάλυβα, αλλά η αντοχή του είναι παρόμοια. Δεύτερον, η ελαστικότητά του είναι μέτρια. Το νέο κράμα τιτανίου έχει συντελεστή ελαστικότητας περίπου 60GPa (gigapascal), που είναι πολύ κοντά στα 30GPa του ανθρώπινου οστού. Τρίτον, είναι ανθεκτικό στην κόπωση, μπορεί να λυγίσει εκατομμύρια φορές χωρίς να σπάσει.
Γιατί το ανθρώπινο σώμα δεν απορρίπτει το κράμα τιτανίου;
Το κράμα τιτανίου έχει βρει μεγάλη εφαρμογή στον σύγχρονο ιατρικό τομέα λόγω των εξαιρετικών συνολικών ιδιοτήτων του, συμπεριλαμβανομένων των οδοντικών αποκαταστάσεων, των καρδιαγγειακών στεντ, των ορθοπεδικών εμφυτευμάτων και ούτω καθεξής. Λοιπόν, γιατί το ανθρώπινο σώμα δεν απορρίπτει το κράμα τιτανίου; Αυτό ξεκινά με ένα αναπτυσσόμενο διεπιστημονικό πεδίο στη διεπιφάνεια του οστικού ιστού και της ανοσολογικής ρύθμισης - οστική ανοσολογία.
Ζητήστε προσφορά
E-mail:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
