医療用チタン
チタンとは何ですか？
チタン素材は古くから日常生活の中で使われてきました。 1930 年代は、現代の生物医学的機能性材料の始まりでした。 当初、ステンレス鋼は医療およびインプラント用途で使用するために開発されました。 コバルトからなる合金は 2 番目の材料です。 チタンとその合金は、1960 年代頃に最新世代の金属生体材料となりました。 チタンはその最も記憶に残る外観以来、不思議な金属として描かれ、幅広い考慮を受けてきました。
なぜチタンはこれほどユニークなのでしょうか?
チタンは、強度が高く、密度が低い遷移金属です。 さまざまな条件下でも耐腐食性を発揮します。 特にチタンは潜在力があり、体液や組織に対して耐性があります。 これらは、生体適合性と消費障害であるとされています。 これらは医療分野での応用には必須の要件です。
チタン、ステンレス鋼、コバルト合金の基本的な特性を表 1 に示します。チタンの最低密度は 4.51 g/cm-3、最高密度は 8 g/cm-3 です。ステンレス鋼。 チタンは、同じ引張強さの場合、強度と密度の比が 76 kNm/kg とはるかに高くなります。 強度/密度は 63 kNm/kg で、ステンレス鋼よりも 20% 強いです。 チタンの弾性率の値は、コバルト合金や従来のステンレス鋼のわずか半分です。 それはかなり人間の骨に似ています。 さらに、チタンは熱膨張と伝導率が低いため、非強磁性になります。
チタンとその複合材は、筋肉の健康、インサート、および慎重な器具の分野で多大な成果をもたらす最も有益な特性を備えています。 宝鶏市長盛チタン株式会社 ltdは、最も包括的なグレード、寸法、およびミル製品のチタンおよびCu-Ni金属ミルおよび最終製品のメーカーおよびサプライヤーです。
baoji city changsheng Titanium co. は、金属の最低価格と最高のエンジニアリング基準を市場に提供しています。 ltdは中国のチタン生産の中心地に位置しています。 コストと品質の面で当社が負けることはないと確信しており、当社はコスト保証を提示しています。 チタンは、世界中のチタンおよびCuNiのミルおよび完成品のサプライヤーにとって好まれる選択肢です。
チタンの密度はどれくらいですか？
金属チタンは抽出がより難しく、鉄ほど手頃な価格ではないため、その用途は特殊化される傾向があります。 金属チタンの特性は非常に貴重です。 アルミニウムと同様に、腐食を防ぐために薄い保護酸化層を形成し、実質的に不活性になります。 チタン合金は密度が 4.5 グラム/cm3 と鉄の密度よりも大幅に低いため、航空宇宙産業にとって重要です。 これは、世界最速の有人航空機である SR-71 ブラックバードの多くの製造に使用されました。 また、エアバスや 747 などの大型旅客機のエンジンや機体の多くの製造にも使用されました。
この金属は海水に対する耐性があるため、プロペラシャフトなどの海洋用途に使用されています。 ロシア人が潜水艦の建造に使用したとも言われています。 チタンは有毒ではなく、体によって排出されることはありません。 骨とも接続するため、歯のインプラントや関節置換術、特に股関節などの外科手術に使用されています。
なぜチタンがインプラントに使われるのでしょうか？
世界中で約46億米ドルの価値があると推定される歯科インプラントの市場は、患者の歯の健康と機能を回復する可能性への扉を開きました[6]。 チタンインプラントは、生体適合性と低コストのため、市場で最も一般的に使用されている材料です。
チタンは生体不活性材料であり、周囲の組織に有害な影響を与えることはほとんどありません。 しかし、この材料には多くの固有の利点が記載されているにもかかわらず、適切な表面処理を行わないと骨や歯肉組織とうまく統合できず、インプラントの失敗につながる可能性があります。 貧弱なオッセオインテグレーションがこれらの失敗の原因であり、骨内でのインプラントの安定性に影響を及ぼし、インプラント周囲空間で感染症や炎症過程が発生する可能性があります[7]。 これらの問題を軽減する手段として、有害な細菌バイオフィルムの形成を防ぎ、オッセオインテグレーションを改善するためのさまざまな表面処理が研究されています。 ナノテクノロジーは歯科分野にプラスの効果を生み出し、材料の生体適合性を高めるために特定の形状や合成部分を表面に提供するオプションを備えています。
外科用チタンは磁性を持っていますか?
金属インプラントは、インプラントの移動と高周波 (RF) による加熱のリスクに対して特に脆弱であり、MRI 装置は強力な磁石を使用しているため、どちらも周囲の組織に損傷を与える可能性があります [11]。
研究によると、骨にしっかりと固定されたインプラントは、MRI による変位の影響を受けません [1、12]。 継続的な検査が不足していることを考慮すると、カール、チャンネル、ステントなどの関与していない埋め込みを有する患者の術後すぐの期間に X 線検査を行うことは推奨されません [6]。 インプラントの渦電流はスキャナーの静磁場と平行であるため、理論的には RF 加熱が可能です。 いずれにせよ、すべてのパートナー研究は、この温度変化が重要ではないことを明らかにしており、高周波加熱による組織損傷についての心配が不当であることを実証しています。
金属インプラントによって生じる画像アーティファクトにより、結果が誤って解釈される可能性があります。 技術の進歩により、スキャンパラメータを最適化し、磁気共鳴パルスシーケンスを変更することにより、画像の歪みを軽減できます。 医師は、患者に MRI を実施するかどうかを決定する際に、イメージングの利点だけでなく、インプラントによる画像歪みの可能性も考慮する必要があります。
チタンは常磁性体であるため、MRI の磁場はチタンには影響を与えません。 インプラントによって引き起こされる合併症のリスクが非常に低いため、MRI はインプラントを行っている患者に安全に使用できます。 ただし、頭蓋顔面領域で使用されるチタンプレートの製造には合金が使用されます。 MRI の効果は合金の成分の割合に影響されるため、より正確な研究が必要です。
偽造ジョイントと臨床埋め込み
総人口は数年で増加しています。 私たちは今日も長生きして、とても活動的な生活を送りたいと思っています。 スポーツ関連、交通関連、その他の種類の事故はすべて怪我につながります。 明らかに、偽造ジョイントへの関心は高まり続けています。 チタンとその複合材料は、通常、埋め込み機器の製造に使用されています。たとえば、骨プレート、骨折固定用ネジ、人工心臓弁、ペースメーカー、人工心臓などはすべて人工関節の例です。 世界中で毎年 1 億人を超える患者が補充療法を受けており、1,000 トンを超えるチタンが患者の体内に挿入されています。
これらの金属インプラントは、使用中にその機能を維持するために、特定の方法で機械的に成形する必要があります。 私たちは日常生活の中で、筋肉を曲げたり、ひねったり、絞ったり、収縮させたりします。 これらの人工部品は、疲労、摩耗、衝撃などの負荷を受けたときに劣化してはなりません。 チタンはステンレス鋼より 50% 軽く、強度と密度の比は 20% 高くなります。 より強くて軽いです。 人体内に埋め込んだ時点で、身体への負担を軽減します。 患者さんはより自由に移動できるようになります。 人工部品と人体の間には張力が生じます。 弾性率の不一致は、いわゆる界面応力の原因となります。 表 1 から、これら 3 つの材料の中でチタンが最も最小の弾性率を持っていることがわかります。 チタンインプラントと人間の骨は、機械的な適合性がはるかに優れています。
生理学的に、体は馴染みのない部分を拒否します。 ステンレス鋼や共合金が生体材料として使用されている場合、インプラント手術後、臨床的な炎症、発赤、かゆみが頻繁に発生します。 チタンとその合金は、生物学的に不活性であることでよく知られています。 これらは、人間の血液の浸漬環境における腐食に対して非常に耐性があります。 それは人間の血液および細胞組織と全体的によく対比し、大きな類似性を保証します。 汚染や好ましくない反応がほとんどなく、患者の回復に非常に効果的です。 チタンの数多くの応用はこれに基づいています。
優れた生体適合性のため、一般に市販の純チタン (Cp Ti) が最良の候補とみなされています。 ただし、ELI 合金 Ti-6Al-7Nb、Ti-13Nb-13Zr、Ti-12Mo-6Zr、Ti{ {6}}Al-4V は医療用インプラントにも広く利用されています。 実際に当社のサイトをご覧になり、さまざまなアイテムについてお問い合わせください。
整形外科用機器 骨変形の治療は整形外科の主な焦点です。 ねじれた体を正常な位置に戻すためには、外力が必要です。 筋肉の健康ハードウェアは、しっかりとしたサポートを提供し、体の正しい状態を思い出させるものでなければなりません。 摩耗障害と侵食抵抗以外に、ここで期待される新しい特性は形状記憶です。 チタンとニッケルで作られた形状記憶合金は、高い強度と記憶特性の両方を備えています。 Ti-Ni 合金は現在、一般的な骨プレート、髄内釘、下顎内固定、側弯症矯正、その他同様の器具の製造に使用されています。
歯科インプラントには独自の特徴があります。 歯科用埋込み物には、頬骨、オッセオインテグレーション、および歯科矯正用固定用のミニインプラントの 3 種類があります。 チタンは、クラウン、クラウンネイル、固定スパン、磁器スパン、セメントスパン、歯科代替保持リング、ベース、インターフェースガジェット、および強化ガジェットとして利用されてきました。 チタンは、義歯のほぼすべての金属部品を覆うために使用されています。
標準的なオッセオインテグレーションから始めましょう。 まず医師によって「根」または「種子」が顎の骨に挿入されます。 安定した後、歯の上部構造が埋め込み物と結合します。 その後、その上に新しい歯が生えてきます。 ここでは、臨床用埋め込みと歯科用埋め込みの対比を示します。 医療用インプラントは、壊れた硬組織を接続するために使用される「接着剤」または「ネジ」、または損傷した硬組織の代替品です。 いずれにせよ、歯科用埋め込みは新しいデザインの開発を支援しました。 なんとも興味深いですね！
この「単純な」手順には、優れた熱的および生体適合性の特性が必要です。 スープを飲んだり、フローズン ヨーグルトを食べたりすると、人は暑さや寒さを感じますが、これらの感情は歯からではなく口からのものです。 健康には刺激がありません歯.
チタンは加熱してもほとんど膨張しません。 チタンベースの埋め込み材を「根」として利用した時点では、口の中で伸びたり縮んだりすることはありません。 最近枠に入れられた歯は、あるべき場所に残ります。 チタンの熱伝導率はステンレス鋼のわずか 5 分の 1、アルミニウムの 1/3、銅の 1/2 です。 クラウンとして使用する場合、実際の歯の構造に付着しません。 歯髄はチタンによって熱や冷気の刺激から保護されます。
精密鋳造チタンは、寸法精度が高く、収縮や気泡が少ないため、歯科分野で使用されています。 現時点では、経済的に純粋な 4 種類のチタン (Cp Ti) が歯科埋め込み用途に独自に利用されています。 それらは ASTM グレード 1 から 4 までの範囲にあります。それらはすべて、低い電子伝導性、高い侵食抵抗性、生理的 pH 値での熱力学的状態、流体条件での低い粒子配列傾向、および 5-6 の酸化物の等電点を備えています。
グレード 1 と 4 の間では、純度が低下し、強度が増加します。グレード 2 のチタンは、歯科用埋め込み用途で最もよく知られているスターです。 最低降伏強度は 275 MPa で、これは焼き戻しオーステナイト系硬化鋼と同等です。 より高い強度が必要な場合にはチタン配合も同様に適用可能です。 Ti-6Al-4V などの他の合金もさまざまな場面で利用されています。
手術器具
第一世代の手術器具は炭素鋼で作られていましたが、その性能は電気めっき後の臨床使用に匹敵するものではありませんでした。 感染症を引き起こすことが多い。 第二世代ステンレス鋼はオーステナイト系ですが、クロム含有量は有毒であり、身体に影響を与えます。
手術器具を作成する際に最初に考慮する必要があるのは、機械的特性と延性です。 金属は、必要な形状に屈することなく維持するための特定の柔軟性を優先します。 細長い基本的な手術器具の例としては、メス、ピンセット、ハサミなどがあります。 機器を安全に操作するには、ある程度の力が必要です。 それらは十分な強度があり、医療処置中に壊れないようにする必要があります。 外科用器具の場合、最小必要弾性率は 100 GPa です。 チタンの弾性率は 116 GPa です。
医療処置活動中、器具は生体組織に直接提示されます。 耐食性、生体適合性、磁気特性が必要です。 チタンは人間の組織に対して無毒です。 無視できない反応を引き起こすことはありません。 手術室では磁場が発生することがあります。 たとえば、X 線は約 1.5 テスラの魅力的な場を作成します。 この魅力的な磁場は、磁場の相互作用によって引き起こされる有害な動き (ミサイル効果)、高周波 (RF) 電力の蓄積によって引き起こされる機器の熱、機器関連の写真撮影など、さまざまな方法で慎重な機器に影響を与える可能性があります。魅力的ではない、信頼できる活動の健全性。 非磁性であるため、繊細な電子インプラントに害を及ぼす可能性も排除されます。
手術後は高温の蒸気スプレーによる滅菌を行っております。 微生物や病気を洗浄するためにさまざまな洗浄剤が使用されます。 器具のサイズと表面の品質は、洗浄を繰り返しても変化してはなりません。 また、損傷が少ないことが必要です。 外科医は器具を使用するたびに、それが正しく機能する必要があります。 チタンおよびチタン合金の耐食性は優れています。 最後になりましたが、チタンは軽量であるため、顕微手術に最適です。 作業温度は摂氏 150 度から 500 度の範囲です。 特に長時間の手術では、軽量の手術器具を使用することで外科医の疲労を軽減できます。
医療用チタンおよびチタン合金は、医療機器によく使用される高品質の金属です。 レーザー陰極、歯科用ドリル、鉗子はチタンを使用して製造されることがよくあります。
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参考文献：https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9104688/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6369045/
