Mengapa Ikatan Titanium Dengan Tubuh Manusia: Keterserasian Bio Dijelaskan

Apa Maksud Pertalian Titanium untuk Tubuh Manusia Sebenarnya

Titanium tidak diserap oleh tisu hidup dan tidak terikat secara kimia dengannya seperti yang dilakukan oleh cantuman tulang. Apabila doktor menggambarkan titanium sebagai mempunyai pertalian yang tinggi untuk tubuh manusia, ia bermaksud dua perkara yang boleh diukur: logam itu lengai dengan berkesan dalam persekitaran fisiologi, dan tisu tulang tumbuh terus ke permukaannya dan terkunci secara mekanikal dan biologi ke dalamnya. Oleh itu, titanium dipilih untuk implan dan komponen instrumen bukan kerana ia eksotik, tetapi kerana ia memenuhi rintangan kakisan, lengai biologi, keupayaan osseointegrasi dan kekuatan keletihan pada masa yang sama, dalam kombinasi yang sukar dipadankan oleh logam lain.

Filem Oksida Pasif: Sumber Ketahanan Kakisan

Tingkah laku titanium dalam badan dikawal oleh lapisan oksida yang nipis dan teguh yang terbentuk secara spontan apabila logam terdedah kepada oksigen, walaupun pada suhu bilik di udara. Filem pasif ini hanya beberapa nanometer tebal, tetapi ia melekat dengan kuat, tidak larut dalam cecair badan dan tidak telap secara kimia, jadi ia memisahkan logam di bawahnya daripada tisu sekeliling dan menghalang pembebasan ion. Jika filem itu tercalar semasa pengendalian atau semasa pembedahan, ia berubah hampir serta-merta dengan kehadiran oksigen, itulah sebabnya komponen titanium boleh dibersihkan dan-dipasifkan semula tanpa kehilangan rintangan kakisannya.

Akibat filem itu adalah praktikal. Implan tidak diserang oleh-persekitaran yang kaya dengan klorida cecair badan, kakisan galvanik antara titanium dan komponen logam bersebelahan adalah terhad, dan pembebasan ion logam ke dalam tisu sekeliling kekal pada tahap yang sangat rendah sepanjang hayat reka bentuk peranti.

Ciri-ciri Permukaan Yang Mentadbir Tindak Balas Selular

Sebaik sahaja peranti berada di dalam badan, permukaannya adalah satu-satunya bahagian yang tisu boleh berinteraksi, jadi biokompatibiliti adalah masalah kejuruteraan permukaan seperti masalah bahan. Sifat yang menentukan cara sel bertindak balas ialah tenaga permukaan, kebolehbasahan, rintangan tapak spatial, ketersediaan tapak pengikat dan topografi permukaan.

Kebolehbasahan dan tenaga permukaan.Permukaan tenaga yang bersih,-tinggi menggalakkan penjerapan protein dalam bentuk yang baik dan menyokong lekatan dan percambahan sel. Permukaan tenaga yang tercemar atau rendah-menghasilkan kapsul berserabut dan bukannya pelekatan langsung.

Topografi.Permukaan mikro-kasar yang dihasilkan melalui letupan, goresan asid atau anodis menyediakan penahan untuk osteoblas dan digunakan secara meluas untuk peranti pergigian dan ortopedik, manakala permukaan yang digilap lebih disukai di mana peranti mesti bersuara.

Kimia.Salutan titanium nitrida digunakan pada beberapa implan dan pada komponen instrumen pembedahan untuk meningkatkan kekerasan permukaan dan rintangan haus sambil mengekalkan biokeserasian asas.

Pensterilan.Pensterilan mesti mengekalkan keadaan permukaan. Sisa daripada pemesinan, penggilap sebatian atau pengendalian boleh mengalahkan rawatan permukaan yang dinyatakan dengan betul.

Osseointegrasi dan Penyembuhan Tulang

Osseointegrasi ialah sambungan struktur dan fungsi langsung antara tulang hidup dan permukaan implan yang dimuatkan, tanpa lapisan tisu lembut yang mengganggu. Titanium menyokongnya atas beberapa sebab. Oksida permukaan mempunyai pemalar dielektrik yang tinggi dan tidak mendenaturasi protein yang bersentuhan dengannya, jadi badan tidak menganggap implan sebagai badan asing yang mesti ditembok. Titanium juga mempunyai keupayaan untuk membentuk ikatan fizikal dengan tulang, itulah sebabnya ia tidak bergantung pada pelekat atau simen untuk kekal melekat, dan mengapa implan titanium memerlukan lebih banyak daya untuk tercabut daripada peranti bersimen daripada bahan yang berbeza. Struktur mikro dan tenaga permukaan tinggi titanium juga dilaporkan menyokong angiogenesis, pembentukan saluran darah baharu di sekeliling implan, yang merupakan prasyarat untuk pembentukan semula tulang dan penetapan jangka-panjang.

Kelakuan Elektrokimia dan Mekanikal dalam Perkhidmatan

Titanium boleh mempamerkan beberapa potensi elektrod standard bergantung pada keadaan pengoksidaannya, dan titanium pepejal cenderung untuk teroksida dan bukannya berkurangan, yang merupakan ungkapan elektrokimia bagi kelakuan filem pasif yang sama yang diterangkan di atas. Dalam keadaan di mana filem pasif tidak boleh mengubah bentuk - contohnya dalam celah tanpa bekalan oksigen dan dengan kehadiran fluorida - kakisan menjadi mungkin, itulah sebabnya reka bentuk peranti mengelakkan celah dalam pada antara muka tisu.

Gred dan Piawaian yang Digunakan untuk Peranti Perubatan

Dua keluarga mendominasi. Titanium tulen secara komersial, dilindungi oleh ASTM F67 dan oleh bahagian ISO 5832-2 yang sepadan, menawarkan kemuluran dan rintangan kakisan terbaik serta digunakan untuk implan pergigian, plat kraniofasial dan salutan berliang. Aloi alfa-beta Ti-6Al-4V, dalam bentuk interstisial yang lebih rendah, dilindungi oleh ASTM F136 dan ISO 5832-3 dan digunakan di mana kekuatan yang lebih tinggi diperlukan, seperti batang pinggul dan skru tulang. Spesifikasi perubatan Cina sepadan dengan sistem gred GB/T 13810, dan piawaian produk tempa yang setara untuk stok industri dan perubatan termasuk ASTM B265 untuk plat dan kepingan dan ASTM B348 untuk bar dan bilet. Pemilihan gred mesti sepadan dengan kedua-dua kekuatan mekanikal yang diperlukan dan laluan rawatan permukaan, kerana permukaan teranodis dan terletup berkelakuan berbeza pada gred tulen dan aloi.

Untuk pemasangan instrumen yang tidak diimplan tetapi disterilkan berulang kali, rintangan kakisan yang sama dan pelepasan ion rendah menjadikan titanium sebagai pilihan yang sesuai, walaupun gred tahan karat kos -yang lebih rendah sering digunakan apabila permintaan kakisan lebih rendah.

Soalan Lazim

S: Mengapa titanium dianggap sebagai logam yang paling biokompatibel?
Kerana ia menggabungkan filem oksida pasif yang stabil, ketahanan terhadap serangan oleh cecair badan, ketidakupayaan biologi, keupayaan untuk menyepadukan secara langsung dengan tulang, dan had keletihan yang tinggi, yang bersama-sama membolehkan peranti kekal berfungsi selama bertahun-tahun tanpa menimbulkan tindak balas imun.

S: Apakah sebenarnya osseointegration?
Ia adalah sambungan langsung antara tulang hidup dan permukaan implan yang dimuatkan tanpa lapisan tisu lembut di antara mereka. Titanium menyokongnya kerana permukaan oksidanya tidak mendenaturasi protein dan tidak mencetuskan tindak balas pengkapsulan yang dicetuskan oleh bahan lain.

S: Mengapa filem oksida sangat penting?
Itulah sebabnya logam itu lengai. Filem ini hanya tebal nanometer tetapi ia tidak larut, tidak telap dan dapat diperbaiki sendiri-, jadi ia mengasingkan logam daripada cecair badan dan mengekalkan pembebasan ion yang sangat rendah.

S: Gred titanium yang manakah digunakan untuk implan?
Gred tulen secara komersial kepada ASTM F67 untuk implan pergigian dan peranti kraniofasial, dan interstisial Ti-6Al-4V yang lebih rendah kepada ASTM F136 di mana kekuatan yang lebih tinggi diperlukan, dengan gred ISO 5832 dan GB/T 13810 yang sepadan.

S: Mengapakah rawatan permukaan perlu jika bahan tersebut sudah biokompatibel?
Kerana tisu hanya menyentuh permukaan. Kekasaran, kebolehbasahan, kebersihan dan salutan menentukan sama ada sel melekat dan membiak, jadi permukaan mesti direka bentuk agar sepadan dengan tindak balas biologi yang dimaksudkan.

S: Bolehkah titanium menghakis di dalam badan walaupun terdapat filem oksida?
Dalam keadaan biasa ia tidak, tetapi celah tanpa bekalan oksigen digabungkan dengan pendedahan fluorida boleh menghalang filem daripada berubah. Oleh itu reka bentuk peranti mengelakkan celah dalam dan kawasan bertakung di antara muka tisu.