Применение титана в медицине

Введение

Применение титана в медицине

Титан широко используется в медицине уже в течение многих лет. Преимущества - прочность, сопротивление  коррозии, и главное то, что у  некоторых людей возникает аллергия на никель (обязательный компонент  нержавеющих сталей), в то время  как ни у кого не обнаружена аллергия на титан. Используемые сплавы – коммерчески чистый титан и Тi6-4Eli. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Из титана изготовляют костыли и инвалидные коляски.

Стремительное развитие медицинской сферы применения титана в значительной мере объясняется  известным прогрессом в современной  хирургии в области эндопротезирования суставов. Тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности титана и его сплавов, обеспечивает полную защиту металла от коррозии во многих средах, в том числе и физиологических. В этих условиях указанные материалы стойки не только к общей, но и к различным видам локальной коррозии, чего нельзя сказать о нержавеющих сталях. Многочисленные эксперименты, а также электронно-мискроскопические наблюдения свидетельствуют о прекрасной биологической совместимости титана и основных его сплавов с живой тканью. Костные и мягкие ткани хорошо прирастают к этим материалам, аналогично тому как это делают морские микроорганизмы и ракушки, составляя в соответствующих применениях проблему "обрастания" титана. Высокая удельная прочность и низкий модуль упругости титановых сплавов являются весьма благоприятным сочетанием свойств с точки зрения эндопротезирования. Титановые сплавы примерно в два раза менее жестки и легче, чем стали и кобальтовые сплавы, обладают высокими вязко-пластическими характеристиками.

В стоматологии также  резко увеличивается использование  протезов и имплантантов - по данным Американской ассоциации стоматологов, за последние десять лет в три раза, во многом благодаря характеристикам титана.(1*)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Титан и его сплавы в  медицине известны достаточно давно. За последнее время интерес к  данной области использования титана значительно возрос. Стремительное  развитие медицинской сферы применения титана в значительной мере объясняется  известным прогрессом в современной  хирургии в области эндопротезирования суставов. Преимущества в снижении сроков выздоровления, реабилитации и повышения комфорта пациентов делает титан идеальным материалом для создания медицинских заменителей костей. Потребности в замене суставов продолжают расти, т.к. люди все чаще получают повреждения в результате занятия тяжелыми видами спорта или бега, они получают серьезные травмы в автомобильных авариях и других происшествиях. Легкий, прочный и полностью биосовместимый, титан является одним из немногих материалов, которые по природе своей отвечают требованиям имплантации в человеческое тело. Титан считается абсолютно неактивным и устойчивым к коррозии в результате воздействия жидкостей и тканей организма, а потому полностью биосовместимым. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан, имплантантов для укрепления позвоночника, штифтов, костных пластин, винтов, внутримозговых стержней и наружных фиксаторов. Из титана изготовляют костыли и инвалидные коляски.

Широкий ассортимент хирургических  инструментов изготавливается из титана. Легкость металла положительно сказывается  на снижении усталости хирурга. Часто  инструменты подвергаются анодированию с целью создания неотражающей поверхности, которая приобретает особое значение в микрохирургии, например, в глазной хирургии. Титановые инструменты выдерживают повторную стерилизацию без ущерба качеству лезвия или поверхности, устойчивости к коррозии или прочности. Титан не намагничивается, и поэтому не представляет угрозы для небольших и чувствительных вживленных электронных устройств.

Наиболее применяемыми в  медицине являются марки и сплавы титана: коммерчески чистый титан  ГОСТ ВТ1-0, ВТ1-00, ASTM B 348 Grade 1, Grade 2 Grade 3, Grade 4, сплавы ГОСТ ВТ6, ВТ6С, ASTM B 348 Grade 5, Grade 23, Ti 6Al-4V ASTM F 1472, ASTM, Ti 6Al-4V ELI ASTM F 13(2*)

 

 

 

Применение титановых сплавов в ортопедических конструкциях. Коронки. Вкладки.

Сплавы титана и их перспективы применения в стоматологии           

 Биологическая  индифферентность, немагнитность, малый удельный вес, высокая прочность, коррозийная стойкость во многих агрессивных средах, нетоксичность и доступность сделали титан почти универсальным и необходимым материалом в медицине при изготовлении операционных медицинских инструментов, защитных насадок диагностических и наркозно дыхательных аппаратов. 
До недавнего времени титан применялся в стоматологии только при изготовлении пластмассовых протезов с целью придания им белого цвета. В настоящее время уже освоено изготовление зубов из титана, причем исследования показали, что по коррозионной стойкости в полости рта титан не уступает драгоценным металлам. 
В ортопедической стоматологии титан нашел применение при изготовлении металлокерамики, съемных и несъемных ортопедических конструкций.

Применение литых титановых вкладок

В настоящее время  для замещения дефектов коронок  зубов вкладками часто используются сплавы золота, серебра, КХС, нержавеющей  стали, серебряно-палладиевые сплавы и титановые сплавы. 
За исключением золота и титановых сплавов, все остальные вещества в принципе не удовлетворяют на 100% медико-техническим требованиям, и по данным научных исследований могут являться причиной патологических изменений в полости рта. 
Поэтому именно сейчас особенно целесообразно использование сплавов титана для восстановления анатомической формы группы жевательных зубов посредством микропротезов - литых вкладок, которые к тому же обладают целым рядом положительных физико-биологических свойств.

Применение титановых коронок

Коронковое протезирование занимает ведущее место в клинике ортопедической стоматологии  и используется во все периоды формирования и «изнашивания» жевательного аппарата, начиная с грудного возраста и до глубокой старости.

Так по данным ряда авторов, уже у детей с временным  периодом прикуса нуждаемость в  коронковом протезировании колеблется от 3.5% в 3 года, до 20% в 6 лет. У подростков же 15 - 20 лет в 35 - 40% случаев в связи с различными повреждающими факторами отсутствуют все постоянные моляры. 

Широкое распространение  коронок-протезов вызвано тем, что  они малогабаритны, прочны, несъемны, хорошо фиксируются на зубах, приспособлены к восприятию жевательного давления, полностью восстанавливают жевательную функцию, больные быстро к ним привыкают.(3*)

 

 

 

Сплавы ВТ1 - 00 и ВТ1 – 0

Главное достоинство сплавов - высокая технологическая  пластичность, что позволяет получать из него даже фольгу. Основное применение в медицине находят проволока  и проволочная сетка из титана. Данная продукция используется для  герниопластики, пластики мягких тканей, дна полости рта и др. Интересный эффект предполагается получить при использовании атравматических игл с крученой титановой нитью. Есть работы по использованию титановой мононити даже в офтальмологии. Однако основным потенциальным направлением остается сетка для пластики мягких тканей с подшиванием атравматической иглой с титановой нитью. Проволока из сплава ВТ-1.00 находит широкое применение в качестве расходного материала для сваривания титановых очковых оправ, титановых ювелирных изделий и бижутерии.

Прочностные свойства титана могут быть повышены нагартовкой но при этом сильно снижаются пластические свойства.. К недостаткам титана следует отнести высокую склонность к водородной хрупкости, в связи с чем содержание водорода не должно превышать 0,008 % в титане ВТ1 - 00 и 0,01 % в ВТ1 - 0.

Сплавы типа ВТ6

Сплавы  типа ВТ6 (Ti-6A1-4V) (a + b)-класса относятся к числу наиболее распространенных за рубежом титановых сплавов. В медицине из него изготавливают подавляющее большинство металлоконструкций для травматологии и нейрохирургии. Сплав Ti-6А1-4V используется для изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов, для изготовления баллонов, работающих под внутренним давлением в широком интервале температур от 196 до 450 °С, и целого ряда других конструктивных элементов. По данным зарубежной печати, около 50 % используемого в авиакосмической промышленности титана приходится на сплав Ti-6A1- 4V, аналогом которого являются отечественные сплавы типа ВТ6.

Такое широкое распространение этого  сплава объясняется удачным его  легированием. Алюминий в сплавах  системы Ti-Al-V повышает прочностные и жаропрочные свойства, а ванадий относится к числу тех немногих легирующих элементов в титане, которые повышают не только прочностные свойства, но и пластичность. Сплавы типа ВТ6 применяют в отожженном и термически упрочненном состояниях. Отжиг листов, тонкостенных труб, профилей и деталей из них обычно проводят при 750-800 °С с последующим охлаждением на воздухе или вместе с печью. Отжиг прутков, поковок, штамповок и других крупногабаритных полуфабрикатов и деталей из них проводят при 750-800 "С. Охлаждение вместе с печью крупных полуфабрикатов предотвращает их коробление, а для мелких деталей позволяет избежать .частичной закалки. Однако в последнее время было доказано, что целесообразно повысить температуру отжига до 900-950 °С, что приведет к повышению вязкости разрушения и ударной вязкости при сохранении высоких пластических свойств из-за формирования смешанной структуры с большой долей пластинчатой составляющей. Двойной отжиг также позволяет повысить вязкость разрушения и сопротивление коррозионному сопротивлению.

Сплав ВТ16

В основном сплав большей частью подходящий для изготовления медицинских инструментов. Сплав ВТ16 относится к высокопрочным (а + b)-сплавам той же системы Ti-A1-Мо-V, но с небольшим содержанием алюминия и большим содержанием Р-стабилизаторов. Благодаря высокому содержанию р-фазы сплав ВТ 16 отличается высокой технологичностью. Он хорошо деформируется не только в горячем, но и в холодном состоянии, что обусловлено не только (а + b)-структурой, но и невысоким содержанием алюминия. Хотя ,из сплава ВТ 16 можно изготавливать почти все виды полуфабрикатов, основная часть продукций из него - проволока и прутки диаметром от 4 до 20 мм, полученные прокаткой или волочением. Это связано с тем, что сплав ВТ 16 предназначен в основном для изготовления деталей крепления: болтов, винтов, заклепок и т.д. Состав этого сплава подбирался специально к условиям работы этих деталей. К структуре прутков, предназначенных для изготовления деталей крепления, предъявляются довольно строгие требования: она должна быть мелкозернистая и однородная. Помимо этого, предъявляются повышенные требования к геометрическим размерам прутков и качеству их поверхности. Состав сплава ВТ 16 определяет также хорошую его свариваемость и высокую пластичность сварного соединения непосредственно после сварки. Сплав ВТ16 применяют в отожженном и термически упрочненном состояниях. Листы, тонкостенные трубы, профили и детали из них отжигают при температурах 680-790 °С, а прутки, толстостенные трубы и профили при 770-790 °С. Для термического упрочнения сплав закаливают с 780-830 °С и затем подвергают старению при 560-580 °С в течение 4-10 ч. Сплав в закаленном и состаренном состоянии с временным сопротивлением разрыву, 1200 МПа мало чувствителен к концентраторам напряжений: надрезу, перекосу и т.п. Сплав ВТ 16 может применяться для изготовления деталей крепления и других элементов самолетных конструкцийдлительной работы при температурах до 350 °С.(4*)

 

Цена на титан

 

 
 Цена титана высока, но не потому, что это редкий металл. Фактически это четвертый по частоте встречаемости  в земной коре металлический элемент  после алюминия, железа, магния. Он очень  распространен в форме двуокиси титана и широко используется как  отбеливатель в производстве пигментов, бумаги и пищевых красителей. 
   Высокая цена объясняется тремя основными факторами: 
- Цена очистительных процедур. Титан не содержится в природе без примесей. Он должен быть очищен, что требует значительных затрат электрической энергии и человеческого труда. 
- Цена инструментов. Чистый титан и титановые сплавы - очень крепкие материалы, для обработки которых требуется специальное оборудование и атмосфера, не содержащая кислорода, для тепловой обработки и отжига. 
- Цена обработки. Титан легко затвердевает и, поэтому его нужно отжигать несколько раз в процессе формирования труб. 
 

К сожалению, нельзя ожидать  значительного снижения цены на титан  в обозримом будущем. Сокращение производства в аэрокосмической  и оборонной промышленности создало  незначительный излишек титана, что  на протяжении незначительного промежутка времени будет являться причиной понижения цены титана. Однако, если производство в этих отраслях продолжит  сокращаться, то производство титана тоже сократится. Трудно надеяться на то, что использование титана в спортивной промышленности может изменить эту  ситуацию. На строительство одного Боинга 747 требуется 95000 фунтов титана. При существующих сейчас объемах  производства, этого количества хватит для обеспечения сырьем велосипедной промышленности на 8 лет.(5*) 

 

 

 

Вывод

Применение титановых  сплавов в медицине очень распространено благодаря его прочности, сопротивлению коррозии,легкости,нетоксичности и доступности,а главное то, что у людей не возникает аллергия на титан.Преимущества в снижении сроков выздоровления, реабилитации и повышения комфорта пациентов делает титан идеальным материалом для создания медицинских заменителей костей. Титан является наилучшим материалом, биологически совместимым с тканями человека. Поэтому титан широко применяется в медицине для изготовления различного рода хирургических имплантантов (протезов суставов,стоматологических коронок и мостов, пластин и т.д.), а также хирургического инструмента (скальпелей, пинцетов и т.п.) и медицинской аппаратуры (центрифуг сепарации крови).

 

 

Список используемых источников

 

1*)http://www.protown.ru/information/hide/5616.html

2*)http://fiko.selec.ru/

3*)http://stomatolog-24.narod.ru/r_39.html

4*)http://www.temp-ekb.ru/titanovie-splavi-v-medicine.html

5*)http://www.titanium-fiko.com.ua/index_r.htm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1)Введение

2) Применение титановых сплавов в ортопедических конструкциях. Коронки.    Вкладки.Сплавы титана и их перспективы применения в стоматологии.

3)Применение литых титановых вкладок

4)Применение титановых коронок

5)Сплавы ВТ1 - 00 и ВТ1 – 0

6)Сплавы типа ВТ6

7)Сплав ВТ16

8)Цена на титан

9)Вывод

10) Список используемых источников