Seit den 1940er Jahren haben viele Wissenschaftler die Leistungskorrelate der Bioleistung von Titan untersucht. Die Studien umfassten mehrere Disziplinen wie physikalische, chemische, biomedizinische und fortgeschrittene Elektronenmikroskopie sowie biochemische Analysen. Die Gewährleistung einer guten Biokompatibilität, mechanischen Kompatibilität und der entsprechenden Kriterien für Titanimplantate wie Methodik und Entwicklung chirurgischer Implantate ist von entscheidender Bedeutung. Nun folgt eine kurze Beschreibung der Studien zur Anwendung von Hartgewebe auf Tumorgewebe.
1 Biologische Eigenschaften häufig verwendeter Materialien für kraniale Titanlegierungen, reine Titanrohrnägel
1.1 Biokompatibilität von Titanlegierungen für medizinische Zwecke
Verschiedene physikalisch-chemische. nach der Wechselwirkung zwischen Titanlegierungen und dem menschlichen Körper. Bioelektrische und andere Reaktionen oder Toleranzen wie Zytotoxizität, Genotoxizität, Korrosion, Hämolyse, Allergien usw. Titanlegierungen weisen eine gute Biokompatibilität auf und sind fester als Edelstahl und Legierungen auf Kobaltbasis. Die Mikrostruktur von Titanlegierungen wird in (z. B. reine Titansysteme), + zweiphasige Hybride (z. B. G., Ti6al4V usw.) oder Titanlegierungen vom -Typ eingeteilt. Titanlegierungen vom Typ oder Typ. Bei der Gestaltung der Mikrostruktur und der Auswahl des Designs eines medizinischen Titanlegierungsmaterials sollten die verschiedenen Komponenten der Legierung frei von nachteiligen Reaktionen sein. Das Ti-6AL-4V (TC4) der ersten Generation ist eine typische + zweiphasige Hochtemperatur-Titanlegierung. Diese Legierung enthält jedoch v, eine toxische Nebenwirkung auf lebende Organismen, und in klinischen Anwendungen wurde festgestellt, dass die Biotoxizität von v die von Ni und Cr übertreffen sollte. Die zweite Generation sind die Titanlegierungen vom +-Typ Ti-6a1-7nB und Ti-5a1-2, FE, von Nb.5FE wurde in der Schweiz und in Deutschland entwickelt. und ist in den internationalen Biomaterialstandard integriert.
Die Verwendung einer medizinischen Titanlegierung vom Beta-Typ TI-13N-13ZR, niedrige Ratten der dritten Generation, TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF ), TI-29NB-13TA-4. 6ZR (TNTZ) ist der globale Forschungsschwerpunkt für medizinische Titanlegierungsmaterialien und der Schwerpunkt der Hilfsrichtung. TI-13NB-13ZR wurde 1994 entwickelt und war das erste, das offiziell in den internationalen Standard TI-12MO-6ZR-2FE (TMZF) aufgenommen wurde. wurde im Jahr 2000 verwendet und wurde bei der Herstellung von Hüftgelenken verwendet. Diese neuen Beta-Titanlegierungen haben einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul. Eine gute Biokompatibilität ist wichtig, um eine Knochendichte zu verhindern und das Risiko eines Implantatversagens zu verringern. Zu den Faktoren, die die Biokompatibilität beeinflussen, gehören die Art der Implantatsubstanz, die Morphologie und Oberflächenmorphologie des Geräts, die Arbeit, die physikalisch-chemischen Eigenschaften und die mechanischen Eigenschaften. Um zu
Um die Charakterisierung und biologischen Eigenschaften von Biomaterialien zu verändern, ermöglicht die Anwendung verschiedener Verarbeitungsmethoden die Kontrolle über ein breiteres Spektrum mikrostruktureller Formen. Die Biokompatibilität und osteogenen Eigenschaften können weiter verbessert werden. Herkömmliche Behandlungsmethoden können grob in mechanische, physikalische, chemische und elektrochemische Behandlungsmethoden eingeteilt werden. Dazu gehört die Verwendung von sandgestrahltem Titan und Titanlegierungen, Plasma-Titan-Aufschlämmung, Hydroxylapatit-Beschichtungen, Mikrolichtbogenoxidation, Säureätzung oder sandgestrahltem Ätzen, was die Bildung von oberflächlicher Knochendehydrierung fördern, den Knochenheilungsprozess verkürzen und den Zusammenbau erleichtern kann von neuem Knochengewebe, um eine mechanische Anordnung zu bilden. Dadurch wird die Festigkeit des Implantats und des Knochengewebes erhöht.
1.2 Biomechanische Kompatibilität medizinischer Titanlegierungsmaterialien
Knochen- und Gelenkersatzstoffe unterliegen einer Vielzahl von Biegungen, Kompressionen, Streckungen, Scherungen und anderen biomechanischen Effekten. Daher sind die mechanischen Eigenschaften der Implantate sehr anspruchsvoll. Die mechanischen Eigenschaften bestimmen, wie ein Metallmaterial für eine bestimmte Anwendung ausgewählt wird. Die wichtigsten Eigenschaften sind Härte, Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul, Abriebfestigkeit, Ermüdungseigenschaften und Dehnung. Ist das Knochenimplantat nicht stabil genug oder stimmen die mechanischen Eigenschaften zwischen Knochen und Implantat nicht überein, spricht man von biomechanischer Inkompatibilität. Zwei Ansätze für Titanlegierungen werden häufig untersucht, um Spannungsokklusion zu reduzieren oder zu beheben. Erzielung einer guten biomechanischen Kompatibilität: eine neue Art medizinischer Titanlegierung, die den Elastizitätsmodul von Titanlegierungen reduziert und die Bioaktivität von Titanlegierungen verbessert. -Typ (enthält Al und O, n gasförmige Elemente), -Typ (enthält Mo, NB, Weinstein, v usw.). Der -Typ (enthält Al und O, n-gasförmige Elemente), -Typ (enthält Mo, NB, Ta, v usw.) und + -Typ Mikrostrukturen von drei Arten von Titanlegierungen. Durch unterschiedliche Verarbeitung der Legierungen wird das richtige Verhältnis und die richtige Verteilung der - und -Phasen gesteuert, um unterschiedliche Organisationen zu bilden und so ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Bei den einzelnen mechanischen Kennzahlen von Titanlegierungen ist es nicht wünschenswert, festzustellen, ob eine unerwünschte biomechanische Verträglichkeit vorliegt. Wenn die Festigkeit einer Titanlegierung verbessert wird, nehmen deren metallischer Elastizitätsmodul, Härte/Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit zu und die Plastizität ab. Der obige Widerspruch sorgt dafür, dass ein Teil der mechanischen Festigkeit des Materials dafür sorgt, dass die anderen mechanischen Eigenschaften der Anwendung übereinstimmen. Element EG, Al, V ist sehr wirksam für die Festigkeit von Titanlegierungen. Allerdings nimmt die plastische Zähigkeit des Materials ab. Darüber hinaus wird der Elastizitätsmodul verbessert. Daher sollten medizinische Titanlegierungen vermieden oder nur in geringen Mengen zugesetzt werden. Allerdings können Elemente wie zr, NB, Ta, Mo, HF, Sn Titan verstärken, ohne dass sich dies auf die plastische Zähigkeit auswirkt. Gleichzeitig trägt es dazu bei, den Elastizitätsmodul von Titanlegierungen zu reduzieren. Es kann hinzugefügt werden. Es kann an der inneren Hohlraumstruktur der Reparatur geändert werden, um poröses Titan vorzubereiten, um den Elastizitätsmodul oder die Steifigkeit zu verringern. Als verzweigte Oberflächen eingespritzte Ti{{0}}a1-4V-Legierungen werden zur Herstellung medizinischer Produkte verwendet. Allerdings hat dichtes Ti6-Al4-V einen Elastizitätsmodul von 110 GPA und natürlicher kortikaler Knochen 0,5 GPA bis 20 GPa.
Aus Sicht der biomechanischen Verträglichkeit konnte in zahlreichen klinischen Studien die schlechte Materialverträglichkeit herkömmlicher metallischer Implantate nachgewiesen werden. Es besteht eine Diskrepanz zwischen den mechanischen Eigenschaften des Knochengewebes und einer schwachen Grenzflächenverbindung mit dem Ersatz-Hartgewebe. Schließlich Implantatlockerung oder autologe Fraktur. Der Einsatz neuer Implantattechnologien wie Titanlegierungen mit dreidimensionalen Porenstrukturen verbessert das Vorhandensein von Löchern in der Leistung des Implantats.
(1) Dichte, Kraft und Elastizitätsmodul metallischer Implantate können an die Dimensionen Porengröße und Porosität angepasst werden, um mechanische Kompatibilität zu erreichen. Durch die Vermeidung von Knochen rund um das Implantat werden neue Knochenverformungen und dessen Belastbarkeit verringert.
(2) Die dreidimensionale durchdringende Netzstruktur und die rauen Innen- und Außenflächen begünstigen Osteoblasten mit starken Klebeeigenschaften, die sich durch das Proliferationspotenzial ihrer Oberflächen auszeichnen. Es kann eine vertikale Knochenheilung erreicht werden, wodurch die biologische Fixierung von Implantat und Knochen verbessert wird. Neben der oben genannten Zusammensetzung kann auch das Gefüge die Eigenschaften des Werkstoffs beeinflussen und durch die Herstellung und Verarbeitung von Titanlegierungen können auch die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs in einem relativ weiten Bereich moduliert werden.
2 Eigenschaften kraniofazialer Titanlegierungen für die personalisierte Implantatverarbeitung
Titanlegierungen verfügen über hervorragende Eigenschaften und erfordern daher eine Vielzahl von Formverfahren, um spezifische, den Anforderungen entsprechende Formen zu verarbeiten. Skiförmige medizinische Implantate aus Titanlegierung können sozusagen durch die Vorbereitung von Präzisionsschmiedeprozessen, Rollprofilprozessen und Vakuumschmelz-Präzisionsgussprozessen hergestellt werden. Thermoelektrische und andere hydrostatische Pressen können die innere lockere Organisation des Legierungsgussteils beseitigen. Es verfügt über verbesserte Legierungseigenschaften. Aufgrund der Komplexität der Schädelstruktur war die Konstruktion und Herstellung gefalteter feuerfester Defekte unter Verwendung von computergestütztem Design (CAD), computergestützter numerischer Simulation (CAE), additiven Fertigungstechniken für die Präparation (AM: AdditiveManufacure) schwierig. usw. Das Design und die Herstellung von feuerfesten Defekten waren unter Verwendung von computergestütztem Design (CAD), computergestützter numerischer Simulation (CAE) und additiven Fertigungstechniken zur Vorbereitung von feuerfesten Defekten schwierig. Es gewährleistet eine präzise Kontrolle der endgültigen Reparatur unter Ausnutzung der komplexen Form und inneren Struktur des Schädelskeletts.
Mit Elektronenstrahl- oder laserbasierten Rapid-Prototyping-3D-Drucktechniken können direkt mesoporöse 3D-Titanimplantate mit verschiedenen inneren Raumstrukturen und unterschiedlichen Porositäten auf der Grundlage eines beliebigen komplexen 3D-CAD-Modelldesigns erhalten werden. Die biologische Oberflächenrauheit ist angemessener und der Prozess ist zuverlässiger. Und sie können vorbereitet werden, indem die Netzzellen und Gitterabmessungen für die Vorbereitung, räumliche Verteilung, Form usw. präzise entworfen werden. Darüber hinaus können ihre mechanischen Eigenschaften angepasst werden. Und mehr noch: Anpassung ihrer mechanischen Eigenschaften. Die Anpassung an die mechanischen Eigenschaften des menschlichen Hartgewebes ermöglicht eine personalisierte Fertigung. Komplementäre Fertigungstechnologie, auch 3D-Drucktechnologie genannt. Zu den Anwendungen gehören 3D-Metalldrucktechniken mit dem Hauptziel, personalisierte Implantate für die Rekonstruktion von Defekten unterschiedlichen Ausmaßes im Intraperitoneum herzustellen, beispielsweise für die Rekonstruktion von Defekten des Unterkiefers. 3D-Metalldrucktechniken für die direkte Herstellung von Titanimplantaten sind hauptsächlich: ebm (elektronisches Licht, ebm), Se-Lectivelasermelting (SLM) usw. Diese beiden Methoden stoßen auf großes Interesse und werden seit langem eingesetzt im Bereich der Herstellung von Titanimplantaten. Diese beiden Methoden haben große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie eine genaue Kontrolle über die innere Porenstruktur und komplexe Formen ermöglichen. Der 3D-Druck zur Herstellung von Titanlegierungen ist aufgrund des relativ hohen Schmelzpunkts des Metalls technisch schwierig. Es beinhaltet eine Vielzahl physikalischer Prozesse wie Fest-Flüssig-Phasenwechsel, Oberflächendiffusion und Wärmeleitfähigkeit. Zu berücksichtigen sind beispielsweise die Frage, ob die Titanlegierung nach der Kristallisation gut organisiert ist, ob die gesamte Probe homogen ist und wie groß beispielsweise innere Verunreinigungen und Löcher sind. Darüber hinaus führen schnelles Erhitzen und Abkühlen auch zu größeren Eigenspannungen im Prüfling.
Die Elektronenstrahl-Schmelztechnologie wurde Mitte der {1}}er Jahre durch die Entwicklung einer Energiequelle für Elektronenstrahlen entwickelt. Durch Auswahl und anschließendes Schmelzen eines Metallpulvers steuert ein Computersystem das Schmelzen und Projizieren der Elektronen. Der gesamte Prozess wird in einer Vakuumumgebung durchgeführt. Die Ti-6Al-4V-Legierung wurde während des Herstellungsprozesses bei 626–700 Grad gehalten. Die Legierung weist eine bessere Anpassung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften auf. Es hat folgende Vorteile: Durch die höhere Temperatur bleibt die vorbereitete Legierung im zurückgegebenen Zustand. Eigenspannungen im Teil werden eliminiert; Die Gleichmäßigkeit der Legierungsmikrostruktur ist gewährleistet; Die Legierungszusammensetzung des Teils ist rein, wodurch der Sauerstoffgehalt reduziert wird. Reduzierung der Entstehung martensitischer Phasen.
Die Ti-6Al-4V-Legierung wurde von al-bermani, Blackmore und anderen im Vereinigten Königreich mit der Arcams12 EBM-Maschine hergestellt. Mikrostruktur, Textur und mechanische Eigenschaften der Legierung wurden eingehend untersucht. BASS, ein amerikanischer Wissenschaftler, untersuchte die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der mit der EBM-Methode hergestellten Legierungen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Legierung gute mechanische Eigenschaften aufweist. Die Zugeigenschaften der nach dieser Methode hergestellten Legierungen sind mit denen herkömmlicher Methoden zur Legierungsherstellung vergleichbar. Wissenschaftler von Koike und Joshi verwenden die Arcama2 EBM-Ausrüstung für Zahnimplantate aus der TI-6AL-4Veli-Legierung in den Vereinigten Staaten. Die Legierung muss in der Lage sein, Tests und Ermüdungstests durchzuführen. Murr et al. USA. Untersuchung der Organisation und der mechanischen Eigenschaften der Ti-6Al-4V-Legierung mit der EBM-Methode und Vergleich mit der gekneteten Ti-6AL-4V-Legierung. Diese Studie zeigt eine Ti-6Al-4V-Legierung nach der EBM-Methode, die die Festigkeit und Plastizität einer Knetlegierung aufweist. Es eignet sich auch zur Herstellung medizinischer Implantate.
Ein anderer nationaler und internationaler Wissenschaftler führte Kompressionsleistungstests und Ermüdungstests an porösem TI-6AL-4V-Legierungsmaterial mit der EBM-Methode durch. Der erste von EBM hergestellte klinische Fall von EBM war die erfolgreiche Implantation eines 83 Jahre alten weiblichen Implantats im Jahr 2011. Die meisten kundenspezifischen Titanimplantate werden maschinell bearbeitet, gefunden, geschmiedet und mit anderen Vorbereitungsprozessen fertiggestellt. Bei der direkten Metallfertigung beispielsweise ist EBM diesen Techniken überlegen, da es nicht nur die Oberflächentopographie des Implantats verändert, sondern auch die Herstellung spezifischer Formen und Strukturen von Implantaten auf der Grundlage computergestützter Designdateien ermöglicht. Die Verwendung von EBM-gefertigten Implantaten als Alternative zum herkömmlichen Fräsen und Lenken wird im Cronskr und anderen Studien diskutiert. Wirtschaftliche Machbarkeit wird diskutiert.
Die Wahl der Laserschmelztechnologie ist eine Technik, die Metallpulver unter der thermischen Wirkung eines Laserstrahls im Jahr 1995 vollständig durchschmilzt. Die SLM-Technologie wurde für den erfolgreichen Einsatz bei der Herstellung biomedizinischer Titanlegierungen validiert. Auf Anfrage können physikalische Materialien geformt und poröse Materialien mit kontrollierter Porosität und entsprechender Druckfestigkeit erhalten werden. Massenvernichtungswaffen, Deutschland usw. Typische Methoden wie MTT, Brdu und WST wurden verwendet, um den Einfluss der Porengröße von SLM auf seine Biokompatibilität und Druckeigenschaften bei der Bildung von Ti-6Al-4V-Gerüsten zu testen.
3.Zusammenfassung
Als chirurgische Implantate müssen Titanlegierungsmaterialien mit guter Biokompatibilität und mechanischer Kompatibilität in den langfristigen physiologischen Ring implantiert werden. Die Gewährleistung langfristiger körperlicher Sicherheit und Stabilität mit therapeutischem Nutzen ist ein wichtiger Faktor. Neben der Notwendigkeit einer strengen Konstruktion und Auswahl von Legierungen ohne nachteilige Auswirkungen wird die Qualität der Materialmetallurgie und -verarbeitung sowie die Kontrolle seiner inneren Mikrostruktur und Mikrostruktur sowie die Verbesserung des Oberflächenzustands des Materials zur Optimierung der Behandlung sichergestellt auch ein wichtiges technologisches Werkzeug.
