Биомедицинские материалы представляют собой критически важную отрасль материаловедения, служащую передовыми материалами-носителями с высоким технологическим содержанием и экономической ценностью для диагностики, лечения или замены тканей и органов человека, а также для улучшения их функций. Эта область является развивающимся направлением в материаловедении и технологиях, призванным внести больший вклад в изучение тайн жизни и обеспечение здоровья и долголетия человека.
Среди биомедицинских металлических материалов титан и его сплавы стали предпочтительным выбором для медицинских имплантатов — таких как искусственные суставы (тазобедренный, коленный, плечевой, голеностопный, локтевой, лучезапястный, суставы пальцев и т. д.), продукты для лечения костных травм (внутрикостные гвозди, пластины, винты и т. д.), системы коррекции позвоночника и внутренней фиксации, зубные имплантаты, зубные протезы, ортодонтические дуги, искусственные сердечные клапаны и интервенционные сердечно-сосудистые стенты — благодаря своим превосходным комплексным свойствам. В настоящее время не существует металлического материала, превосходящего титановые сплавы, для клинического применения. При численности населения мира почти 6,5 миллиарда человек, неполная статистика показывает, что примерно 400 миллионов человек имеют инвалидность, в том числе 60 миллионов с нарушениями конечностей и 2 миллиарда с заболеваниями зубов. Однако на сегодняшний день только 35 миллионов человек получили имплантаты медицинских устройств. Ежегодное количество замен суставов составляет около 1,5 миллиона, что значительно ниже фактической потребности. Таким образом, рыночный потенциал биомедицинских материалов огромен, и спрос на титан и его сплавы, как на предпочтительные биомедицинские металлические материалы, должен значительно вырасти.
Преимущества титановых сплавов в медицинских устройствах:
Легкий вес:Уменьшает повреждение кровеносных сосудов, мышц и органов во время операции, облегчая усталость хирурга. Титановые инструменты особенно подходят для деликатной микрохирургии.
Отличная коррозионная стойкость и нетоксичность:Предотвращает ржавление оборудования, снижает риски заражения ран и способствует более быстрому заживлению.
Умеренная эластичность:Идеально подходит для производства медицинских щипцов, пинцетов, микрохирургических лезвий и других инструментов.
Низкая отражающая способность:Минимальный блеск титана при бестеневом освещении делает его более подходящим, чем нержавеющая сталь, для хирургических процедур.
Применение медицинских титановых сплавов:
Ортопедические имплантаты:
Включают искусственные тазобедренные суставы, коленные суставы и системы внутренней фиксации позвоночника. Пористые устройства для межтелового сращения костей из титанового сплава могут достигать пористости 60-80% с размером пор 150-600 мкм, что способствует врастанию кости. Технология 3D-печати позволяет точно воспроизводить данные КТ пациента, производя персонализированные имплантаты с соответствием анатомии более 95%.
Сердечно-сосудистые устройства:
Используются при производстве стентов для искусственных сердечных клапанов и сосудистых стентов. Стенты из сплава Ti-6Al-4V могут быть обработаны до толщины стенки 80 мкм с прочностью опоры, превышающей 10 Н/мм². Новые β-титановые сплавы (например, Ti-15Mo-5Zr) демонстрируют улучшенные антикоагулянтные свойства, снижая частоту рестеноза стентов до менее 5%.
Восстановление зубов:
Коммерчески чистый титан (TA1/TA2) используется для корней зубных имплантатов, достигая прочности сцепления с костью 50 МПа, что превосходит 35 МПа покрытий из гидроксиапатита. Имплантаты из сплава Ti-Zr показывают пятилетнюю выживаемость 97,3%, превосходя 94,1% традиционных титановых сплавов.
Благодаря сочетанию преимуществ биосовместимости, механических свойств и гибкости производства, медицинские титановые сплавы стали незаменимым материальным краеугольным камнем современной медицины. От ортопедии до сердечно-сосудистых применений и от стандартизированных компонентов до персонализированных имплантатов, их постоянное расширение подчеркивает глубокое влияние инноваций в области материалов на здоровье человека. По мере развития технологий и углубления клинических потребностей медицинские титановые сплавы, несомненно, обеспечат еще большую производительность, открывая новые главы для медицинской промышленности и поддерживая стремление человечества к более высокому качеству жизни.
