Medicininio titano ir titano lydinių kūrimą galima iš esmės suskirstyti į tris etapus.
Pirmasis etapas pasižymėjo komerciniugrynas titanasirTi-6Al-4V.Komerciniu požiūriu grynas titanas pasižymi puikiu biologiniu suderinamumu ir buvo naudojamas dantų ir chirurgijos implantams nuo septintojo dešimtmečio. Tačiau jo santykinai mažas stiprumas ir ribotas atsparumas dilimui apribojo jo naudojimą kai kuriose apkrovą turinčiose srityse. Kaip alfa-beta titano lydinys, Ti-6Al-4V pasižymi didesniu stiprumu ir geru apdirbamumu. Nuo 1970-ųjų jis buvo naudojamas kaulų plokštelėms, intrameduliniams nagams, sąnarių pakaitalams ir kitiems medicininiams implantams. Tačiau buvo susirūpinta dėl galimo aliuminio ir vanadžio biologinio poveikio. Tyrimai ištyrė vanadžio junginių poveikį fermentų aktyvumui, o per didelis aliuminio poveikis buvo susijęs su neigiamu poveikiu kaulų sveikatai, kraujo funkcijai ir nervų sistemai.
Antrajame etape buvo pristatyti lydiniai, tokie kaipTi-6Al-7Nbir Ti-5Al-2.5Fe, kuriuose vietoj vanadžio naudojamas niobis arba geležis. Šie lydiniai pasižymi mechaninėmis savybėmis ir tamprumo moduliais, panašiais į nusistovėjusių titano medžiagų savybes ir suteikia alternatyvias legiravimo sistemas. 1985 m. Šveicarijos kompanija Sulzer klinikiniam naudojimui pristatė klubo protezo šlaunikaulio stiebą, pagamintą iš Ti-6Al-7Nb. Tuo tarpu Ti-5Al-2.5Fe buvo taikomas mažiau dėl iššūkių, susijusių su metalurgijos kokybe ir apdorojimu.
Trečiajame etape dėmesys sutelkiamas į naujesnius beta titano lydinius, kuriuose nėra nei aliuminio, nei vanadžio, pvz., Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr-2Fe ir Ti-15Mo. Šie lydiniai tiriami dėl didelio stiprumo, gero biologinio suderinamumo ir mažesnio elastingumo modulio derinio, kuris gali labiau atitikti žmogaus kaulą.
Ti-6Al-7Nb šioje plėtroje užima svarbią vietą. Jis pasižymi mechaninėmis savybėmis, panašiomis į Ti-6Al-4V, o vanadį pakeičia niobu. Bet kur Ti-6Al-7Nb iš tikrųjų naudojamas medicinos srityje ir ką apie jo veikimą pasakoja klinikiniai įrodymai?
Nuoroda:
IU Jian-qiao, LIU Jia, TANG Yu-jin, WANG Li-qiang. Titano lydinio tyrimų pažanga ortopedinių implantų srityje.Medžiagų inžinerijos žurnalas, 2021, 49(8): 11–25.
Perskaitykiteoriginali tyrimo apžvalga
Medžiagos pripažinimas medicinos pramonėje priklauso ne tik nuo jos laboratorinių savybių. Tai taip pat priklauso nuo to, ar jis gali atitikti inžinerinius reikalavimus ir patikimai atlikti klinikinį naudojimą. Tolesniuose skyriuose nagrinėjamas Ti-6Al-7Nb pritaikymas sąnarių pakeitimui, dantų implantams, stuburo ir veido ir kaukolės chirurgijai bei turimi klinikiniai ir eksperimentiniai įrodymai.
1. Ti-6Al-7Nb jungties pakeitime
Sąnarių pakeitimas yra vienas iš ankstyviausių ir plačiausiai ištirtų Ti-6Al-7Nb klinikinių pritaikymų. 1985 m. Sulzeris Šveicarijoje šį lydinį panaudojo klubo protezo šlaunikaulio stiebo gamybai. Nuo to laiko klinikinėje praktikoje pradėta taikyti įvairi stiebų konstrukcija.
Šie trys nepriklausomi tyrimai apima skirtingas klinikines aplinkybes: pirminį becementinį klubo sąnario pakeitimą, revizinę operaciją ir cementuotą fiksaciją.
Vektor-Titan becementinis stiebas: 250 klubo sąnario pakeitimų
250 klubo sąnario pakeitimų tyrimo metu vidutinis stebėjimo laikotarpis buvo 3,0 metų. Merle d'Aubigné balas pagerėjo nuo 9,3 prieš operaciją iki 17,0 po operacijos. Stabili proksimalinė fiksacija buvo pasiekta 242 iš 250 atvejų (96,8 %).
Modulinis Ti-6Al-7Nb peržiūros kotas: 130 atvejų
Šiame tyrime buvo išnagrinėta 130 becementinių peržiūros procedūrų, kurių vidutinis stebėjimo laikotarpis buvo 2,9 metų. Harriso klubo balas pagerėjo nuo 50,9 iki 88,5, o stabili pradinė fiksacija buvo pasiekta 129 iš 130 atvejų.
Müller cementuotas tiesus stiebas: devynerių metų stebėjimas
Perspektyvinis 126 atvejų tyrimas parodė, kad bendras išgyvenamumas po devynerių metų buvo 96,8 %, o be aseptinio atsipalaidavimo – 98,4 %.
Viena svarbi išvada yra ta, kad ankstesniuose tyrimuose buvo pranešta apie didelį kai kurių cementuoto titano lydinio stiebų atsipalaidavimo greitį. Müllerio tyrime pabrėžiama, kad svarbu kartu įvertinti implanto dizainą, paviršiaus būklę, cementavimo techniką ir chirurginę praktiką, o ne priskirti klinikinius rezultatus tik medžiagai.
Apibendrinant, šie tyrimai pateikia klinikinių Ti-6Al-7Nb naudojimo skirtingomis klubo sąnario pakeitimo sąlygomis įrodymų. Tačiau jų rezultatai yra susiję su konkrečia implantų konstrukcija, pacientų populiacijomis ir stebėjimo laikotarpiais. Jie neturėtų būti interpretuojami kaip įrodymas, kad kiekvienas Ti-6Al-7Nb implantas pasieks tuos pačius rezultatus.
2. Ti-6Al-7Nb dantų implantuose
Dantų implantai yra veikiami sudėtingos aplinkos, susijusios su seilėmis, mikroorganizmais ir pasikartojančiomis kramtymo apkrovomis. Šios sąlygos kelia didelius reikalavimus ir atsparumui nuovargiui, ir biologiniam suderinamumui.
Mechaninis veikimas
Ciklinio nuovargio tyrimas, atliktas pagal ISO 14801, parodė, kad Ti-6Al-7Nb ciklinė takumo jėga yra 853 ± 202 N. Tai buvo panaši į Ti-6Al-4V (870 ± 58 N) nurodytą vertę ir didesnė už nurodytą 4 laipsnio komerciškai gryno titano vertę, kuri buvo mažesnė nei 700 N.
Naudojant siauras alveolių keteras, kur gali prireikti mažesnio skersmens implantų, nuovargis yra svarbus veiksnys renkantis medžiagą. Tyrimas rodo, kad Ti-6Al-7Nb gali užtikrinti didesnę nuovargio stiprumo ribą nei 4 laipsnio titanas išbandytomis sąlygomis.
Biologinis suderinamumas ir medžiagos grynumas
Biologinis suderinamumas yra svarbus aspektas renkantis medžiagas dantų implantams. Pacientams, kuriems anksčiau buvo padidėjęs jautrumas metalams, potencialiai alergizuojantys elementai, tokie kaip nikelis, nusipelno ypatingo dėmesio.
Kai kurie tyrimai parodė, kad dėl gamybos proceso tam tikrose titano medžiagose gali būti nikelio priemaišų. Tai pabrėžia žaliavų grynumo ir proceso kontrolės svarbą gaminant medicinines implantų medžiagas.
Ti-6Al-7Nb suteikia dar vieną titano lydinio pasirinkimą, skirtą dantų ir kitiems medicininiams implantams. Tačiau vien jo lydinio sudėtis neįrodo, kad jis yra saugesnis nikeliui alergiškiems pacientams. Biologinis suderinamumas taip pat priklauso nuo priemaišų lygio, paviršiaus būklės, gamybos procesų ir numatomo naudojimo. Todėl medžiagų pasirinkimas turėtų būti pagrįstas atitinkamais tyrimų rezultatais ir atitinkamais klinikiniais įrodymais.
Paviršiaus inžinerija ir osteointegracija
Ti-6Al-7Nb iš prigimties neturi tų pačių biologiškai aktyvių savybių kaip tam tikros bioaktyvios dangos medžiagos. Todėl kaulų integracijai skatinti gali būti naudojamas paviršiaus modifikavimas.
2025 m. atliktas tyrimas ištyrė magnio legiruotą hidroksiapatito dangą, nusodintą ant Ti-6Al-7Nb. In vitro bandymai neparodė citotoksiškumo ar uždegiminio atsako, susijusio su dengta medžiaga, o nepadengti Ti-6Al-7Nb mėginiai išbandytomis sąlygomis sukėlė uždegiminį signalą.
Šie radiniai rodo, kad paviršiaus modifikavimas gali turėti įtakos biologiniam atsakui į Ti-6Al-7Nb. Tačiau vien in vitro rezultatai negali patvirtinti klinikinio efektyvumo, todėl gali prireikti papildomų įrodymų, kad būtų galima nustatyti, kaip šie atradimai virsta faktiniu implantų naudojimu.
Skaitykite 2025 m. „ScienceDirect“ tyrimą
3. Ti-6Al-7Nb stuburo ir kaukolės ir veido srityse
Ti-6Al-7Nb taip pat buvo naudojamas tam tikruose stuburo ir kaukolės ir veido implantų gaminiuose.
Pavyzdžiui, T-PAL tarpkūnių suliejimo narvas, pagamintas iš Ti-6Al-7Nb lydinio, atitinkančio ISO 5832-11, naudojamas tam tikrose stuburo procedūrose. Galimos klinikinės sąlygos apima tam tikras degeneracines juosmens ligas, stuburo nestabilumą ir revizinę operaciją, atsižvelgiant į patvirtintas produkto indikacijas.
Kai kuriose kaukolės ir veido fiksavimo sistemose taip pat naudojami Ti-6Al-7Nb kaulų fiksavimo varžtams.
Šio lydinio naudojimas šiose srityse atspindi poreikį subalansuoti mechaninį stiprumą, atsparumą korozijai, biologinį suderinamumą ir implanto dizainą. Konkretaus gaminio tinkamumas priklauso nuo jo konstrukcijos, numatomo naudojimo, taikomų standartų ir klinikinių įrodymų.
Kodėl elastinis modulis yra svarbus klinikinėje praktikoje?
Ti-6Al-7Nb tamprumo modulis yra maždaug 105 GPa, palyginti su maždaug 110 GPa Ti-6Al-4V. Faktinės vertės gali skirtis priklausomai nuo medžiagos būklės ir bandymo metodo.
Nors skirtumas yra palyginti mažas, tamprumo modulis gali būti svarbus vertinant apkrovos perdavimą tarp implanto ir aplinkinio kaulo. Standumo neatitikimas gali prisidėti prie apsaugos nuo įtempių, kai implantas atlieka neproporcingai didelę apkrovos dalį ir sumažina aplinkinio kaulo patiriamą mechaninį stimulą.
Mažesnis tamprumo modulis gali padėti pagerinti apkrovos pasiskirstymą tam tikromis sąlygomis. Tačiau klinikiniai rezultatai taip pat priklauso nuo implanto geometrijos, poringumo, implanto padėties, kaulo kokybės ir kitų veiksnių. Vien tamprumo modulio nepakanka norint numatyti stuburo suliejimo procedūros ar kito implanto taikymo rezultatą.
Dėl šios priežasties Ti-6Al-7Nb turėtų būti vertinamas kaip visos implantų sistemos dalis, o ne pasirenkamas vien dėl jo vardinio tamprumo modulio.
4. Išvada
Ti-6Al-7Nb buvo pritaikytas sąnarių pakeitimui, dantų implantams ir tam tikriems stuburo ir kaukolės veido prietaisams. Klinikiniai klubo sąnario pakeitimo tyrimai rodo jo naudojimą tiek pirminėse, tiek peržiūros procedūrose, o odontologiniai tyrimai ištyrė jo nuovargį, biologinį suderinamumą ir paviršiaus modifikavimo galimybes.
Jo vertė nėra vien stipresnė už kitas titano medžiagas. Atvirkščiai, Ti-6Al-7Nb siūlo mechaninių savybių ir legiravimo sistemos, pakeičiančios vanadį niobu, derinį. Tai yra galimybė, kurią verta įvertinti renkantis medžiagas medicininiams implantams.
Gamintojams, inžinieriams ir medicinos prietaisų pirkėjams pasirinkimas turėtų būti pagrįstas numatoma paskirtimi, mechaniniais reikalavimais, medžiagų sertifikavimu, biologiniu įvertinimu ir atitinkamais klinikiniais įrodymais. Jei jūsų projektui taikomi konkretūs reikalavimai dėl lydinio sudėties arba biologinės saugos, Ti-6Al-7Nb gali būti verta įtraukti į savo medžiagos vertinimą.
Norėdami gauti informacijos apie titano lydinio strypų specifikacijas ir prieinamumą, apsilankykite mūsų svetainėjetitano strypų ir strypų kategorija.