{"id":1522,"date":"2022-01-29T15:40:53","date_gmt":"2022-01-29T15:40:53","guid":{"rendered":"http:\/\/energy-ti.com\/?p=1522"},"modified":"2022-01-29T15:55:50","modified_gmt":"2022-01-29T15:55:50","slug":"the-metal-alloys-used-for-medical-implants","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/energy-ti.com\/pl\/the-metal-alloys-used-for-medical-implants\/","title":{"rendered":"Stopy metali stosowane w implantach medycznych"},"content":{"rendered":"

Metale biomedyczne, znane r\u00f3wnie\u017c jako metale do implant\u00f3w chirurgicznych, to stopy stosowane do diagnozowania, leczenia i zast\u0119powania lub wzmacniania funkcji tkanek w organizmie. Metal by\u0142 jednym z najwcze\u015bniej stosowanych materia\u0142\u00f3w medycznych, si\u0119gaj\u0105cym nawet 400-300 r. p.n.e., kiedy Fenicjanie u\u017cywali drut\u00f3w do naprawy brakuj\u0105cych z\u0119b\u00f3w. W latach 30. XX wieku, wraz z udanym wykorzystaniem stopu kobaltowo-chromowego, stali nierdzewnej i stopu tytanu w stomatologii i ortopedii, metalowe materia\u0142y biomedyczne sta\u0142y si\u0119 gor\u0105cym tematem w dziedzinie bada\u0144 chirurgicznych. W latach 70-tych, udane zastosowanie stopu Ni-Ti z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu w medycynie klinicznej i rozw\u00f3j biomedycznych materia\u0142\u00f3w pow\u0142okowych na powierzchniach metalowych promowa\u0142y zastosowania biomedycznych stop\u00f3w metali. Wymagania stawiane biomedycznym materia\u0142om metalowym powinny by\u0107 nast\u0119puj\u0105ce:<\/p>\n

    \n
  • Dobre w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne<\/li>\n<\/ul>\n

    Biomedyczne materia\u0142y metalowe powinny by\u0107 generalnie lekkie, mie\u0107 doskona\u0142\u0105 wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 i ci\u0105gliwo\u015b\u0107, niski modu\u0142 spr\u0119\u017cysto\u015bci, dobr\u0105 odporno\u015b\u0107 na zm\u0119czenie, odporno\u015b\u0107 na pe\u0142zanie oraz niezb\u0119dn\u0105 odporno\u015b\u0107 na zu\u017cycie i samosmarowanie. Z powodu urazu, guza i innych czynnik\u00f3w, uszkodzenia ko\u015bci i staw\u00f3w, konieczne jest ustanowienie stabilnego rusztowania kostnego z p\u0142ytk\u0105 \u0142ukow\u0105, \u015brub\u0105, sztuczn\u0105 ko\u015bci\u0105 i stawem. Te d\u0142ugoterminowe implanty s\u0105 nara\u017cone na zginanie, \u015bciskanie i skurcze mi\u0119\u015bni oraz wymagaj\u0105 wysokiej wytrzyma\u0142o\u015bci i odporno\u015bci.<\/p>\n

      \n
    • Doskona\u0142a odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119<\/li>\n<\/ul>\n

      Korozja medycznych materia\u0142\u00f3w metalowych jest spowodowana g\u0142\u00f3wnie przez: og\u00f3ln\u0105 jednolit\u0105 korozj\u0119: powierzchnia wszczepionych materia\u0142\u00f3w jest nara\u017cona na dzia\u0142anie \u015brodowiska fizjologicznego cz\u0142owieka i wyst\u0119puje dzia\u0142anie elektrolityczne; korozj\u0119 punktow\u0105 spowodowan\u0105 mieszaniem materia\u0142\u00f3w implantu z zanieczyszczeniami; korozj\u0119 mi\u0119dzykrystaliczn\u0105 spowodowan\u0105 r\u00f3\u017cnymi sk\u0142adnikami oraz w\u0142a\u015bciwo\u015bciami fizycznymi i chemicznymi; korozj\u0119 galwaniczn\u0105 spowodowan\u0105 mieszanym u\u017cyciem materia\u0142\u00f3w o r\u00f3\u017cnej energii jonizacji; zu\u017cycie i korozj\u0119 mi\u0119dzy implantem a tkank\u0105 ludzk\u0105; korozj\u0119 napr\u0119\u017ceniow\u0105 spowodowan\u0105 koncentracj\u0105 napr\u0119\u017ce\u0144 w cz\u0119\u015bci wszczepionego materia\u0142u z powodu obci\u0105\u017cenia; korozj\u0119 zm\u0119czeniow\u0105 spowodowan\u0105 p\u0119kni\u0119ciem materia\u0142u implantu i tak dalej.<\/p>\n

        \n
      • Biokompatybilno\u015b\u0107<\/li>\n<\/ul>\n

        Biokompatybilno\u015b\u0107 jest wa\u017cnym wska\u017anikiem s\u0142u\u017c\u0105cym do pomiaru jako\u015bci materia\u0142\u00f3w. Odnosi si\u0119 do wzajemnej tolerancji i adaptacji tkanki ludzkiej i materia\u0142u implantu, czyli tego, czy materia\u0142 implantu spowoduje uszkodzenie, toksyczno\u015b\u0107 lub inne szkody dla tkanki ludzkiej. Materia\u0142y biomedyczne nie powinny mie\u0107 toksyczno\u015bci, stymulacji, rakotw\u00f3rczo\u015bci, mutacji i innych skutk\u00f3w dla organizmu ludzkiego. Brak reakcji odrzucenia w ludzkim ciele; Silnie zwi\u0105zany z otaczaj\u0105c\u0105 ko\u015bci\u0105 i innymi tkankami, najlepiej zwi\u0105zany chemicznie i biologicznie aktywny; Brak hemolizy, reakcji krzepni\u0119cia, to znaczy z przeciwzakrzepowym.<\/p>\n

          \n
        • Brak magnetyzmu<\/li>\n<\/ul>\n

          Na materia\u0142y metalowe nie maj\u0105 wp\u0142ywu pola elektromagnetyczne i burze, co sprzyja bezpiecze\u0144stwu ludzi.<\/p>\n

          \"\"<\/p>\n

          W por\u00f3wnaniu z materia\u0142ami polimerowymi, materia\u0142ami kompozytowymi, materia\u0142ami hybrydowymi i pochodnymi oraz innymi materia\u0142ami biomedycznymi, metalowe materia\u0142y medyczne oferuj\u0105 wysok\u0105 wytrzyma\u0142o\u015b\u0107, dobr\u0105 ci\u0105gliwo\u015b\u0107 i wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniow\u0105 na zginanie, doskona\u0142\u0105 wydajno\u015b\u0107 obr\u00f3bki i inne doskona\u0142e w\u0142a\u015bciwo\u015bci, kt\u00f3re s\u0105 najcz\u0119\u015bciej stosowanymi materia\u0142ami implantacyjnymi w zastosowaniach klinicznych. Technologia druku 3D w metalu sprawi\u0142a, \u017ce metalowe materia\u0142y medyczne s\u0105 coraz szerzej stosowane, a typowe komponenty aplikacji obejmuj\u0105 wewn\u0119trzne p\u0142ytki mocuj\u0105ce z\u0142amania, \u015bruby, sztuczne stawy i implanty korzeni z\u0119b\u00f3w. Obecnie medyczne materia\u0142y metalowe obejmuj\u0105 g\u0142\u00f3wnie stal nierdzewn\u0105, stop kobaltu, stop tytanu, stop z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu, metal szlachetny i czysty metal tantal, niob, cyrkon i tak dalej.<\/p>\n

          Stal nierdzewna<\/strong><\/p>\n

          Medyczna stal nierdzewna jest jednym z pocz\u0105tkowo stosowanych stop\u00f3w biomedycznych, jest \u0142atwa w obr\u00f3bce, ma nisk\u0105 cen\u0119, oferuje dobr\u0105 odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119 i granic\u0119 plastyczno\u015bci i mo\u017ce by\u0107 ulepszona przez obr\u00f3bk\u0119 na zimno, unikaj\u0105c p\u0119kni\u0119\u0107 zm\u0119czeniowych. Najcz\u0119\u015bciej stosowanym typem jest austenityczna stal nierdzewna 304\/304L, 316\/316L i 317L, kt\u00f3re s\u0105 u\u017cywane do produkcji instrument\u00f3w medycznych, takich jak no\u017ce, no\u017cyczki, kleszcze hemostatyczne, ig\u0142y, elementy implant\u00f3w chirurgicznych, takie jak sztuczny staw, wewn\u0119trzny stabilizator z\u0142ama\u0144, orteza dentystyczna, sztuczna zastawka serca i inne wszczepione urz\u0105dzenia.<\/p>\n

          Biokompatybilno\u015b\u0107 medycznej stali nierdzewnej wi\u0105\u017ce si\u0119 z reakcj\u0105 tkanek spowodowan\u0105 rozpuszczaniem jon\u00f3w metali w wyniku korozji lub zu\u017cycia po wszczepieniu stali nierdzewnej do ludzkiego cia\u0142a. Wiele danych klinicznych pokazuje, \u017ce korozja medycznej stali nierdzewnej prowadzi do s\u0142abej stabilno\u015bci d\u0142ugotrwa\u0142ej implantacji, a jej g\u0119sto\u015b\u0107 i modu\u0142 spr\u0119\u017cysto\u015bci s\u0105 dalekie od ludzkiej tkanki twardej, co skutkuje s\u0142ab\u0105 kompatybilno\u015bci\u0105 mechaniczn\u0105. Korozja mo\u017ce powodowa\u0107 wytr\u0105canie si\u0119 jon\u00f3w metali, takich jak jony niklu (og\u00f3lna austenityczna medyczna stal nierdzewna zawiera oko\u0142o 10% niklu) lub innych zwi\u0105zk\u00f3w w otaczaj\u0105cych tkankach lub ca\u0142ym ciele, powoduj\u0105c pewne niepo\u017c\u0105dane reakcje histologiczne, takie jak obrz\u0119k, infekcja, martwica tkanek, b\u00f3l i reakcje alergiczne. Te austenityczne stale nierdzewne zosta\u0142y stopniowo zast\u0105pione przez nowe niklowe i bezniklowe medyczne stale nierdzewne.<\/p>\n

          Stop kobaltu<\/strong><\/p>\n

          Stop kobaltu jest r\u00f3wnie\u017c metalowym materia\u0142em medycznym powszechnie stosowanym w leczeniu. W por\u00f3wnaniu ze stal\u0105 nierdzewn\u0105, medyczny stop kobaltu jest bardziej odpowiedni do produkcji d\u0142ugoterminowych implant\u00f3w dla \u015brodowiska ludzkiego cia\u0142a, a jego odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119 jest 40 razy wy\u017csza ni\u017c stali nierdzewnej. Pierwszym medycznym stopem kobaltu by\u0142 stop kobaltowo-chromowo-molibdenowy (Co-Cr-Mo), a p\u00f3\u017aniej opracowano i zastosowano kuty stop kobaltowo-niklowo-chromowo-aluminiowo-wolframowy (Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe) o dobrych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach zm\u0119czeniowych oraz stop kobaltowo-niklowo-chromowo-aluminiowy MP35N o strukturze wielofazowej, kt\u00f3ry zosta\u0142 uwzgl\u0119dniony w normie ISO5582\/4. Stop kobaltu jest u\u017cywany g\u0142\u00f3wnie do produkcji sztucznych bioder, kolan, gwo\u017adzi klamrowych do staw\u00f3w, p\u0142ytek kostnych, gwo\u017adzi i igie\u0142.<\/p>\n

          Stop kobaltu pozostaje pasywowany w ludzkim ciele, a jego pasywowana warstwa jest bardziej stabilna ni\u017c stal nierdzewna, z lepsz\u0105 odporno\u015bci\u0105 na korozj\u0119 i odporno\u015bci\u0105 na zu\u017cycie, bez wyra\u017anej reakcji histologicznej po wszczepieniu do ludzkiego cia\u0142a. Stopy kobaltu maj\u0105 jednak nieuniknione wady: s\u0105 drogie; zu\u017cycie i korozja powoduj\u0105 rozpuszczanie plazmy Co i Ni i powoduj\u0105 alergi\u0119 lub martwic\u0119 kom\u00f3rek i tkanek, powoduj\u0105c b\u00f3l i rozlu\u017anienie staw\u00f3w. W ostatnich latach technologia modyfikacji powierzchni poprawi\u0142a w\u0142a\u015bciwo\u015bci powierzchni stopu kobaltu i skutecznie poprawi\u0142a jego efekt kliniczny.<\/p>\n

          Stop tytanu<\/strong><\/p>\n

          \"\"<\/p>\n

          Stop tytanu jest jednym z najbardziej biokompatybilnych metali znanych ze wzgl\u0119du na jego niepor\u00f3wnywalne zalety: lekko\u015b\u0107, nietoksyczno\u015b\u0107, niemagnetyczno\u015b\u0107, doskona\u0142\u0105 odporno\u015b\u0107 na zu\u017cycie i odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119. Tytan i stopy tytanu s\u0105 stosowane g\u0142\u00f3wnie w chirurgii plastycznej, zw\u0142aszcza do rekonstrukcji ko\u015bci ko\u0144czyn i czaszki oraz r\u00f3\u017cnych urz\u0105dze\u0144 do wewn\u0119trznego mocowania z\u0142ama\u0144, sztucznych staw\u00f3w, czaszki i opony twardej, sztucznych zastawek serca, z\u0119b\u00f3w, dzi\u0105se\u0142, pier\u015bcieni podtrzymuj\u0105cych i koron. Najcz\u0119\u015bciej stosowanym stopem tytanu jest stop tytanu \u0430+\u03b2 Ti-6A1-4V, kt\u00f3ry stanowi ponad 80% globalnego rynku biomedycznych stop\u00f3w tytanu, kt\u00f3rego wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 i w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne stopu tytanu mo\u017cna znacznie poprawi\u0107 poprzez obr\u00f3bk\u0119 roztworem z\u0142ota i starzenie.<\/p>\n

          G\u0119sto\u015b\u0107 tytanu i stopu tytanu wynosi oko\u0142o 4,5 g \/ cm3, prawie po\u0142ow\u0119 g\u0119sto\u015bci stali nierdzewnej i stopu kobaltu, bli\u017cej twardej tkanki ludzkiego cia\u0142a, a jego biokompatybilno\u015b\u0107, odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119 i odporno\u015b\u0107 na zm\u0119czenie s\u0105 lepsze ni\u017c stali nierdzewnej i stopu kobaltu, dzi\u0119ki czemu jest to obecnie najlepszy metaliczny materia\u0142 medyczny. Powinowactwo mi\u0119dzy tytanem i stopem tytanu a ludzkim cia\u0142em wynika ze zdolno\u015bci do indukowania osadzania jon\u00f3w wapnia i fosforu w p\u0142ynie ustrojowym w celu wytworzenia apatytu przez g\u0119st\u0105 warstw\u0119 pasywacyjn\u0105 tlenku tytanu (TiO2) na jego powierzchni po implantacji, wykazuj\u0105c pewn\u0105 aktywno\u015b\u0107 biologiczn\u0105 i zdolno\u015b\u0107 wi\u0105zania ko\u015bci, szczeg\u00f3lnie odpowiedni\u0105 do implantacji ko\u015bci. Doniesiono, \u017ce pierwiastek V powoduje z\u0142o\u015bliwe reakcje tkanek i mo\u017ce mie\u0107 toksyczne skutki uboczne dla organizmu ludzkiego, podczas gdy Al mo\u017ce powodowa\u0107 choroby, takie jak osteoporoza i zaburzenia psychiczne. Dlatego naukowcy zajmuj\u0105cy si\u0119 biomateria\u0142ami opracowuj\u0105 obecnie stopy tytanu \u03b2 o lepszej biokompatybilno\u015bci i ni\u017cszym module spr\u0119\u017cysto\u015bci.<\/p>\n

          Stop cyrkonu<\/strong><\/p>\n

          Materia\u0142 stopowy na bazie cyrkonu jest szeroko stosowany jako materia\u0142 zast\u0119puj\u0105cy ludzk\u0105 tkank\u0119 tward\u0105 ze wzgl\u0119du na niski modu\u0142 spr\u0119\u017cysto\u015bci, wysok\u0105 wytrzyma\u0142o\u015b\u0107, dobr\u0105 ci\u0105gliwo\u015b\u0107, dobr\u0105 odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119, nietoksyczno\u015b\u0107, dobr\u0105 biokompatybilno\u015b\u0107 i inne zalety.<\/p>\n

          Zr i Ti mog\u0105 rozpuszcza\u0107 si\u0119 w sobie nawzajem, co wskazuje, \u017ce maj\u0105 podobne w\u0142a\u015bciwo\u015bci fizyczne i chemiczne. Zr jest cz\u0119sto dodawany do stop\u00f3w Ti jako pierwiastek stopowy w celu poprawy w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechanicznych stop\u00f3w Ti. W ostatnich latach opracowano nowe biomedyczne materia\u0142y stopowe poprzez wzmocnienie stopu Zr nietoksycznymi pierwiastkami stopowymi i optymalizacj\u0119 jego w\u0142a\u015bciwo\u015bci.<\/p>\n

          Stop z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu<\/strong><\/p>\n

          Stop z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu (SMA) to nowy rodzaj funkcjonalnego materia\u0142u, kt\u00f3ry mo\u017ce ulega\u0107 przemianie fazowej pod wp\u0142ywem temperatury i napr\u0119\u017ce\u0144. Posiada unikalny efekt pami\u0119ci kszta\u0142tu i pseudoelastyczno\u015b\u0107 przemiany fazowej. Stwierdzono, \u017ce istnieje wiele rodzaj\u00f3w stop\u00f3w z efektem pami\u0119ci kszta\u0142tu, kt\u00f3re mo\u017cna podzieli\u0107 na stopy niklowo-tytanowe, stopy miedzi i stopy \u017celaza. W\u015br\u00f3d nich stopy niklowo-tytanowe z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu s\u0105 szeroko stosowane w chirurgii plastycznej i stomatologii, takie jak stenty samopompuj\u0105ce, zw\u0142aszcza stenty sercowo-naczyniowe. Temperatura odzyskiwania pami\u0119ci kszta\u0142tu medycznego stopu niklowo-tytanowego z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu wynosi 36 \u00b1 2 \u2103, co jest zgodne z temperatur\u0105 ludzkiego cia\u0142a i wykazuje por\u00f3wnywaln\u0105 biokompatybilno\u015b\u0107 ze stopem tytanu. Poniewa\u017c jednak stopy niklowo-tytanowe z pami\u0119ci\u0105 kszta\u0142tu zawieraj\u0105 du\u017c\u0105 ilo\u015b\u0107 niklu, jony niklu mog\u0105 rozprzestrzenia\u0107 si\u0119 na otaczaj\u0105ce tkanki i przenika\u0107, powoduj\u0105c martwic\u0119 kom\u00f3rek i tkanek, je\u015bli powierzchnia nie zostanie odpowiednio oczyszczona.<\/p>\n<\/div><\/section><\/div>