Titan für medizinische Zwecke
Was ist Titan?
Titanmaterialien werden seit langem im täglichen Leben verwendet. Die 1930er Jahre waren der Beginn moderner biomedizinischer Funktionsmaterialien. Ursprünglich wurde Edelstahl für den Einsatz in Medizin- und Implantatanwendungen entwickelt. Das zweite Material ist eine Legierung aus Kobalt. Titan und seine Legierung wurden um die 1960er Jahre zur neuesten Generation metallischer Biomaterialien. Seit seiner denkwürdigsten Erscheinung wird Titan als Wundermetall dargestellt und hat breite Beachtung gefunden.
Warum ist Titan so einzigartig?
Titanist ein Übergangsmetall mit hoher Festigkeit und geringer Dichte. Unter verschiedenen Bedingungen ist es korrosionsbeständig. Insbesondere Titan ist latent und beständig gegenüber Körperflüssigkeit und Gewebe. Dabei handelt es sich um die angebliche Biokompatibilität und Verbrauchshemmung. Sie sind wesentliche Voraussetzungen für Anwendungen in der Medizin.
Die grundlegenden Eigenschaften von Titan, rostfreiem Stahl und Kobaltlegierungen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die niedrigste Dichte beträgt 4,51 g/cm-3 für Titan, während die höchste Dichte 8 g/cm-3 beträgt Edelstahl. Titan hat bei gleicher Zugfestigkeit ein deutlich höheres Festigkeits-Dichte-Verhältnis von 76 kNm/kg. Mit einer Festigkeit/Dichte von 63 kNm/kg ist es 20 Prozent stärker als Edelstahl. Der Elastizitätsmodulwert von Titan ist nur halb so hoch wie der von Kobaltlegierungen und herkömmlichem Edelstahl. Es ähnelt deutlich mehr dem menschlichen Knochen. Darüber hinaus weist Titan eine geringe Wärmeausdehnung und Leitfähigkeit auf und ist daher nicht ferromagnetisch.
Titan und seine Verbundwerkstoffe verfügen über sehr hilfreiche Eigenschaften, die sie zu enormen Vorteilen in der Muskelgesundheit, bei Einlagen und in der Pflege von Instrumenten machen. Baoji Stadt Changsheng Titan Co. Ltd. ist ein Hersteller und Lieferant von Titan- und Cu-Ni-Metallwalzwerken und Fertigprodukten in der umfassendsten Auswahl an Qualitäten, Abmessungen und Walzprodukten.
Die niedrigsten Preise und höchsten technischen Standards für Metalle werden von Baoji City Changsheng Titanium Co. auf dem Markt angeboten. Ltd, die sich im Herzen der chinesischen Titanproduktion befindet. Da wir in puncto Kosten und Qualität nicht zu schlagen sind, bieten wir Ihnen unsere Kostengarantie an. Titan ist weltweit die bevorzugte Wahl von Titan- und CuNi-Mahlwerken und Fertigproduktlieferanten.
Welche Dichte hat Titan?
Da Titanmetall schwieriger zu gewinnen ist, ist es nicht so erschwinglich wie Eisen, weshalb seine Anwendungen eher spezialisiert sind. Die Eigenschaften von Titanmetall sind äußerst wertvoll. Ähnlich wie Aluminium bildet es eine dünne schützende Oxidschicht, um Korrosion zu verhindern, wodurch es praktisch inert ist. Titanlegierungen sind für die Luft- und Raumfahrtindustrie wichtig, da ihre Dichte mit 4,5 Gramm pro cm3 deutlich unter der von Eisen liegt. Es wurde für die Herstellung vieler Flugzeuge der SR-71 Blackbird verwendet, dem schnellsten bemannten Flugzeug der Welt. Es wurde auch zur Herstellung vieler Triebwerke und Flugzeugzellen großer Passagierflugzeuge wie Airbus und 747 verwendet.
Aufgrund seiner Meerwasserbeständigkeit wird dieses Metall in Schiffsanwendungen wie Propellerwellen verwendet. Es heißt auch, dass die Russen daraus U-Boote gebaut hätten. Titan ist nicht giftig und wird vom Körper nicht ausgeschieden. Da es sich auch mit dem Knochen verbindet, wird es bei chirurgischen Eingriffen wie Zahnimplantaten und Gelenkersatz, insbesondere Hüftgelenken, eingesetzt.
Warum wird Titan für Implantate verwendet?
Der Markt für Zahnimplantate, dessen Wert weltweit auf etwa 4,6 Milliarden US-Dollar geschätzt wird, eröffnete die Möglichkeit, die Zahngesundheit und -funktion eines Patienten wiederherzustellen [6]. Aufgrund ihrer Biokompatibilität und geringen Kosten sind Titanimplantate das am häufigsten verwendete Material auf dem Markt.
Titan ist ein bioinertes Material, das praktisch keine schädlichen Auswirkungen auf das umliegende Gewebe hat. Trotz der Beschreibung einer Reihe inhärenter Vorteile des Materials lässt es sich jedoch ohne angemessene Oberflächenbehandlung nicht gut in den Knochen und das Zahnfleischgewebe integrieren, was zum Versagen des Implantats führen kann. Ursache für diese Fehler ist eine schlechte Osseointegration, die die Stabilität des Implantats im Knochen beeinträchtigt und zur Entstehung von Infektionen und Entzündungsprozessen im periimplantären Raum führen kann [7]. Um diese Probleme zu reduzieren, werden verschiedene Oberflächenbehandlungen untersucht, um die Bildung schädlicher bakterieller Biofilme zu verhindern und die Osseointegration zu verbessern. Die Nanotechnologie hat positive Auswirkungen auf die Zahnmedizin und bietet die Möglichkeit, Oberflächen mit einer bestimmten Geographie und einem synthetischen Teil bereitzustellen, um die biokompatiblen Eigenschaften von Materialien zu verbessern.
Ist chirurgisches Titan magnetisch?
Metallimplantate sind besonders anfällig für die Risiken der Implantatmigration und der durch Hochfrequenz (RF) verursachten Erwärmung, die beide das umliegende Gewebe schädigen können, da MRT-Geräte starke Magnete verwenden [11].
Studien zufolge sind Implantate, die sicher im Knochen befestigt sind, nicht von einer MRT-induzierten Verschiebung betroffen [1,12]. Aufgrund des Mangels an laufenden Untersuchungen wird eine Röntgenaufnahme in der unmittelbaren postoperativen Phase bei Patienten mit unbeteiligten Einschlüssen wie Locken, Kanälen und Stents nicht empfohlen [6]. Da die Wirbelströme des Implantats parallel zum statischen Magnetfeld des Scanners verlaufen, ist eine HF-Erwärmung theoretisch möglich. Auf jeden Fall haben alle Partnerstudien ergeben, dass diese Temperaturänderung unbedeutend ist, was zeigt, dass Bedenken hinsichtlich einer Gewebeschädigung durch die HF-Erwärmung unbegründet sind.
Bildartefakte durch Metallimplantate können zu Fehlinterpretationen der Ergebnisse führen. Durch die Optimierung von Scan-Parametern und die Modifizierung von Magnetresonanz-Pulssequenzen können technologische Fortschritte Bildverzerrungen reduzieren. Ärzte müssen die Vorteile der Bildgebung sowie die Möglichkeit implantatbedingter Bildverzerrungen berücksichtigen, wenn sie entscheiden, ob sie MRTs bei Patienten durchführen oder nicht.
Das Magnetfeld des MRT hat keinen Einfluss auf Titan, da es ein paramagnetisches Material ist. Die MRT kann bei Patienten mit Implantaten sicher angewendet werden, da das Risiko von durch Implantate verursachten Komplikationen sehr gering ist. Für die Herstellung der Titanplatten, die im kraniofazialen Bereich eingesetzt werden, werden jedoch Legierungen verwendet. Da die Wirkung der MRT durch den Anteil der Legierungsbestandteile beeinflusst wird, sind genauere Untersuchungen erforderlich.
Gefälschtes Gelenk und klinische Einbettung
Die Gesamtbevölkerung schreitet seit Jahren voran. Wir wollen heute länger leben und ein sehr aktives Leben führen. Sportunfälle, Verkehrsunfälle und Unfälle anderer Art führen zu Verletzungen. Offensichtlich wächst das Interesse an gefälschten Joints immer weiter. Titan und seine Verbundwerkstoffe werden üblicherweise zur Herstellung von Einbettgeräten verwendet, beispielsweise Knochenplatten, Schrauben zur Fixierung von Frakturen, Herzklappenprothesen, Herzschrittmacher und künstliche Herzen sind Beispiele für künstliche Gelenke. Über 100 Millionen Patienten weltweit erhalten jährlich eine Ersatztherapie und über 1.000 Tonnen Titan werden in den Körper der Patienten eingesetzt.
Diese Metallimplantate müssen auf eine bestimmte Weise mechanisch geformt werden, um ihre Funktion während des Gebrauchs beizubehalten. Bei unseren täglichen Aktivitäten beugen, drehen, quetschen und ziehen wir unsere Muskeln zusammen. Unter Belastung durch Ermüdung, Abrieb und Stöße dürfen diese künstlichen Teile nicht beschädigt werden. Titan ist 50 Prozent leichter als Edelstahl und weist ein um 20 Prozent höheres Verhältnis von Festigkeit zu Dichte auf. Es ist stärker und leichter. Wenn es in den menschlichen Körper eingebettet wird, verringert es die Körperbelastung. Die Patienten können sich freier bewegen. Zwischen dem künstlichen Teil und dem menschlichen Körper wird es Spannungen geben. Eine Fehlanpassung des Elastizitätsmoduls führt zur sogenannten Grenzflächenspannung. Aus Tabelle 1 können wir ersehen, dass Titan unter diesen drei Materialien den niedrigsten Elastizitätsmodul aufweist. Das Titanimplantat und der menschliche Knochen sind mechanisch viel besser verträglich.
Physiologisch gesehen stößt der Körper unbekannte Teile ab. Nach einer Implantation kommt es häufig zu klinischen Entzündungen, Rötungen und Juckreiz, wenn Edelstahl und Co-Legierungen als Biomaterialien verwendet werden. Titan und seine Legierungen sind für ihre biologische Inertheit bekannt. Sie sind äußerst korrosionsbeständig in der Eintauchumgebung von menschlichem Blut. Es ist insgesamt gut gegen menschliches Blut und Zellgewebe verträglich, was eine große Ähnlichkeit gewährleistet. Es kommt praktisch zu keiner Kontamination und zu ungünstigen Reaktionen, was sich außerordentlich positiv auf die Genesung der Patienten auswirkt. Darauf basieren die zahlreichen Anwendungen von Titan.
Aufgrund seiner überlegenen Biokompatibilität wird kommerziell reines Titan (Cp Ti) allgemein als der beste Kandidat angesehen. Die ELI-Legierungen Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr und Ti{ {6}}Al-4V wird auch häufig in medizinischen Implantaten verwendet. Werfen Sie einen Blick auf unsere Website und erkundigen Sie sich nach unseren verschiedenen Artikeln!
Geräte für die Orthopädie Die Behandlung von Knochendeformitäten steht im Mittelpunkt der Orthopädie. Um dem verdrehten Körper zu helfen, in seine normale Position zurückzukehren, ist äußere Kraft erforderlich. Muskelgesundheitsgeräte sollten eine solide Unterstützung bieten und den richtigen Zustand des Körpers wiederherstellen. Abgesehen von Verschleißhemmung und Erosionswiderstand ist die hier erwartete neuartige Eigenschaft das Formgedächtnis. Formgedächtnislegierungen aus Titan und Nickel verfügen sowohl über eine hohe Festigkeit als auch über Gedächtniseigenschaften. Die Ti-Ni-Legierung wird derzeit zur Herstellung gewöhnlicher Knochenplatten, Marknägel, Unterkiefer-Innenfixierung, Skoliosekorrektur und anderer ähnlicher Geräte verwendet.
Zahnimplantate haben ihre ganz eigenen Eigenschaften. Es gibt drei Arten der Zahneinbettung: Jochbeinimplantat, osseointegriertes Implantat und ein Miniimplantat zur kieferorthopädischen Verankerung. Titan wurde für Kronen, Kronennägel, feste Brücken, Porzellanbrücken, Zementbrücken, Zahnersatz-Halteringe, Basen, Verbindungselemente und Befestigungselemente verwendet. Titan wird zur Abdeckung nahezu aller Metallkomponenten von Zahnprothesen verwendet.
Beginnen wir mit der Standard-Osseointegration. Zunächst wird von einem Arzt eine „Wurzel“ oder ein „Samen“ in den Kieferknochen eingesetzt. Nachdem es sich stabilisiert hat, verbindet sich die Oberstruktur des Zahns mit der Einbettung. Daraufhin entwickelt sich ein neuer Zahn. Hier ist der Unterschied zwischen klinischer Einbettung und zahnärztlicher Einbettung. Ein medizinisches Implantat ist entweder ein „Kleber“ oder eine „Schraube“, die zum Verbinden von gebrochenem Hartgewebe oder als Ersatz für beschädigtes Hartgewebe verwendet wird. In jedem Fall unterstützte Dental Embed das neue Design bei der Entwicklung. Wie faszinierend!
Dieses „einfache“ Verfahren erfordert hervorragende thermische und biokompatible Eigenschaften. Während man Suppe trinkt und gefrorenen Joghurt isst, wird einem heiß und kalt, aber diese Gefühle kommen vom Mund, nicht von den Zähnen. Es wird keine Anreize für die Gesundheit gebenZähne.
Titan dehnt sich beim Erhitzen nur sehr wenig aus. Wenn Titanbasis als „Wurzel“ verwendet wird, wächst oder schrumpft sie im Mund des Patienten nicht. Der frisch eingerahmte Zahn bleibt dort, wo er sein sollte. Titan hat eine Wärmeleitfähigkeit, die nur ein Fünftel der von Edelstahl, ein Drittel der von Aluminium und die Hälfte der von Kupfer beträgt. Bei Verwendung als Krone haftet es nicht an der Struktur der tatsächlichen Zähne. Die Zahnpulpa kann durch Titan vor Hitze- und Kältereizen geschützt werden.
Präzisionsguss-Titan wird in der Zahnheilkunde verwendet, da es eine hohe Maßhaltigkeit, keine Schrumpfung und keine Blasen aufweist. Derzeit werden 4 wirtschaftlich unverfälschtes Titan (Cp Ti) ausschließlich für Zahneinbettungsanwendungen verwendet. Sie liegen in der ASTM-Klasse zwischen 1 und 4. Sie alle weisen eine geringe elektronische Leitfähigkeit, einen hohen Erosionswiderstand, einen thermodynamischen Zustand bei physiologischen pH-Werten, eine geringe Neigung zur Partikelanordnung unter Flüssigkeitsbedingungen und einen isoelektrischen Punkt des Oxids von 5-6 auf.
Zwischen den Graden 1 und 4 nimmt die Reinheit ab und die Festigkeit zu. Titan der Klasse 2 ist der bekannteste Stern für zahnmedizinische Einbettungsanwendungen. Die Mindeststreckgrenze beträgt 275 MPa, was der von vergüteten austenitisch gehärteten Stählen entspricht. Wenn eine höhere Festigkeit erforderlich ist, kann auch eine Titankombination verwendet werden. Andere Legierungen wie Ti-6Al-4V werden ebenfalls in verschiedenen Zusammenhängen verwendet.
Chirurgische Instrumente
Die chirurgischen Instrumente der ersten Generation bestanden aus Kohlenstoffstahl, ihre Leistung entsprach jedoch nicht der des klinischen Einsatzes nach der Galvanisierung. Führen häufig zu einer Infektion. Edelstahl der zweiten Generation ist austenitisch, der Chromgehalt ist jedoch giftig und hat einige Auswirkungen auf den Körper.
Mechanische Eigenschaften und Duktilität sind die ersten Dinge, die bei der Herstellung chirurgischer Instrumente berücksichtigt werden müssen. Das Metall legt besonderen Wert auf eine besondere Flexibilität, um mit der gewünschten Form Schritt zu halten, ohne aufzugeben. Skalpelle, Pinzetten und Scheren sind Beispiele für einfache chirurgische Instrumente, die lang und dünn sind. Für den sicheren Betrieb benötigt das Instrument eine gewisse Kraft. Sie sollten ausreichend intensiv sein und dürfen während eines medizinischen Eingriffs nicht brechen. Für chirurgische Instrumente beträgt der erforderliche Mindestmodul 100 GPa. Der Modul von Titan beträgt 116 GPa.
Während medizinischer Eingriffe werden Instrumente direkt dem lebenden Gewebe ausgesetzt. Es sind Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und magnetische Eigenschaften erforderlich. Titan ist für menschliches Gewebe ungiftig. Es wird keine unempfindliche Reaktion hervorrufen. Im Operationssaal treten gelegentlich Magnetfelder auf. Röntgenstrahlung erzeugt beispielsweise ein attraktives Feld von etwa 1,5 Tesla. Dieses attraktive Feld kann empfindliche Instrumente auf unterschiedliche Weise beeinflussen, einschließlich: schädliche Bewegung, die durch die Wechselwirkung magnetischer Felder (der Raketeneffekt) verursacht wird, Instrumentenwärme, die durch die Ablagerung von Hochfrequenzenergie (RF) verursacht wird, und instrumentenbezogene Fotografie. Titan ist unattraktives, verlässliches Wohlbefinden der Aktivität. Da es nicht magnetisch ist, ist es auch nicht möglich, empfindliche elektronische Implantate zu beschädigen.
Die Sterilisation erfolgt nach der Operation mit einem Heißdampfspray bei hoher Temperatur. Zur Beseitigung von Mikroben und Krankheiten werden verschiedene Reinigungsmittel eingesetzt. Die Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Instruments sollte sich nach wiederholter Reinigung nicht verändern. Darüber hinaus sollte der Schaden gering sein. Jedes Mal, wenn ein Chirurg ein Instrument verwendet, muss es ordnungsgemäß funktionieren. Die Korrosionsbeständigkeit von Titan und Titanlegierungen ist ausgezeichnet. Nicht zuletzt ist Titan aufgrund seines geringen Gewichts ideal für die Mikrochirurgie geeignet. Die Arbeitstemperatur kann zwischen 150 und 500 Grad Celsius liegen. Die Ermüdung des Chirurgen kann durch die Verwendung leichter chirurgischer Instrumente, insbesondere bei langwierigen Eingriffen, verringert werden.
Medizinisches Titan und Titanlegierungen sind hochwertige Metalle, die häufig in medizinischen Geräten verwendet werden. Laserkathoden, Dentalbohrer und Zangen werden häufig aus Titan hergestellt.
Baoji City Changsheng Titanium Co., Ltd. ist ein führender Hersteller und Lieferant, der individuelle Lösungen für ein breites Anwendungsspektrum bietet. Wir arbeiten in jeder Phase des Herstellungsprozesses eng mit Ihnen zusammen, um sicherzustellen, dass das Endprodukt Ihren Anforderungen entspricht. Kontaktieren Sie uns oder fordern Sie gleich ein Angebot an, um mehr zu erfahren.
Referenzen:https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9104688/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6369045/
