Inventár lekárskych kovových materiálov

Podľa klasifikácie biomedicínskych materiálov sa predchádzajúce dva články z pohľadu rozpracovali na lekárske polymérne materiály a bioceramické materiály. Tento článok sa zameria na tretí typ biomedicínskych materiálov - lekárske kovové materiály. Lekárske kovové materiály hrajú mimoriadne dôležitú úlohu v oblasti modernej medicíny. Vďaka svojim jedinečným mechanickým vlastnostiam a biokompatibilite sa bežne používajú v mnohých oblastiach, ako sú ortopédia, kardiovaskulárne, zubné lekárstvo a chirurgia. Tento článok podrobne prediskutuje definíciu, klasifikáciu, stav aplikácie a trend budúceho vývoja v lekárskych kovových materiáloch a zhrnie ich príspevky v lekárskej oblasti. 01 Medical Metal Materials
Lekárske kovové materiály sa vzťahujú na kovy a ich zliatiny špecificky používané v lekárskej oblasti. Zvyčajne sa používajú na výrobu zdravotníckych pomôcok a implantátov, ktoré sú v priamom kontakte s ľudským telom, ako sú umelé kĺby, fixačné zariadenia zlomenín, srdcové ventily, zubné implantáty atď. Medzi jeho jedinečné požiadavky patria najmä: dobré mechanické vlastnosti, biokompatibilita, odolnosť proti korózii a stabilita. Mechanické vlastnosti sú základné požiadavky na lekárske kovové materiály. Musia mať dostatočnú silu a tvrdosť, aby odolali rôznym fyzickým stresom vo vnútri a mimo ľudského tela. Biokompatibilita je kľúčovým faktorom pri zabezpečovaní bezpečného používania kovových materiálov v ľudskom tele. Materiály s dobrou biokompatibilitou nespôsobia zjavnú imunitnú reakciu, zápalovú reakciu alebo iné nepriaznivé fyziologické reakcie, keď sú v kontakte s biologickými tkanivami. Odolnosť proti korózii je dôležitým ukazovateľom lekárskych kovových materiálov, pretože vnútorné prostredie ľudského tela je zložité a korozívne. Telesné tekutiny v ľudskom tele sú bohaté na rôzne ióny a molekuly a tieto chemikálie môžu korodovať kovy. Preto musia zdravotnícke kovové materiály v takomto prostredí zostať stabilné a nie sú podliehané elektrochemickej korózii.
02 Klasifikácia lekárskych kovových materiálov
Lekárske kovové materiály môžu byť rozdelené hlavne na nehrdzavejúcu oceľ, titán a jej zliatiny, zliatiny kobalt-chromium, drahé kovy a zliatiny horčíka podľa ich chemického zloženia a aplikačného scenára.
1 nehrdzavejúca oceľ
Nerezová oceľ je jedným z najskorších kovových materiálov používaných v oblasti lekárskeho poľa a má dobré mechanické vlastnosti a odolnosť proti korózii. 316L z nehrdzavejúcej ocele je obzvlášť bežná v lekárskych aplikáciách kvôli jej nízkym obsahu uhlíka a pridaným molybdénom. Bežne sa používa na výrobu chirurgických nástrojov, kostných dosiek a skrutiek. Aj keď je z nehrdzavejúcej ocele relatívne lacná a má dobrú spracovateľnosť, jej odolnosť proti korózii a biokompatibilita je stále potrebné zlepšiť v dlhodobých aplikáciách implantátu.
2 titán a jeho zliatiny
Zliatina titánu je jedným z najpoužívanejších kovových materiálov. Titanium má nízku hustotu, vysokú pevnosť, dobrú odolnosť proti korózii a podobný elastický modul ako ľudské kostné tkanivo, takže sa široko používa v ortopedických implantátoch, ako sú náhrady bedra a kolena. Ti -6 al -4 v je najbežnejšia zliatina titánu a stala sa preferovaným materiálom pre ortopedickú chirurgiu vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a biokompatibilitou. Jednou z nevýhod zliatin titánu je však jej vysoká cena a ťažkosti pri spracovaní.
3 zliatiny Cobalt-Chromium
Zliatiny kobalt-chromium majú extrémne vysokú pevnosť a vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu a sú vhodné pre zdravotnícke pomôcky, ktoré musia dlhú dobu odolať vysokému zaťaženiu a opotrebovaniu, ako sú umelé kĺby a zubné výplne. Vysoká tvrdosť a odolnosť proti korózii zliatin z kobalt-chrómu mu dáva výhodu v oblasti implantátov, ale jeho vysoký elastický modul môže viesť k „účinku tienenia stresu“, to znamená, že implantát nesie príliš veľa stresu, čím sa znižuje zaťaženie okolitého tkaniva kostí, čo môže ovplyvniť zdravý rast kostí.
4 drahé kovy
Ako je zlato, striebro, platina atď., Vzhľadom na ich vynikajúcu biokompatibilitu a odolnosť proti korózii sa často používajú v niektorých špeciálnych lekárskych aplikáciách, ako sú elektródy kardiostimulátora a materiály na obnovenie zubov. Avšak z dôvodu ich vysokých cien a obmedzených mechanických vlastností je použitie drahých kovov predmetom určitých obmedzení.
5 zliatiny horčíka
Zliatina horčíka je nový typ biologicky rozložiteľného kovového materiálu. Stáva sa výskumným hotspotom kvôli svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a biokompatibilite. Hustota a elastický modul horčíka sú podobné ako u ľudských kostí. Môže sa postupne degradovať v tele a nakoniec sa absorbovať telom, čím sa zabráni potrebe sekundárneho chirurgického zákroku na jeho odstránenie. Avšak rýchla degradbilita a uvoľňovanie vodíkových zliatin horčíka je stále potrebné ďalej rozlíšiť.
03 Aplikácia lekárskych kovových materiálov
Lekárske kovové materiály sa široko používajú v rôznych lekárskych oblastiach kvôli ich vynikajúcemu výkonu, vrátane ortopédie, kardiovaskulárnych, stomatológie, neurochirurgie a iných chirurgických polí.
1 ortopedické aplikácie
V oblasti ortopédie sa lekárske kovové materiály používajú hlavne na výrobu zariadení na fixačné zlomeniny zlomenín, umelých kĺbov, zariadení na fixačné prostriedky na chrbtice atď. Titánové zliatiny sa široko používajú v výmene bedra a kolena vďaka svojej vynikajúcej biokompatibilite a mechanických vlastnostiach. Zliatiny kobalt-chrómium sa často používajú na povrchu umelých kĺbov kvôli ich odporu opotrebenia a vysokej tvrdosti. V posledných rokoch výskumný pokrok zliatiny horčíka preukázal svoj potenciál ako materiál na fixačný kosť, najmä pri liečbe detských zlomenín, ktoré sa môžu vyhnúť potrebe sekundárneho chirurgického zákroku.
2 kardiovaskulárne aplikácie
V kardiovaskulárnom poli sa zliatiny nehrdzavejúcej ocele a kobalt-chrómium často používajú na výrobu implantátov, ako sú cievne stenty a srdcové chlopne. Vaskulárne stenty musia mať vysokú pevnosť, odolnosť proti korózii a dobrú biokompatibilitu, aby sa zabránilo restenóze alebo blokácii krvných ciev. Steny z nehrdzavejúcej ocele sa kedysi široko používali kvôli ich nízkym nákladom a ľahkým spracovaniu, ale pretože môžu spôsobiť restenózu v stente, väčšina materiálov stentu sa v súčasnosti obracia na zliatiny kobalt-chrómu alebo stenty potiahnuté liečivom.
3 zubné aplikácie
V zubnom poli sa titán a jeho zliatiny široko používajú v zubných implantátoch, pretože majú dobrú biokompatibilitu a môžu vytvárať silnú kostnú väzbu v alveolárnej kosti. Okrem toho sa zliatiny Cobalt-Chromium tiež široko používajú v zubných materiáloch na obnovenie zubov, ako sú koruny a mosty, kvôli ich odolnosti proti korózii a odolnosti proti opotrebeniu.
4 ďalšie chirurgické aplikácie
Lekárske kovové materiály sa tiež široko používajú v iných chirurgických poliach, ako sú opravné dosky lebky v neurochirurgii, protézy v plastickej chirurgii a výroba chirurgických nástrojov. Nerezová oceľ je stále hlavným materiálom na výrobu chirurgických nástrojov kvôli svojim dobrým mechanickým vlastnostiam a odolnosti proti korózii.
04 budúce vyhliadky a zhrnutie
Lekárske kovové materiály majú nenahraditeľnú pozíciu v modernej medicíne. S neustálym pokrokom v oblasti vedy a techniky a zvyšujúcimi sa požiadavkami ľudí na lekárske účinky sa zdravotnícke materiály naďalej vyvíjajú, aby vyhovovali výzvam rôznych lekárskych potrieb. Budúci výskum sa zameria na zlepšenie biokompatibility, optimalizáciu mechanických vlastností, vývoj nových materiálov a dosiahnutie multifunkčnosti s cieľom poskytnúť pacientom bezpečnejšie a efektívnejšie možnosti liečby. Stručne povedané, vývoj lekárskych kovových materiálov závisí nielen od pokroku v oblasti materiálov a inžinierstva, ale musí byť tiež krížovo integrovaný s biomedicínom, klinickým lekárstvom a inými disciplínami, aby sa vytvorila komplexná výskumná platforma. V budúcnosti, so objavením sa viacerých nových materiálov a technológií, lekárske kovové materiály ukazujú široké vyhliadky na aplikáciu vo viacerých oblastiach a väčšie prispievajú k lekárskemu pokroku a ľudskému zdraviu.