Titanova zlitina je pogosto hvaljena kot "univerzalna kovina" v biomedicinskih aplikacijah, ki pokriva skoraj vsa področja sodobne medicine od ortopedskih vsadkov do zobnih restavracij, od kardiovaskularnih stentov do kirurških instrumentov.
Zakaj lahko navidezno običajne kovine »nevidno« krožijo po človeškem telesu in mirno sobivajo z našimi tkivi? Kakšno čarobno 'biološko magijo' ima? Od kod ta čarovnija? Raziščimo resnico v tem članku.
Od bojnih letal do človeških teles, veličastna preobrazba titanove zlitine
Zgodba o titanovi zlitini se je začela v letalski industriji. V štiridesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki po naključju odkrili, da se ta kovina, ki se uporablja za izdelavo bojnih letal, dejansko dobro ujema z živalskimi kostmi.
V petdesetih letih prejšnjega stoletja so titanove zlitine uradno vstopile v medicinsko industrijo. Začetni zvezdni izdelek Ti-6Al-4V (ki vsebuje 6 % aluminija in 4 % vanadija) se je dobro obnesel, vendar so zdravniki ugotovili, da lahko element vanadija v njem predstavlja tveganje za zdravje. Tako so znanstveniki za materiale začeli "oblikovati nove formule" in zamenjati vanadij z varnejšim niobijem ter razvijati nove zlitine, kot je Ti-6Al-7Nb.
Znanstveniki lahko prilagodijo titanove zlitine, ki ustrezajo različnim medicinskim potrebam, tako da prilagodijo deleže "sestavin", kot so aluminij, vanadij, niobij itd. Dandanes se je družina titanovih zlitin razvila v tri glavne sekte:
Alfa tip: visoka stabilnost, vendar zmerna moč
Beta tip: najbolj elastičen in najbližji pravim kostem
+ vrsta: uravnoteženje moči in žilavosti
V svetu medicinskih materialov je titanova zlitina kot-vsestranski igralec - hkrati čvrsta in lahka ter lahko harmonično sobiva s človeškim telesom.
Popolna biokompatibilnost. Kaj je največji strah, če si v telo vtaknete kos kovine? Tako je, to je reakcija zavrnitve. Toda titanova zlitina lahko mirno sobiva s človeškim telesom, zahvaljujoč posebni sposobnosti samodejnega ustvarjanja zaščitnega filma (plast titanovega dioksida). V človeškem okolju je skoraj netopen, lahko učinkovito blokira sproščanje kovinskih ionov in ga telesne tekočine ne razjedajo, prav tako pa ni lahko sprožiti napadov imunskega sistema.
Filmska plast je sposobna adsorbirati kalcij in fosfat, izboljšati nukleacijo hidroksiapatita, ki je primarna anorganska komponenta človeških kosti in zob, ter omogoči kostnim celicam, da se neposredno oprimejo površine titana in tvorijo "biološko fuzijo". Po drugi strani pa je znano, da nerjavno jeklo in zlitine kobalta in kroma počasi sproščajo ione niklja in kroma, kar lahko povzroči alergijske ali toksične reakcije. Običajno so obdani z vlaknastim tkivom in ne morejo biti resnično biokompatibilni.
Močna in lahka. Druga supermoč titanove zlitine so njene mehanske lastnosti. Zdravniki so ugotovili, da mora imeti idealen material za vsadek dve lastnosti: - dovolj močan, da zdrži dnevne aktivnosti, in dovolj elastičen, da je blizu pravim kostem. Titanova zlitina popolnoma izpolnjuje te zahteve.
Prvič, je lahek, njegova gostota je le polovica gostote jekla, vendar je njegova trdnost podobna; Drugič, njegova elastičnost je zmerna. Nova titanova zlitina ima modul elastičnosti približno 60 GPa (gigapaskala), kar je zelo blizu 30 GPa človeške kosti; Tretjič, odporen je na utrujenost, lahko ga je milijonkrat upognjen, ne da bi se zlomil.
Zakaj človeško telo ne zavrača titanove zlitine?
Titanova zlitina je našla veliko uporabo na sodobnem medicinskem področju zaradi svojih izjemnih splošnih lastnosti, vključno z zobnimi restavracijami, kardiovaskularnimi stenti, ortopedskimi vsadki itd. Torej, zakaj človeško telo ne zavrne titanove zlitine? To se začne z razvijajočim se interdisciplinarnim področjem na stičišču kostnega tkiva in imunske regulacije – kostna imunologija.
Zahtevajte ponudbo
E-pošta:bjcxtitanium@gmail.com
WhatsApp:+8613571718779
