Inventaris van medische metalen materialen

Volgens de classificatie van biomedische materialen zijn de vorige twee gezichtspuntartikelen uitgewerkt op medische polymeermaterialen en bioceramische materialen. Dit artikel zal zich richten op het derde type biomedische materialen - medische metalen materialen. Medische metalen materialen spelen een uiterst belangrijke rol op het gebied van moderne geneeskunde. Met hun unieke mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit worden ze op grote schaal gebruikt op vele gebieden zoals orthopedie, cardiovasculaire, tandheelkunde en chirurgie. Dit artikel zal de definitie, classificatie, applicatiestatus en toekomstige ontwikkelingstrend van medische metaalmaterialen in detail bespreken en hun bijdragen op medisch gebied samenvatten. 01 Medische metalen materialen
Medische metalen materialen verwijzen naar metalen en hun legeringen die specifiek in medisch veld worden gebruikt. Ze worden meestal gebruikt om medische hulpmiddelen en implantaten te produceren die in direct contact zijn met het menselijk lichaam, zoals kunstmatige gewrichten, breukfixatie -apparaten, hartkleppen, tandheelkundige implantaten, enz. Mechanische eigenschappen zijn de basisvereisten van medische metalen materialen. Ze moeten voldoende kracht en taaiheid hebben om verschillende fysieke spanningen binnen en buiten het menselijk lichaam te weerstaan. Biocompatibiliteit is een sleutelfactor om het veilige gebruik van metaalmaterialen in het menselijk lichaam te waarborgen. Materialen met een goede biocompatibiliteit zullen geen duidelijke immuunrespons, inflammatoire respons of andere nadelige fysiologische reacties veroorzaken in contact met biologische weefsels. Corrosiebestendigheid is een belangrijke indicator van medische metaalmaterialen omdat de interne omgeving van het menselijk lichaam complex en corrosief is. De lichaamsvloeistoffen in het menselijk lichaam zijn rijk aan verschillende ionen en moleculen, en deze chemicaliën kunnen metalen corroderen. Daarom moeten medische metalen materialen stabiel blijven in een dergelijke omgeving en geen elektrochemische corrosie ondergaan.
02 Classificatie van medische metalen materialen
Medische metalen materialen kunnen voornamelijk worden verdeeld in roestvrij staal, titanium en zijn legeringen, kobalt-chromiumlegeringen, edelmetalen en magnesiumlegeringen volgens hun chemische samenstelling en applicatiescenario's.
1 roestvrij staal
Roestvrij staal is een van de vroegste metaalmaterialen die in het medische veld worden gebruikt en heeft goede mechanische eigenschappen en corrosieweerstand. 316L roestvrij staal is vooral gebruikelijk in medische toepassingen vanwege het lage koolstofgehalte en het toegevoegde molybdeen. Het wordt vaak gebruikt om chirurgische instrumenten, botplaten en schroeven te produceren. Hoewel roestvrij staal relatief goedkoop is en een goede verwerkbaarheid heeft, moeten de corrosieweerstand en biocompatibiliteit nog steeds worden verbeterd in langdurige implantaattoepassingen.
2 Titanium en zijn legeringen
Titaniumlegering is een van de meest gebruikte materialen voor medische metalen. Titanium heeft een lage dichtheid, hoge sterkte, goede corrosieweerstand en een vergelijkbare elastische modulus als menselijk botweefsel, dus het wordt veel gebruikt in orthopedische implantaten zoals heup- en knievervangingen. Ti -6 Al -4 V is de meest voorkomende titaniumlegering en het is het voorkeursmateriaal geworden voor orthopedische chirurgie vanwege de uitstekende mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit. Een nadeel van titaniumlegeringen is echter de hoge prijs en problemen bij het verwerken.
3 kobalt-chromiumlegeringen
Kobalt-chromiumlegeringen hebben een extreem hoge sterkte en uitstekende slijtvastheid en zijn geschikt voor medische hulpmiddelen die langdurig hoge belastingen moeten weerstaan ​​en dragen, zoals kunstmatige gewrichten en tandheelkundige restauraties. De hoge hardheid en corrosiebestendigheid van kobalt-chromiumlegeringen geven het een voordeel op het gebied van implantaten, maar de hoge elastische modulus kan leiden tot een "stressschermeffect", dat wil zeggen dat het implantaat te veel stress draagt, waardoor de belasting op het omringende botweefsel kan beïnvloeden, dat de gezonde groei van botten kan beïnvloeden.
4 edelmetalen
Zoals goud, zilver, platina, enz., Worden vanwege hun uitstekende biocompatibiliteit en corrosieweerstand vaak gebruikt in sommige speciale medische toepassingen, zoals pacemakerelektroden en tandheelkundige restauratiematerialen. Vanwege hun hoge prijzen en beperkte mechanische eigenschappen is het gebruik van edele metalen echter onderworpen aan bepaalde beperkingen.
5 magnesiumlegering
Magnesiumlegering is een nieuw type biologisch afbreekbaar metaalmateriaal. Het wordt een onderzoekshotspot vanwege de uitstekende mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit. De dichtheid en elastische modulus van magnesium zijn vergelijkbaar met die van menselijke botten. Het kan geleidelijk worden afgebroken in het lichaam en uiteindelijk worden opgenomen door het lichaam, waardoor de noodzaak voor secundaire operatie wordt vermeden om het te verwijderen. De snelle afbreekbaarheid en waterstofafgifte van magnesiumlegeringen moeten echter nog verder worden opgelost.
03 Toepassing van medische metalen materialen
Medische metalen materialen worden veel gebruikt in verschillende medische velden vanwege hun uitstekende prestaties, waaronder orthopedie, cardiovasculaire, tandheelkunde, neurochirurgie en andere chirurgische velden.
1 orthopedische toepassingen
Op het gebied van orthopedie worden medische metaalmaterialen voornamelijk gebruikt om breukfixatie -apparaten, kunstmatige gewrichten, spinale fixatie -apparaten, enz. Te produceren, enz. Titaniumlegeringen worden veel gebruikt in heup- en knievervangingen vanwege hun uitstekende biocompatibiliteit en mechanische eigenschappen. Kobalt-chromiumlegeringen worden vaak gebruikt op het oppervlak van kunstmatige gewrichten vanwege hun slijtvastheid en hoge hardheid. In de afgelopen jaren heeft de onderzoeksuitgang van magnesiumlegeringen aangetoond dat het potentieel als een botfixatiemateriaal is aangetoond, vooral bij de behandeling van pediatrische fracturen, die de behoefte aan secundaire chirurgie kunnen voorkomen.
2 cardiovasculaire toepassingen
In het cardiovasculaire veld worden roestvrijstalen en kobalt-chromiumlegeringen vaak gebruikt om implantaten zoals vasculaire stents en hartkleppen te produceren. Vasculaire stents moeten een hoge sterkte, corrosieweerstand en een goede biocompatibiliteit hebben om restenose of blokkade van bloedvaten te voorkomen. Roestvrijstalen stents werden ooit veel gebruikt vanwege hun lage kosten en gemakkelijke verwerking, maar omdat ze restenose in de stent kunnen veroorzaken, wenden de meeste stentmaterialen zich momenteel tot kobalt-chromiumlegeringen of door geneesmiddelen gecoate stents.
3 tandheelkundige toepassingen
In het tandheelkundige veld worden titanium en zijn legeringen veel gebruikt in tandheelkundige implantaten omdat ze een goede biocompatibiliteit hebben en een sterke botbinding in het alveolaire bot kunnen vormen. Bovendien worden kobalt-chromiumlegeringen ook op grote schaal gebruikt in tandheelkundige restauratiematerialen zoals kronen en bruggen vanwege hun corrosieweerstand en slijtvastheid.
4 andere chirurgische toepassingen
Medische metalen materialen worden ook op grote schaal gebruikt in andere chirurgische velden, zoals schedelreparatieplaten in neurochirurgie, protheses in plastische chirurgie en de productie van chirurgische instrumenten. Roestvrij staal is nog steeds het belangrijkste materiaal voor de productie van chirurgische instrumenten vanwege de goede mechanische eigenschappen en corrosieweerstand.
04 toekomstperspectieven en samenvatting
Medische metalen materialen hebben een onvervangbare positie in de moderne geneeskunde. Met de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie en de toenemende vereisten van mensen voor medische effecten, zullen medische metaalmaterialen zich blijven ontwikkelen om de uitdagingen van verschillende medische behoeften aan te gaan. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het verbeteren van de biocompatibiliteit, het optimaliseren van mechanische eigenschappen, het ontwikkelen van nieuwe materialen en het bereiken van multifunctionaliteit om patiënten veiliger en effectievere behandelingsopties te bieden. Samenvattend hangt de ontwikkeling van medische metaalmaterialen niet alleen af ​​van de voortgang van materiaalwetenschappen en engineering, maar moet ook worden geïntegreerd met biomedicine, klinische geneeskunde en andere disciplines om een ​​uitgebreid onderzoeksplatform te vormen. In de toekomst, met de opkomst van meer nieuwe materialen en technologieën, zullen medische metaalmaterialen brede toepassingsperspectieven op meer gebieden tonen en meer bijdragen leveren aan medische vooruitgang en menselijke gezondheid.