Materiais e aplicações biomédicas de liga de titânio

Os materiais de liga de titânio para aplicações biomédicas são uma classe de materiais estruturais funcionais utilizados em engenharia biomédica, especificamente para a produção e fabricação de implantes cirúrgicos e dispositivos ortopédicos. A produção e preparação de ligas de titânio envolve metalurgia, processamento sob pressão, materiais compósitos e indústria química, e é reconhecida como um produto de alta tecnologia no mundo. O titânio e as ligas de titânio estão gradualmente entrando no campo do consumidor civil vindo da indústria aeroespacial, de aviação e de defesa. Tais como implantes da indústria de saúde, dispositivos médicos; clubes de golfe de titânio da indústria de esportes e lazer e armações de óculos de titânio, relógios de titânio, bicicletas de titânio e outros produtos, a demanda por materiais de processamento de titânio está aumentando. Com o vigoroso desenvolvimento da biotecnologia e grandes avanços, a indústria de materiais e produtos metálicos biomédicos se transformará em uma indústria pilar da economia mundial. Entre eles, o titânio e suas ligas com peso leve, baixo módulo de elasticidade, não tóxico, não magnético, resistência à corrosão, alta resistência, boa tenacidade e outros excelentes desempenhos abrangentes, nos últimos anos, a demanda por um crescimento rápido e constante. Ao mesmo tempo, à medida que as ligas de titânio começam a entrar no campo da ortopedia e outras novas demandas potenciais do mercado, o futuro do mercado de ligas de titânio parecerá um crescimento mais rápido.
1 Progresso da pesquisa da liga médica de titânio
1.1 Classificação da liga médica de titânio
As ligas de titânio podem ser divididas em 3 categorias de acordo com o tipo de microestrutura do material: ligas de titânio tipo, + -tipo e tipo.
1.2 A tendência de desenvolvimento da liga médica de titânio
A pesquisa bibliográfica descobriu que pesquisadores e acadêmicos nacionais e estrangeiros concordam que o desenvolvimento de ligas médicas de titânio passou por três estágios icônicos, o primeiro estágio é representado por titânio puro e liga Ti-6Al-4V; o segundo estágio é representado pela nova liga + com Ti-5A1-2.5Fe, Ti-6A1-7Nb; a terceira etapa é o desenvolvimento de ligas + com melhor biocompatibilidade e menor módulo de elasticidade; a terceira etapa é desenvolver a liga + com melhor biocompatibilidade e menor módulo de elasticidade. e módulo de elasticidade inferior - ligas de titânio. Os materiais de liga de titânio biomédicos ideais devem atender às seguintes condições: boa biocompatibilidade, baixo módulo de elasticidade, baixa densidade, boa resistência à corrosão, não toxicidade, alto limite de escoamento, longa vida em fadiga, grande plasticidade à temperatura ambiente, fácil de formar, fácil fundição . As ligas importantes que têm sido amplamente utilizadas em materiais de implantes são Ti-6A1-4V e Ti-6A1-4VELI. Tem sido relatado na literatura que o elemento V pode causar reação maligna nos tecidos, que pode ter efeitos colaterais tóxicos no corpo humano, e o Al pode causar osteoporose e transtornos mentais e outros transtornos; para resolver este problema, os atuais cientistas de biomateriais estão empenhados em explorar e pesquisar novas ligas biomédicas de titânio que não contenham V e Al. Para resolver este problema, os atuais cientistas de biomateriais estão empenhados em explorar e pesquisar novos biomateriais que não contenham ligas de titânio V, Al para uso médico, e antes disso é necessário descobrir que tipo de elementos de liga são adequados para adicionar não -tóxico e biocompatível. Verificou-se que as ligas de titânio contendo elementos não tóxicos, como molibdênio, nióbio, tântalo, zircônio, etc. contêm um maior teor de elementos estabilizadores e, em comparação com as ligas + titânio, apresentam um módulo de elasticidade menor (E {{ 19}} ~ 80GPa), bem como melhores propriedades de cisalhamento e tenacidade, o que é mais adequado para implantação no corpo humano como um implante.

2 Aplicação de liga de titânio
2.1 Base médica da liga de titânio
As vantagens do uso de titânio e ligas de titânio como implantes humanos são principalmente: (1) densidade (20 graus)=4,5g/cm3, leve. Implantado no corpo humano: para reduzir a carga do corpo humano, como dispositivo médico: para reduzir a carga operacional do pessoal médico. (2) Baixo módulo de elasticidade, o titânio puro tem 108.500 MPa, implantado no corpo: mais próximo do osso natural do corpo humano, propício ao enxerto ósseo, para reduzir o efeito de proteção contra estresse do osso no implante. (3)Não magnético, não afetado por campos eletromagnéticos e trovoadas, o que é favorável à segurança do corpo humano após o uso. (4) Não toxicidade, sem efeitos colaterais tóxicos no corpo humano como implante. (5) resistência à corrosão (materiais metálicos bioinertes), excelente resistência à corrosão no ambiente de imersão em sangue humano, para garantir boa compatibilidade com sangue humano e tecidos celulares, como os implantes não produzem contaminação humana, não ocorrerão reações alérgicas, o que é a base para a aplicação de condições de titânio e ligas de titânio. (6) alta resistência, boa tenacidade, devido a traumas, tumores e outros fatores que levam a danos ósseos, articulares, a fim de estabelecer um suporte ósseo sólido, devem ser utilizados com a ajuda de placas curvas, parafusos, ossos artificiais e articulações, etc., esses implantes devem ser deixados no corpo por muito tempo, estarão sujeitos à flexão, torção, extrusão, contração muscular e outras funções do corpo humano, requisitos de implantes com alta resistência e tenacidade.

2.2 Campos médicos e ortopédicos de ligas de titânio
Situação do mercado com o desenvolvimento de ligas de titânio, variedades de titânio e reduções de preços, as aplicações de titânio na indústria civil aumentaram exponencialmente. O CFDA será dividido em três classes de dispositivos médicos de acordo com sua segurança, de alto a baixo, e respectivamente pelos três níveis de supervisão e gerenciamento governamental, os implantes de material de titânio e liga de titânio pertencem à terceira classe de dispositivos médicos e de alto valor classe de consumíveis. Participação de mercado do subsegmento de mais de 5% da subindústria, incluindo diagnóstico in vitro, cardíaco, diagnóstico por imagem, ortopedia, oftalmologia, ortopedia seis segmentos principais. Entre eles, o diagnóstico in vitro, a ortopedia e a intervenção cardíaca são os consumíveis de alto valor que mais crescem na China. A aplicação do titânio biomédico e suas ligas passou por três etapas marcantes: no início da aplicação no início da década de 1950, primeiro no Reino Unido e nos Estados Unidos, o titânio comercialmente puro foi usado para fabricar placas ósseas, parafusos, hastes intramedulares e articulações do quadril. . A Swiss Mathys também usou a liga Ti-6A1-7Nb para fabricar sistemas de hastes intramedulares não expandidas (incluindo tíbia, úmero, fêmur) e parafusos ocos para o tratamento de fraturas do colo do fêmur. Fabricação de material bioativo de liga porosa de Ni-Ti (PNT) fusão intercorporal cervical e lombar (Cage) Canadá A empresa BIORTHEX desenvolveu o uso de material patenteado de liga porosa Ni-Ti ACTIPOREORE gama para fabricação de fusão intercorporal cervical e lombar para tratamento ortopédico de lesões na coluna vertebral. A nova liga de titânio beta pode levar em conta ortopedia, odontologia e intervenção vascular e outros usos de materiais avançados. A indústria de dispositivos médicos ortopédicos representou mais de 9% da participação no mercado global de dispositivos médicos e ainda está em rápido crescimento. O mercado de dispositivos médicos ortopédicos está dividido em quatro segmentos principais: trauma, articulação, coluna e outros. Entre eles, o trauma é o único segmento que não tem sido ocupado por empresas estrangeiras para ocupar uma grande participação de mercado, principalmente porque os produtos nesta área são de baixa tecnologia, fáceis de imitar, menos difíceis de operar, e muitos produtos de segunda e terceira hospitais de nível superior podem ser realizados, portanto, as empresas estrangeiras não podem ser totalmente cobertas. Os produtos de trauma podem ser divididos em dispositivos de fixação interna e de fixação externa, produtos de fixação interna para trauma, incluindo hastes intramedulares, placas e parafusos, etc. Em 2012, o trauma representou 34% do mercado ortopédico nacional, 28% das articulações, 20% de a coluna vertebral e 18% das demais. Articulações grandes são dispositivos médicos de alta qualidade com altas barreiras técnicas. Atualmente, os principais hospitais importam principalmente materiais ortopédicos e ainda existe uma lacuna entre produtos nacionais e importados em termos de tecnologia, design, pesquisa e desenvolvimento, materiais e processos de tratamento de superfície. As articulações artificiais são categorizadas principalmente em articulações artificiais de joelho, quadril, cotovelo, ombro, dedos das mãos e dos pés, etc., das quais as substituições articulares mais importantes incluem articulações de quadril e joelho, que juntas respondem por mais de 95% do mercado global de substituição articular . Os dispositivos de implante espinhal incluem sistema de placa ungueal da coluna toracolombar, sistema de placa ungueal da coluna cervical e sistema de fusão, etc., dos quais o sistema de fusão intervertebral é usado principalmente no tratamento de substituição de disco intervertebral, que também é o segmento mais importante, representando cerca de metade de todo o mercado de implantes espinhais.
O desempenho superior das ligas de titânio resultou na sua posição de liderança na área médica. O design de materiais e a tecnologia de preparação de ligas de titânio desenvolveram-se rapidamente com os avanços na biotecnologia e a grande demanda por aplicações médicas. As ligas de titânio médicas produzidas atualmente são principalmente ligas de titânio do tipo +. Do ponto de vista do processo de preparação, a produção do TC4 (TC4ELI) ocupa atualmente a principal participação de mercado. As ligas de titânio do tipo D tornaram-se o centro de pesquisa de novas ligas de titânio médicas devido às suas vantagens em biocompatibilidade e compatibilidade mecânica, que é a tecnologia mais promissora na área de implantes médicos. No futuro, a tecnologia de produção de ligas de titânio deverá ser desenvolvida na direção de baixo módulo, alta resistência, boa biocompatibilidade e compatibilidade mecânica. A partir da tendência de desenvolvimento, a liga de titânio do tipo 2 se tornará a direção de desenvolvimento futuro e a corrente principal do mercado de ligas de titânio médicas.