Inventar av medisinsk metallmaterialer

I henhold til klassifiseringen av biomedisinske materialer har de to foregående synspunktartiklene utdypet medisinsk polymermaterialer og bioceramisk materialer. Denne artikkelen vil fokusere på den tredje typen biomedisinske materialer - medisinske metallmaterialer. Medisinske metallmaterialer spiller en ekstremt viktig rolle innen moderne medisin. Med sine unike mekaniske egenskaper og biokompatibilitet, er de mye brukt på mange felt som ortopedi, hjerte- og kar, tannbehandling og kirurgi. Denne artikkelen vil i detalj diskutere definisjon, klassifisering, applikasjonsstatus og fremtidig utviklingstrend for medisinsk metallmaterialer, og oppsummere bidragene deres innen det medisinske feltet. 01 Medisinsk metallmaterialer
Medisinske metallmaterialer refererer til metaller og legeringene deres som er spesielt brukt i det medisinske feltet. De brukes vanligvis til å produsere medisinsk utstyr og implantater som er i direkte kontakt med menneskekroppen, for eksempel kunstige ledd, bruddfikseringsinnretninger, hjerteventiler, tannimplantater, etc. Dets unike krav inkluderer hovedsakelig: gode mekaniske egenskaper, biokompatibilitet, korrosjonsmotstand og stabilitet. Mekaniske egenskaper er de grunnleggende kravene til medisinsk metallmaterialer. De må ha tilstrekkelig styrke og seighet til å motstå forskjellige fysiske belastninger i og utenfor menneskekroppen. Biokompatibilitet er en nøkkelfaktor for å sikre sikker bruk av metallmaterialer i menneskekroppen. Materialer med god biokompatibilitet vil ikke forårsake åpenbar immunrespons, inflammatorisk respons eller andre bivirkninger fysiologiske reaksjoner når de er i kontakt med biologiske vev. Korrosjonsmotstand er en viktig indikator på medisinsk metallmaterialer fordi menneskekroppens indre miljø er sammensatt og etsende. Kroppsvæskene i menneskekroppen er rike på forskjellige ioner og molekyler, og disse kjemikaliene kan korrodere metaller. Derfor må medisinske metallmaterialer forbli stabile i et slikt miljø og ikke gjennomgå elektrokjemisk korrosjon.
02 Klassifisering av medisinsk metallmaterialer
Medisinske metallmaterialer kan hovedsakelig deles inn i rustfritt stål, titan og dets legeringer, kobolt-kromlegeringer, edle metaller og magnesiumlegeringer i henhold til deres kjemiske sammensetning og anvendelsescenarier.
1 rustfritt stål
Rustfritt stål er et av de tidligste metallmaterialene som brukes i det medisinske feltet og har gode mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstand. 316L rustfritt stål er spesielt vanlig i medisinske anvendelser på grunn av det lave karboninnholdet og tilsatt molybden. Det brukes ofte til å produsere kirurgiske instrumenter, beinplater og skruer. Selv om rustfritt stål er relativt billig og har god prosessbarhet, må dens korrosjonsbestandighet og biokompatibilitet fortsatt forbedres i langsiktige implantatapplikasjoner.
2 titan og legeringer
Titanlegering er en av de mest brukte medisinske metallmaterialene. Titan har lav tetthet, høy styrke, god korrosjonsbestandighet og en lignende elastisk modul som humant beinvev, så den er mye brukt i ortopediske implantater som hofte- og kneutskiftninger. Ti -6 al -4 v er den vanligste titanlegering, og det har blitt det foretrukne materialet for ortopedisk kirurgi på grunn av dets utmerkede mekaniske egenskaper og biokompatibilitet. En ulempe med titanlegeringer er imidlertid den høye prisen og vanskeligheten med å behandle.
3 kobolt-kromlegeringer
Kobalt-kromlegeringer har ekstremt høy styrke og utmerket slitasje, og er egnet for medisinsk utstyr som trenger å motstå høye belastninger og slitasje i lang tid, for eksempel kunstige ledd og tannrestaureringer. Den høye hardheten og korrosjonsmotstanden til kobolt-kromlegeringer gir den en fordel innen implantater, men dens høye elastiske modul kan føre til en "stressskjermingseffekt", det vil si at implantatet bærer for mye stress, og reduserer belastningen på det omkringliggende beinvevet, noe som kan påvirke den sunne veksten av bein.
4 edle metaller
Som gull, sølv, platina, etc., på grunn av deres utmerkede biokompatibilitet og korrosjonsmotstand, brukes ofte i noen spesielle medisinske anvendelser, for eksempel pacemakerelektroder og tannrestaureringsmaterialer. På grunn av deres høye priser og begrensede mekaniske egenskaper, er bruken av edle metaller imidlertid utsatt for visse begrensninger.
5 magnesiumlegering
Magnesiumlegering er en ny type biologisk nedbrytbart metallmateriale. Det blir et forskningshotspot på grunn av sine utmerkede mekaniske egenskaper og biokompatibilitet. Tettheten og den elastiske modulen til magnesium ligner på menneskelige bein. Det kan gradvis nedbrytes i kroppen og til slutt absorberes av kroppen, og unngå behovet for sekundær kirurgi for å fjerne den. Imidlertid må den raske nedbrytbarheten og hydrogenfrigjøringen av magnesiumlegeringer fortsatt løses ytterligere.
03 Anvendelse av medisinsk metallmaterialer
Medisinske metallmaterialer er mye brukt i forskjellige medisinske felt på grunn av deres utmerkede ytelse, inkludert ortopedi, kardiovaskulær, tannbehandling, nevrokirurgi og andre kirurgiske felt.
1 ortopediske applikasjoner
I feltet ortopedi brukes medisinsk metallmaterialer hovedsakelig til å produsere fikseringsanordninger, kunstige ledd, ryggmargsinnretninger, etc. Titaniumlegeringer er mye brukt i hofte- og kneutskiftninger på grunn av deres utmerkede biokompatibilitet og mekaniske egenskaper. Kobalt-kromlegeringer brukes ofte på overflaten av kunstige ledd på grunn av deres slitasje motstand og høy hardhet. De siste årene har forskningsfremdriften for magnesiumlegeringer vist potensialet som et beinfikseringsmateriale, spesielt i behandlingen av pediatriske brudd, noe som kan unngå behovet for sekundær kirurgi.
2 Kardiovaskulære applikasjoner
I det kardiovaskulære feltet brukes ofte rustfritt stål og koboltkromlegeringer for å produsere implantater som vaskulære stenter og hjerteklaffer. Vaskulære stenter må ha høy styrke, korrosjonsbestandighet og god biokompatibilitet for å forhindre restenose eller blokkering av blodkar. Rustfritt stålstenter ble en gang mye brukt på grunn av deres lave kostnader og enkle prosesseringer, men fordi de kan forårsake restenose i stenten, blir de fleste stentmaterialer for tiden til koboltkromlegeringer eller medikamentbelagte stenter.
3 tannlegeapplikasjoner
I tannlegen er titan og legeringer mye brukt i tannimplantater fordi de har god biokompatibilitet og kan danne en sterk beinbinding i det alveolære beinet. I tillegg er kobolt-kromlegeringer også mye brukt i tannrestaureringsmaterialer som kroner og broer på grunn av deres korrosjonsmotstand og slitestyrke.
4 andre kirurgiske applikasjoner
Medisinske metallmaterialer er også mye brukt i andre kirurgiske felt, for eksempel hodeskallreparasjonsplater i nevrokirurgi, proteser i plastisk kirurgi og fremstilling av kirurgiske instrumenter. Rustfritt stål er fremdeles hovedmaterialet for fremstilling av kirurgiske instrumenter på grunn av dets gode mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstand.
04 Fremtidsutsikter og sammendrag
Medisinske metallmaterialer har en uerstattelig posisjon i moderne medisin. Med kontinuerlig fremgang av vitenskap og teknologi og de økende kravene til mennesker for medisinske effekter, vil medisinsk metallmaterialer fortsette å utvikle seg for å møte utfordringene med forskjellige medisinske behov. Fremtidig forskning vil fokusere på å forbedre biokompatibiliteten, optimalisere mekaniske egenskaper, utvikle nye materialer og oppnå multifunksjonalitet for å gi pasienter tryggere og mer effektive behandlingsalternativer. Oppsummert avhenger utviklingen av medisinsk metallmaterialer ikke bare av fremdriften i materialvitenskap og ingeniørfag, men må også tverrintegreres med biomedisin, klinisk medisin og andre fagområder for å danne en omfattende forskningsplattform. I fremtiden, med fremveksten av mer nye materialer og teknologier, vil medisinsk metallmaterialer vise brede applikasjonsutsikter på flere felt og gi større bidrag til medisinsk fremgang og menneskers helse.