Titanski implantat. Cilindrični, konusni i pločasti implantati

Alexander Modestov dentalni tehničar - magistar, demonstrator tvrtki Dentaurum i Esprident, Njemačka

Trenutno je titan zauzeo svoje pravo mjesto među modernim materijalima.

Ovaj materijal ima zanimljivu povijest, koja je sa sobom donijela mnoga otkrića, što duguje svom trenutnom uspjehu, postignutom u vrlo kratkom vremenu. Danas se titan uspješno koristi u automobilskoj i zrakoplovnoj konstrukciji, u svemirskim letjelicama i brodogradnji, svugdje gdje je potrebna učinkovita zaštita od korozije, te naravno u medicini.

S porastom alergijskih reakcija na razne metale i metalne legure koji se koriste u medicini i stomatologiji, titan se razmatra kao odlučujuća alternativa.

Zbog izuzetne biokompatibilnosti i nevjerojatne stabilnosti titana, ovaj je metal privukao pažnju ortopedije. Danas se od titana izrađuju proteze za kuk i koljeno, razne igle i vijci. Također kućišta za srčane stimulatore i slušni aparati također izrađen od titana.

Visoka biokompatibilnost zahvaljuje sposobnosti titana da u djeliću sekunde stvori zaštitni sloj oksida na svojoj površini. Zahvaljujući čemu ne korodira i ne otpušta slobodne metalne ione koji mogu izazvati patološke procese oko implantata ili proteze. Danas nam titan daje mogućnost korištenja samo jednog metala u usnoj šupljini. Možemo proizvesti gotovo svaki dizajn. Ne dolazi do elektrokemijskih reakcija između različitih dijelova proteze, a tkivo koje okružuje protezu ostaje bez metalnih iona.

Inleji i onleji, masivne i fasetirane krunice i mostovi, klasične proteze i čvrste baze za potpune pokretne proteze, kombinirane proteze i protetika na implantatima (uključujući i same implantate) – to je područje primjene titana koje ni najveći optimisti nisu znali. sanjati o.

Utjecaj titana na suvremenu stomatologiju toliko je opsežan da čak i skeptični kolege s pravom odaju priznanje njegovim značajkama, pomno prateći njegov razvoj, posebice u modernoj implantologiji. Stoga danas ovaj članak posvećujemo pitanjima lijevanja titana i njegove obrade u zubotehničkom laboratoriju.

Riža. 1

Riža. 2

Riža. 3

Riža. 4

Riža. 5

Riža. 6

Riža. 7

Riža. 8

Riža. 9

Riža. 10

Riža. jedanaest

U medicini su prvi eksperimenti u korištenju titana započeli 40-ih godina prošlog stoljeća ugradnjom titanskih cilindara u meka tkiva životinja, što se dogodilo bez reakcije tijela.

Primjena titana u stomatologiji započela je upotrebom ovog metala u svom istraživačkom radu profesora Brenemarka 1956. godine.

Dok se titan afirmirao u dentalnoj implantologiji, rasla je i želja za korištenjem ovog metala u individualnoj protetici.

Prve eksperimente u lijevanju titana u području dentalne medicine izveo je dr. Waterstraat 1977. godine.

Toplinska transformacija oblika titana za stomatološke potrebe moguća je od 1981. godine pomoću stroja za lijevanje titana japanske tvrtke Ohara.

Metode hladne obrade titana - na primjer glodanje - izrada implantata ili okvira za glodanje krunica ili mostova pomoću takozvanih CAD/CAM tehnologija ne izazivaju posebne poteškoće. Problemi su prisutni kod tzv. vrućeg preoblikovanja metala, tj. u lijevanju. Ovaj proces nas zanima, prije svega, jer njegova cijena nije jako visoka, u odnosu na CAD/CAM tehnologije koje su još u razvoju, a drugo, kao jedina metoda za izradu okvira za kvačice danas.

Odljevak od titana

Kao što smo već napomenuli, visoka reaktivnost titana, visoko talište zahtijevaju, a niska gustoća zahtijevaju posebnu instalaciju za lijevanje i materijal za ulaganje. Trenutno postoje tri sustava na tržištu koji se smatraju najboljima za lijevanje titana. Riječ je o sustavu Rematitan tvrtke Dentaurum (Njemačka), sustavu Biotan tvrtke Schutz-dental (Njemačka) te sustavu japanske tvrtke Morita. Danas ćemo pobliže pogledati Rematitan - sustav lijevanja. Prvo, jer je to po našem mišljenju najbolji sustav koji nam omogućuje postizanje vrlo visoke i stabilne kvalitete lijevanja, a drugo, već imamo 4,5 godine iskustva.

Što se podrazumijeva pod sustavom lijevanja od titana?

Prije svega, ovo je Rematitan-Autocast ili Autocast-Universal lijevačka instalacija.

Instalacije za autocast ljevaonice temelje se na principu taljenja titana u zaštitnoj atmosferi argona na bakrenom lončiću pomoću voltaičnog luka, baš kao što se titanska spužva topi u industriji za proizvodnju čistog titana. Metal se ulijeva u kivetu pomoću vakuuma u komori za lijevanje i visokog tlaka argona u komori za taljenje dok se lončić prevrće.

Izgled i princip rada instalacije prikazan je na sl. 1. i 2.

Na početku procesa obje komore, komora za taljenje (na vrhu) i komora ljevaonice (na dnu), ispire se argonom, zatim se iz obje komore ispušta mješavina zraka i argona, nakon čega se taljenje odvija. komora se puni argonom i u komori za lijevanje se stvara vakuum. Voltin luk se uključuje i počinje proces taljenja titana. Nakon određenog vremena, lončić za taljenje se naglo prevrne i metal se usisava u formu koja se nalazi u vakuumu; vlastita težina, kao i rastući pritisak argona u ovom trenutku, također doprinose njegovom pogonu. Ovaj princip omogućuje dobivanje dobrih, gustih odljevaka od čistog titana.

Sljedeća komponenta sustava lijevanja je materijal za ulaganje.

Budući da je reaktivnost titana u rastaljenom stanju vrlo visoka, zahtijeva posebne uložne spojeve, koji se izrađuju na bazi aluminijevih i magnezijevih oksida, a koji zauzvrat omogućuju smanjenje reakcijskog sloja titana na minimum. Dentaurum nudi nekoliko takvih materijala, npr. Rematitan Plus - uložna masa za izlivanje parcijalnih proteza, Rematitan Ultra i Trinell uložna masa za izlijevanje krunica i mostova (sl. 3, 4). Trinell je, na primjer, nova generacija materijala za ulaganje titana. Prvi svjetski brzi uložni materijal za titan, koji značajno štedi vrijeme i daje vrlo čistu metalnu površinu, praktički bez reakcijskog sloja.

Titan – lijevani metal

Tritan 1 i Rematitan M. Kemijska čistoća minimalno 99,5%. Tritan 1 je titan grade 1, pogodan za sve vrste radova, vrlo nizak sadržaj kisika u metalu. Rematitan M - po čvrstoći je srodan titanu grade 4, značajno povećana vlačna čvrstoća i elastičnost, čine moguća upotreba u protezama s kopčama i za dugotrajne mostove.

Što trebate znati kada radite s titanom?

Značajke modeliranja

Okvir izrađen za keramičku fasetu mora imati smanjeni anatomski oblik zuba. Unutarnja potpora keramike okvirom je vrlo važna, osim toga, za povoljnu izmjenu topline između keramike i metala tijekom pečenja potrebna je prisutnost rebara za hlađenje (slika 5) ili vijenca. Na dugim mostovima također je obavezna prisutnost vijenca kako bi se ojačao okvir. Debljina kapica treba biti najmanje 0,4–0,5 mm. Okviri klasičnih proteza također su modelirani nešto deblji u odnosu na okvire izrađene od krom-kobalt legura.

Prikvačivanje

Ispravno pričvršćivanje (ugradnja vrata i stvaranje sustava vrata), kao i pravilno postavljanje u jarku, igra veliku ulogu i provodi se strogo prema pravilima koje je predložio proizvođač ljevaoničke opreme. Dentaurum nudi sljedeće zahtjeve za Rematitan sustav lijevanja. Za krunice i mostove koristite samo poseban konus za lijevanje, koji omogućuje optimalno usmjeravanje metala na predmet koji se lijeva. Visina ulaznog kanala od konusa do dovodne grede je 10 mm s promjerom od 4–5 mm. Promjer dovodne grede je 4 mm.

Podvodni prolazni kanali do lijevanog predmeta promjera 3 mm i visine također ne veće od 3 mm. Vrlo važno: podvodni kanali ne bi se trebali nalaziti nasuprot ulaznog kanala (sl. 6 i 7), jer je u suprotnom mogućnost pojave plinskih pora vrlo velika. Svi spojevi moraju biti vrlo glatki, bez oštrih uglova itd. kako bi se minimizirala turbulencija koja se javlja tijekom lijevanja metala, a koja dovodi do stvaranja plinskih pora. Zaporni sustav za klasične proteze, a posebno za čvrste baze potpunih pomičnih proteza, također se razlikuje od zapornih sustava koje koristimo za izlivanje kvačica za proteze od krom-kobalt legura.

U sve tri gore spomenute ljevaoničke instalacije, dvokomorni princip je da se titan topi u komori za taljenje u okruženju argona, na bakrenom lončiću uz pomoć voltskog luka i ubacuje u kalup pomoću vakuuma ili tlaka argona. Prepoznatljiv je način prešanja metala i sustav klinova koji utječu na broj grešaka pri lijevanju.

Alfa sloj

Reakcijom i difuzijom plinovitih i čvrstih elemenata (kisik, ugljik, silicij i dr.) iz atmosfere komore za taljenje i uložne mase nastaje reakcijska zona i tvrđa površina titana. Ova promjena u tvrdoći ovisi o tvarima od kojih je uložak napravljen i rezultirajućim reakcijama s tekućim titanom.

Površinski sloj ili alfa sloj je toliko krhak i kontaminiran da se tijekom predobrade titana, posebno za keramičko fasetiranje, mora potpuno ukloniti.

Promjena kristalne strukture

Za stomatološke primjene vrlo je važan prijelaz titana na temperaturi od 882,5 °C iz jednog kristalnog stanja u drugo. Titan na ovoj temperaturi prelazi iz alfa titana s heksagonalnom kristalnom rešetkom u vetta titan s kubičnom rešetkom. Ono što to podrazumijeva nije samo promjena njegovih fizičkih parametara, već i povećanje njegovog volumena za 17%.

Zbog toga je također potrebno koristiti posebne keramike čija temperatura pečenja mora biti ispod 880 °C.

Pasivni sloj

Titan ima vrlo jaku tendenciju na sobnoj temperaturi s atmosferskim kisikom da trenutno stvori tanki zaštitni oksidni sloj, koji ga dodatno štiti od korozije i čini da tijelo dobro podnosi titan.

Pasivni sloj ima sposobnost samoregeneracije.

Ovaj sloj, u različitim fazama rada s titanom, mora biti zajamčen.

Nakon pjeskarenja, prije čišćenja okvira parom, potrebno je ostaviti okvir najmanje 5 minuta. pasivizirati. Svježe polirana proteza mora se pasivizirati najmanje 10-15 minuta, inače nema jamstva da će gotovi rad imati dobar sjaj.

Zahtjevi za obradu prema materijalu

Prilikom obrade titana moraju se uzeti u obzir fizikalna svojstva, faze oksidacije i promjene rešetke.

Ispravnu obradu moguće je uspješno izvesti samo specijalnim rezačima za titan s posebnim zarezom u obliku križa (slika 10). Smanjeni kut radne površine omogućuje optimalno uklanjanje prilično mekanog metala, uz istovremeno dobro hlađenje alata. Obrada titana trebala bi se obaviti bez jak pritisak na instrumentu.

S pogrešnim alatom ili jakim pritiskom moguće je lokalno pregrijavanje metala, praćeno snažnim stvaranjem oksida i promjenom kristalne rešetke. Vizualno dolazi do promjene boje na predmetu koji se obrađuje i površina postaje nešto hrapavija. Na tim mjestima neće biti potrebnog prianjanja na keramiku (mogućnost pukotina i krhotina), a ako to nisu mjesta koja se fasetiraju, daljnja obrada i poliranje također neće zadovoljiti zahtjeve.

Rezači od titana trebaju biti pohranjeni odvojeno od ostalih alata. Moraju se redovito čistiti mlazom pare i četkama od stakloplastike kako bi se uklonili ostaci titana.

Pri obradi titana korištenje raznih diskova i kamenčića od karborunda, odnosno dijamantnih glava, jako zagađuje površinu titana, što kasnije dovodi i do pukotina i krhotina keramike. Stoga je uporaba navedenih alata prikladna samo za obradu npr. okvira kopča proteza, a upotrebu dijamantnih glava treba u potpunosti izbjegavati. Brušenje i daljnje poliranje izloženih dijelova titana moguće je samo pomoću abraziva i pasta za poliranje prilagođenih titanu. Mnoge tvrtke koje se bave proizvodnjom rotirajućih alata trenutno proizvode dovoljan izbor rezača i brusnih guma za titan.

Na primjer, u mom svakodnevni rad Koristim alate za obradu Dentaurum (Sl. 11).

Prikladni parametri obrade za titan:

– Mala brzina vrtnje vrha – max. 15 000 okretaja u minuti.

– Nizak pritisak na alat

– Periodična obrada.

– Obrada okvira samo u jednom smjeru.

– Izbjegavajte oštre kutove i preklapanja metala.

– Prilikom brušenja i poliranja koristite samo odgovarajuće abrazive i paste za poliranje.

– Povremeno čistite noževe mlazom pare i četkom od stakloplastike.

Pjeskarenje titana

Pjeskarenje prije nanošenja veznog sloja za keramičke premaze, kao i za oblaganje kompozitnim materijalima, mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

– Samo čisti aluminijev oksid za jednokratnu upotrebu.

– Maksimalna veličina zrna pijeska je 150 µm, optimalno 110–125 µm.

– Maksimalni pritisak olovke je 2 bara.

– Smjer strujanja pijeska je pod pravim kutom u odnosu na površinu.

Nakon tretmana potrebno je ostaviti tretirani predmet 5-10 minuta. pasivirati, zatim očistiti površinu parom.

Pečenje oksidom ili slični postupci potpuno su isključeni pri radu s titanom. Također je potpuno isključena uporaba kiselina ili jetkanja.

U drugom dijelu našeg članka, koji će biti objavljen u jednom od nadolazećih brojeva, razmotrit ćemo aspekte titana - keramičke ljuskice, ljuskice s kompozitnim materijalima, mogućnosti izrade kvačica i kombiniranih kvačica proteza od titana.

Važna informacija:

· Titan nije legura – on je čisti kemijski element, metal;

· Redni broj u periodnom sustavu je 22;

· Titan ima sposobnost, dok je u tijelu, ostati inertan dugo vremena;

· U tehnici proteza koristi se čisti titan u četiri gradacije (od T1 do T4);

· Tvrdoća, ovisno o gradaciji, od 140 do 250 jedinica,

· CTE 9,6 x 10 (–6) K (–1);

Keramičke ljuskice zahtijevaju posebnu keramiku;

· Talište 1,668 °C, visoka reaktivnost;

Korištenje posebnih ljevaoničkih postrojenja i materijala za ulaganje;

· Gustoća 4,51 g/cm 3 ;

Otprilike četiri puta manja gustoća, a samim time i težina u odnosu na zlato, daje pacijentima veću udobnost pri korištenju proteza;

Legure kobalt-krom

Co-Cr legure prvi put su se počele koristiti u stomatološkoj praksi 30-ih godina prošlog stoljeća i od tada uspješno zamjenjuju legure tipa IV koje sadrže zlato u izradi okvira za djelomične proteze, prvenstveno zbog svoje relativno niske cijene, što je značajno faktor u proizvodnji tako velikih odljevaka

Spoj

Legura sadrži kobalt (55 - 65%) i krom (do 30%). Ostali glavni legirajući elementi su molibden (4 - 5%) i rjeđe titan (5%) (tablica 3.3.6). Kobalt i krom tvore čvrstu otopinu s udjelom kroma do 30%, što je granica topljivosti kroma u kobaltu; višak kroma stvara drugu krtu fazu.

Općenito, što je veći sadržaj kroma, to je legura otpornija na koroziju. Stoga proizvođači pokušavaju maksimalno povećati količinu kroma bez dopuštanja stvaranja druge krte faze. Molibden se uvodi kako bi se formirala sitnozrnasta struktura materijala stvaranjem više središta kristalizacije tijekom procesa skrućivanja. Ovo ima dodatnu prednost jer molibden, zajedno sa željezom, osigurava značajno ojačanje čvrste otopine. Međutim, zrna su prilično velika, iako je njihove granice vrlo teško odrediti zbog grube dendritske strukture legure.

Ugljik, prisutan samo u malim količinama, izuzetno je važan sastojak legure, jer male promjene u njegovom kvantitativnom sadržaju mogu značajno promijeniti čvrstoću, tvrdoću i duktilnost legure. Ugljik se može kombinirati s bilo kojim drugim legirajućim elementom u karbide. Tanak sloj karbida u strukturi može značajno povećati čvrstoću i tvrdoću legure. Međutim, previše karbida može dovesti do pretjerane krtosti legure. To predstavlja problem za zubnog tehničara, koji mora osigurati da legura ne apsorbira prevelike količine ugljika tijekom taljenja i lijevanja. Raspodjela karbida ovisi i o temperaturi lijevanja i stupnju hlađenja jer monokristali karbida duž granica zrna bolji su od njihovog kontinuiranog sloja oko zrna.

Svojstva

Za zubnog tehničara, rad s ovim legurama je teži nego sa legurama koje sadrže zlato jer se moraju zagrijati na vrlo visoke temperature prije lijevanja. Temperatura lijevanja ovih legura je u rasponu od 1500-1550°C, a pripadajuće skupljanje lijevanja je približno 2%.

Ovaj problem je uglavnom riješen pojavom opreme za indukcijsko lijevanje i vatrostalnih materijala za kalupljenje na bazi fosfata.

Preciznost lijevanja trpi pri tako visokim temperaturama, što uvelike ograničava upotrebu ovih legura, uglavnom za izradu djelomičnih proteza.

Te je legure teško polirati konvencionalnim mehaničkim sredstvima zbog njihove visoke tvrdoće. Za unutarnje površine proteza neposredno uz tkiva usne šupljine koristi se metoda elektrolitičkog poliranja kako se ne bi smanjila kvaliteta prianjanja proteze, ali vanjske površine potrebno je polirati mehanički. Prednost ove metode je dulja trajnost čisto polirane površine, što je značajna prednost za pokretne proteze.

Nedostatak duktilnosti, pogoršan inkluzijama ugljika, poseban je problem, posebno zato što su ove legure sklone poroznosti tijekom lijevanja. Kada se kombiniraju, ti nedostaci mogu dovesti do kvarova kopče. uklonjive proteze.

Međutim, postoji nekoliko svojstava ovih legura koje ih čine gotovo idealnim za izradu okvira za djelomične proteze. Modul elastičnosti Co-Cr legure je obično 250 GPa, dok je za legure o kojima smo ranije govorili ta brojka u rasponu od 70 - 100 GPa. Tako visok modul elastičnosti ima prednost u tome što se proteza, a posebno krakovi kopče, mogu proizvesti s tanjim poprečnim presjekom uz zadržavanje potrebne krutosti.

Kombinacija ovog visokog modula elastičnosti s gustoćom koja je otprilike upola manja od gustoće legura koje sadrže zlato značajno smanjuje težinu odljevaka. To je nedvojbeno velika prednost za udobnost pacijenata. Dodavanjem kroma proizvode se legure otporne na koroziju koje se koriste u mnogim implantatima, uključujući zglobove kuka i koljena. Stoga sa sigurnošću možemo reći da ove legure imaju visok stupanj biokompatibilnosti.

Neke legure također sadrže nikal, koji dodaju proizvođači prilikom proizvodnje legure kako bi povećali žilavost i smanjili tvrdoću. Međutim, nikal je poznati alergen, a njegova uporaba može izazvati alergijske reakcije na oralnoj sluznici.

Legure titana

Zanimanje za titan sa stajališta njegove uporabe u izradi pokretnih i fiksnih proteza pojavilo se istodobno s uvođenjem titana.

Vy zubni implantati. Titan ima niz jedinstvena svojstva, uključujući visoku čvrstoću pri niskoj gustoći i biokompatibilnost. Također je sugerirano da ako se metal koji nije titan koristi za izradu krunica i mostova poduprtih implantatima od titana, može doći do galvanskog učinka.

Otkriće elementa titana povezuje se s imenom velečasnog Williama Gregora 1790. godine, no prvi uzorak čistog titana dobiven je tek 1910. godine. Čisti titan se dobiva iz titanijeve rude (kao što je rutil) u prisutnosti ugljika ili klora. TiCl4 dobiven kao rezultat zagrijavanja reducira se rastaljenim natrijem u obliku titanske spužve, koja se zatim rastali pod vakuumom ili argonom da bi se dobila metalna gredica (ingot).

Spoj

Iz kliničke perspektive, dva su oblika titana od najvećeg interesa. To je tehnički čisti oblik titana i legure titana - 6% aluminija - 4% vanadija.

Tehnički čisti titan

Titanij- metal sklon alotropskim ili polimorfnim transformacijama, s heksagonalnom tijesnom strukturom (a) na niskim temperaturama i bcc (P) strukturom na temperaturama iznad 882C. Čisti titan zapravo je legura titana s kisikom (do 0,5%). Kisik je u otopini, pa je metal jedina kristalna faza. Elementi kao što su kisik, dušik i ugljik imaju veću topljivost u heksagonalnoj tijesno pakiranoj strukturi a-faze nego u kubičnoj strukturi 3-faze. Ovi elementi tvore srednje čvrste otopine s titanom i doprinose stabilizaciji a-faze. Elementi poput molibdena, niobija i vanadija djeluju kao P-stabilizatori.

Legura titana - 6% aluminija - 4% vanadija

Kada se aluminij i vanadij dodaju titanu u malim količinama, čvrstoća legure postaje veća od čvrstoće čistog titana Ti. Smatra se da je aluminij α-stabilizator, a vanadij djeluje kao B-stabilizator. Kada se dodaju titanu, temperatura na kojoj se događa rx-P prijelaz toliko se snižava da oba oblika mogu postojati na sobnoj temperaturi. Dakle, Ti - 6% Al - 4% V ima dvofaznu strukturu a- i 3-zrna.

Svojstva

Čisti titan je bijeli, sjajni metal niske gustoće, visoke čvrstoće i otpornosti na koroziju. Rastuljiv je i legirajući element za mnoge druge metale. Legure titana naširoko se koriste u zrakoplovnoj industriji iu vojnom polju zbog velika snaga vlačna čvrstoća (-500 MPa) i sposobnost podnošenja visokih temperatura. Modul elastičnosti čistog titana tehničke kvalitete T jednak je PO GPa, tj. pola modula elastičnosti nehrđajućeg čelika i legure kobalta i kroma.

Vlačna svojstva čistog titana Tex.4.Ti jako ovise o udjelu kisika, a iako se vlačna čvrstoća, indeks trajne deformacije i tvrdoća povećavaju s povećanjem koncentracije kisika, sve se to događa na račun smanjenja duktilnosti metala. .

Legiranjem titana s aluminijem i vanadijem moguće je dobiti širok raspon mehaničkih svojstava legure, superiornih u odnosu na svojstva tehnički čistog titana tehničkog stupnja Tg.Takve legure titana su mješavina a- i P-faze, gdje oc-faza je relativno mekana i plastična, a P-faza je sve tvrđa, iako ima nešto plastičnosti. Dakle, mijenjanjem relativnih udjela faza, mogu se dobiti široki izbor mehaničkih svojstava.

Legura Ti - 6% Al -4% V može postići veću vlačnu čvrstoću (-1030 MPa) od čistog titana, što proširuje raspon primjene legure, uključujući kada je izložena velikim opterećenjima, na primjer, u proizvodnji djelomičnih zubne proteze .

Važno svojstvo titanovih legura je njihova čvrstoća na zamor. I čisti titan tehničke kvalitete T1 i legura Ti - 6% Al - 4% V imaju jasno definiranu granicu zamora s krivuljom S - N (naprezanje - broj ciklusa) koja se izravnava nakon 10 - 10 ciklusa izmjeničnog naprezanja, vrijednost od čega je postavljen 40-50% ispod vlačne čvrstoće. Dakle, tehn. h. Ti se ne smije koristiti u slučajevima kada je potrebna čvrstoća na zamor iznad 175 MPa. Naprotiv, za leguru Ti - 6% Al - 4% V ta je brojka približno 450 MPa.

Kao što je poznato, korozija metala je glavni uzrok uništenja proteze, kao i pojave alergijskih reakcija kod pacijenata pod utjecajem oslobođenih toksičnih komponenti. Titan je dobio široku primjenu upravo zato što je jedan od najotpornijih metala na koroziju. Ove kvalitete mogu se u potpunosti pripisati njegovim legurama. Titan ima visoku reaktivnost, što je u ovom slučaju njegova jaka točka, budući da je oksid koji nastaje na površini (TiO2) izuzetno stabilan, te djeluje pasivizirajuće na ostatak metala. Visoka otpornost titana na koroziju u biološkim primjenama dobro je proučena i potvrđena mnogim studijama.

Lijevanje legura titana predstavlja ozbiljan tehnološki izazov. Titan ima visoko talište (~1670°C), što otežava kompenzaciju skupljanja odljevka tijekom hlađenja. Zbog velike reaktivnosti metala, lijevanje se mora izvoditi pod vakuumom ili u inertnom okruženju, što zahtijeva korištenje posebne opreme. Drugi problem je što talina reagira s vatrostalnim kalupom, stvarajući sloj kamenca na površini odljevka, što smanjuje pristajanje proteze. Pri projektiranju proteza (suprastruktura) poduprtih implantatima, moraju se održavati vrlo male tolerancije kako bi se postiglo dobro pristajanje implantatu. U suprotnom, zadržavanje implantata u kosti može biti poremećeno. Unutarnja poroznost također je česta kod odljevaka od titana. Stoga se za izradu titanskih proteza koriste i druge tehnologije, npr. CAD/CAM tehnologije u kombinaciji s valjanjem i metodom iskre.

Neka svojstva legura nisu plemeniti metali prikazani su u tablici 3.3.7.

zaključke

Trenutno se u stomatologiji koristi mnogo različitih legura. Kako bi napravio racionalan izbor iz postojeće raznolikosti legura s visokim udjelom zlata ili drugih vrsta legura, stomatologu je više nego ikad potrebno poznavanje prirode legura, njihovih fizikalnih i mehaničkih svojstava.

Trošak legure značajan je dio ukupnih troškova protetike. Međutim, jeftine legure u pravilu zahtijevaju dodatne troškove za izradu proteza i na kraju se niži trošak legure često nadoknađuje povećanjem troškova proizvodnje proteze. Također je važno napomenuti da visok sadržaj zlata u leguri otvara veliku mogućnost za izradu visokokvalitetnih proteza.

Klinički značaj

Stomatolog, a ne zubni tehničar, snosi punu odgovornost za odabir materijala za izradu proteze.

Osnove znanosti o dentalnim materijalima
Richard van Noort

480 rub. | 150 UAH | 7,5 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Disertacija - 480 RUR, dostava 10 minuta 24 sata dnevno, sedam dana u tjednu i praznicima

240 rub. | 75 UAH | 3,75 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Sažetak - 240 rubalja, dostava 1-3 sata, od 10-19 (po moskovskom vremenu), osim nedjelje

Musheev Ilya Urievich. Upotreba legura titana u klinici ortopedske stomatologije i implantologije (eksperimentalna klinička studija): disertacija... Doktor medicinskih znanosti: 14.00.21 / Musheev Ilya Urievich; [Mjesto obrane: Državna obrazovna ustanova "Institut za napredne studije Savezne medicinske i biološke agencije"] - Moskva, 2008. - 216 str.: ilustr.

Uvod

Poglavlje 1. Pregled literature

1.1. Metalne legure koje se koriste u izradi zubnih proteza 12

1.2. Primjena implantata u ortopedskoj rehabilitaciji bolesnika s defektima denticije 25

1.3. Titan i njegove legure: svojstva i primjena 31

1.4. Kliničke toksiko-kemijske i alergijske reakcije pri uporabi dentalnih legura 41

1.5. Teorija korozijskih procesa 53

Poglavlje 2. Materijal i metode istraživanja

2.1. Metode proučavanja sastava, strukture i fizičko-mehaničkih svojstava dentalnih legura 75

2.2.1. Proučavanje mehaničkih svojstava nanoindentiranjem 75

2.1.2. Tribološka istraživanja otpornosti na trošenje legura 77

2.1.3. Metode za usporedbu lijevanog i mljevenog titana 79

2.1.4. Metodologija proučavanja sastava, strukture i fizikalno-mehaničkih svojstava legure nakon pretapanja 80

2.2. Metode proučavanja elektrokemijskih parametara dentalnih legura 83

2.2.1. Mjerenje osnovnih elektrodnih potencijala dentalnih legura 83

2.2.2. Toplinska obrada dentalnih legura tijekom elektrokemijskih istraživanja 85

2.2.3. Mjerenje EMF-a i gustoće struje kontaktnih parova dentalnih legura 86

2.2.4. Istraživanje učinka obnove površine dentalne legure 87

2.2.5. Proučavanje utjecaja karakteristika korozivne sredine i opterećenja na električne potencijale legure 87

2.2.6. Procjena brzine korozije u stacionarnim uvjetima na temelju rezultata mjerenja struja kontaktnih parova 91

2.3. Metode za proučavanje odgovora ljudskih mezenhimalnih matičnih stanica na dentalne legure 92

2.4. Obilježja kliničkog materijala i metoda Klinička ispitivanja 96

2.5. Statistička obrada rezultata istraživanja 97

Poglavlje 3. Rezultati vlastitog istraživanja

3.1. Usporedna studija strukturnih, mehaničkih i triboloških svojstava dentalnih legura98

3.1.1. Usporedna ocjena mehaničkih svojstava dentalnih legura 98

3.1.2. Usporedna studija otpornosti na trošenje dentalnih legura 103

3.1.3. Usporedna studija strukture i svojstava mljevenog i lijevanog titana 114

3.1.4. Utjecaj toplinskog ciklusa i pretapanja na strukturu legure... 120

3.2. Usporedna elektrokemijska svojstva dentalnih legura u različitim uvjetima rada nadomjestaka 131

3.2.1. Kinetika uspostavljanja stacionarnih električnih potencijala dentalnih legura 131

3.2.2. Elektrokemijske karakteristike legura nakon toplinska obrada kod nanošenja keramičkih obloga 141

3.2.3. Utjecaj pH, temperature i prozračnosti korozivnog okoliša na elektrokemijsko ponašanje dentalnih legura 146

3.2.4. Utjecaj cikličkog dinamičkog opterećenja na korozijsko ponašanje legure titana 166

3.3. Elektrokemijska interakcija dentalnih legura sa dentalnim implantatima 181

3.3.1. Elektrokemijske karakteristike kontaktnih parova “titanski implantat-okvir proteze” 181

3.3.1.1. Mjerenje EMF i struja kontaktnih parova 181

3.3.1.2. Mjerenje potencijalnih impulsa i kontaktne struje pri ažuriranju površine elemenata kontaktnih parova i proučavanju kinetike repasivacije obnovljene površine pri korištenju titanskih implantata 183

3.3.2. Elektrokemijske karakteristike kontaktnih parova “nikl-titan implantat-okvir proteze” 190

3.3.2.1. Mjerenje EMF i struja kontaktnih parova 190

3.3.2.2. Mjerenje impulsnih struja pri obnavljanju površine elemenata kontaktnih parova i proučavanje kinetike repasivacije obnovljene površine pri uporabi nikal-titan implantata 194

3.4. Eksperimentalna procjena proliferacije ljudskih mezenhimalnih matičnih stanica na metalnim legurama 206

3.4.1. Procjena citotoksičnosti uzoraka pomoću MTT testa 206

3.4.2. Proučavanje utjecaja proučavanih uzoraka na učinkovitost proliferacije MSC 207

3.5. Klinička procjena ortopedskih konstrukcija na metalnim okvirima 211

Poglavlje 4. Rasprava o rezultatima istraživanja 222

Literatura 242

Uvod u rad

Relevantnost istraživanja. U modernoj ortopediji

U stomatologiji se metalne legure naširoko koriste kao čvrsti okviri za fiksne i pokretne proteze. U Rusiji su legure kobalt-krom i nikal-krom uobičajene kao metalni strukturni materijali; upotreba legura koje sadrže zlato je neznatna. Bioinert legure titana koriste se mnogo rjeđe, budući da lijevanje titana zahtijeva posebnu opremu; Klinička i tehnološka iskustva s legurama titana su nedostatna.

U međuvremenu, izvrsna svojstva biokompatibilnosti titana, lakoća i čvrstoća titanskih struktura dobro su poznati; Moguće je obložiti okvire od titana keramikom. Potražnja za legurama koje sadrže titan za proteze raste paralelno s povećanjem stope upotrebe zubnih implantata, koji su većinom izrađeni od titana.

Odnedavno je osim lijevanja postalo moguće glodati titan pomoću CAD/CAM opreme nakon skeniranja modela i virtualnog modeliranja proteze. U literaturi nema dovoljno informacija o kliničkoj učinkovitosti CAD/CAM tehnologije u usporedbi s titanskim lijevanjem.

Rad proteza izrađenih od metalnih legura povezan je s
mogući elektrokemijski procesi korozije, jer
slina ima svojstva elektrolita.
Što se tiče titana, ti su procesi malo proučavani. Kontakt
elektrokemijska interakcija dentalnih titanskih implantata sa
analizirane su i druge dentalne legure

nekoliko studija koje koriste standardne tehnike. Nedavno su se pojavile nove mogućnosti i metodološki pristupi u procjeni antikorozivne otpornosti metalnih legura,

na primjer, u tribološkim studijama otpornosti na trošenje; mjerenje elektrokemijskih parametara tijekom površinske obnove, kod promjene karakteristika umjetne sline, tijekom termičkog ciklusa i, posebno, dinamičkog opterećenja metalnih konstrukcija. Postalo je moguće proučavati reakciju kultura ljudskih stanica na razne dentalne legure.

Od velikog je interesa legura titana s učinkom obnove oblika - titan niklid, od kojeg se mogu izraditi fiksne i uklonjive proteze i implantati. Njegova svojstva u odnosu na potrebe ortopedske stomatologije i implantologije nisu do kraja proučena, posebice u komparativnom pogledu. Sa stajališta elektrokemije nije bilo opravdanja za izbor optimalnih legura za proteze oslonjene na implantate od titan niklida s učinkom obnove oblika.

Svrha studije: klinička i laboratorijska opravdanost primjene legura titana i tehnologije njihove obrade u klinici za ortopedsku stomatologiju i implantologiju.

Ciljevi istraživanja:

Usporediti fizikalna, mehanička i tribološka svojstva (otpornost na trošenje) dentalnih legura i legura titana.

Usporediti sastav, strukturu i svojstva legure titana za glodanje proteza CAD/CAM tehnologijom i lijevanog titana, kao i svojstva legura nakon pretaljivanja.

Identificirati učinak dentalnih legura na proliferativne karakteristike kulture ljudskih mezenhimalnih matičnih stanica.

Proučiti u laboratorijskim uvjetima pokazatelje otpornosti na koroziju čvrstog lijeva i metalokeramičke proteze pri korištenju uobičajenih dentalnih legura i legura titana.

Utvrditi elektrokemijske značajke uporabe implantata izrađenih od titana i titanijevog niklida, uključujući kada je površina proteza i implantata oštećena (obnovljena) tijekom njihovog rada.

Utvrditi razlike u elektrokemijskom ponašanju dentalnih legura eksperimentalnim promjenama karakteristika elektrokorozivne okoline (pH, stupanj prozračnosti).

Proučiti učinak dinamičkog opterećenja titanskih proteza i implantata na njihovu elektrokemijsku učinkovitost.

Provesti subjektivni i objektivna procjena protetske konstrukcije od raznih dentalnih legura, uključujući i one na implantatima i izrađene CAD/CAM tehnologijom, dugoročno nakon završetka ortopedskog liječenja.

znanstveni novost istraživanje. Prvi put koristeći metodu

nanoindentacije, proučavana su glavna mehanička svojstva uobičajenih dentalnih legura, legura titana i titanijevog niklida pod sličnim eksperimentalnim uvjetima: tvrdoća, modul elastičnosti, postotak povratne deformacije. Istodobno su po prvi put provedena tribološka istraživanja dentalnih legura, uključujući i one koje sadrže titan; Napravljena je usporedba njihove otpornosti na trošenje i prirode razaranja legura prema podacima mikrofotografije.

Po prvi put je metalografskom, rendgenskom strukturnom analizom i mjerenjem nanoindentacije provedena usporedba sastava, strukture, fizikalno-mehaničkih karakteristika standardnih titanskih proizvoda za lijevanje i glodanje (CAD/CAM tehnologijom). Po prvi put je primjenom lokalne energetsko-disperzijske analize i polukvantitativnog određivanja kemijskog sastava, metalografije i rendgenske strukturne fazne analize otkriven učinak ponovljenog pretaljivanja dentalne legure na njezina svojstva.

Po prvi put, proučavani su elektropotencijali titana i legura titan-niklida u dinamici u usporedbi s baznim i plemenitim dentalnim legurama u umjetnoj slini, uključujući i nakon njihovog termičkog ciklusa tijekom keramičke fasetiranja proteza. Po prvi put je utvrđena promjena električnih potencijala legura s promjenama parametara (pH, prozračivanje) umjetne sline i dinamičkim opterećenjem metalnih konstrukcija.

Po prvi put proučavana je elektrokemijska izvedba kontaktnih parova „okvir proteze - potporni implantat” u usporedbi pri korištenju nikal-titanovih i titanskih implantata i osnovnih konstrukcijskih legura za proteze. Po prvi put su provedeni izračuni gubitaka od korozije u slučaju oštećenja površine nikl-oksid titana i titanovih implantata, kao i metalnih okvira proteza pričvršćenih na njih.

Po prvi put je proučavana toksičnost dentalnih legura u kulturi ljudskih mezenhimalnih matičnih stanica u smislu stanične proliferacije, adhezije i vitalnosti.

Po prvi put je provedena klinička usporedba korozijskih manifestacija proteza izrađenih od neplemenitih legura, lijevanog i mljevenog titana korištenjem CAD/CAM tehnologije.

Praktični značaj studije.

Utvrđena je istovjetnost sastava, strukture i osnovnih fizikalno-mehaničkih svojstava certificiranih titanskih preratka za lijevanje i glodanje proteza korištenjem CAD/CAM tehnologije; Identificirani su određeni metalurški nedostaci u standardnim titanijskim prazninama. Na primjeru osnovne dentalne legure potvrđen je negativan učinak ponovljenog pretaljivanja na njezinu strukturu i fizikalno-mehanička svojstva uz zadržavanje sastava.

Date su glavne fizikalne i mehaničke karakteristike

dentalne legure, legure titana i titan niklid

rezultati identičnih ispitivanja na stolu. Prikazane su klinički važne razlike u stupnju i prirodi trošenja proučavanih dentalnih legura. Potvrđeno je važno svojstvo titan niklida za implantologiju - visoka vrijednost elastičnog oporavka pri opterećenju.

Sa stajališta elektrokemije, prednosti i nedostaci različitih dentalnih legura (uključujući one koje sadrže titan) prikazani su u različitim radnim uvjetima: u prisutnosti čvrstih lijevanih ili metal-keramičkih proteza, uključujući one na bazi titana ili nikal-titan implantata. , i kada im je površina oštećena. Pokazalo se da izvedivost metalokeramičkih proteza s punim oblaganjem metalnih okvira smanjuje rizik od razvoja elektrokemijskih reakcija u usnoj šupljini i skraćuje vijek trajanja proteza.

Pokazana je indiferentnost svih dentalnih legura u odnosu na staničnu kulturu ljudskog mezenhimskog tkiva, kao i određene razlike u reakciji mezenhimalnih matičnih stanica.

Dane su statistike o smanjenju funkcionalnih i estetskih svojstava proteza na bazi metalnih okvira od raznih dentalnih legura, kao io toksičnim i kemijskim komplikacijama. Učinkovitost korištenja proteza na lijevanim i brušenim okvirima od titana kod nadomještanja defekata denticije i korištenja titanskih implantata klinički je potkrijepljena.

Osnovne odredbe predane na obranu.

1. Sa stajališta elektrokemije i prevencije toksično-kemijskih učinaka na oralna tkiva, najoptimalnije za protetiku na titanskim i nikal-titan implantatima su fiksne proteze s punom keramičkom oblogom na okvirima od bilo koje dentalne legure; izrada čvrstih neobloženih proteza na titanskim implantatima preporučljiva je kada

korištenje legura koje sadrže titan i zlato, a na nikal-titanovim implantatima - legure nikal-titan ili krom-kolbalt.

Čimbenici koji smanjuju korozijsku otpornost dentalnih legura su promjene pH i deaeracija sline, niska otpornost na habanje i oštećenje cjelovitosti površine proteze tijekom njezina rada, kao i ponovno taljenje legure.

Funkcionalno opterećenje metalnih proteza i implantata uzrokuje značajne fluktuacije u elektrokemijskim parametrima dentalnih legura, kao posljedicu poremećaja kontinuiteta površinskih oksidnih filmova.

Sastav i svojstva titanovih legura za lijevanje i glodanje su slični; titanijske proteze proizvedene CAD/CAM tehnologijom imaju tehnološke i kliničke prednosti.

Uobičajene dentalne legure, legure titana i titan niklid nemaju toksične učinke na ljudske mezenhimalne matične stanice.

Prema klinici, toksično-kemijske objektivne i subjektivne manifestacije kod uporabe neplemenitih dentalnih legura češće su u usporedbi s legurama koje sadrže titan; prisutnost titanskih implantata kao nosača za proteze ne dovodi do kliničkih manifestacija kontaktne korozije ako se poštuje pažljiva oralna higijena.

Provjera rezultata istraživanja. Rezultati studije objavljeni su na Sveruskoj konferenciji “Superelastične legure s memorijom oblika u stomatologiji”, I. Sveruskom kongresu “Dentalna implantacija” (Moskva, 2001.); na 1. kongresu Europske konferencije o

problemi dentalne implantologije (Lvov, 2002); na VIII sveruskoj znanstvenoj konferenciji i VII kongresu StAR Rusije (Moskva, 2002); na 5. ruskom znanstvenom forumu “Stomatologija - 2003” (Moskva, 2003); na Međunarodnoj konferenciji “Suvremeni aspekti rehabilitacije u medicini” (Erevan, 2003.); na VI ruskom znanstvenom forumu “Stomatologija 2004”, (Moskva); na međunarodnoj konferenciji o medicinskim materijalima s memorijom oblika i novim tehnologijama u medicini (Tomsk, 2007.); na znanstveno-praktičnoj konferenciji posvećenoj 35. obljetnici formiranja Centra za liječenje br. 119 (Moskva, 2008.); na V sveruskom znanstveno-praktični skup“Obrazovanje, znanost i praksa u stomatologiji” na temu “Implantologija u stomatologiji” (Moskva, 2008.); na sastanku djelatnika Zavoda za kliničku stomatologiju i implantologiju Instituta za napredne studije Federalne medicinske i biološke agencije Rusije (Moskva, 2008.).

Implementacija rezultata istraživanja. Rezultati studije uvedeni su u praksu Kliničkog centra za stomatologiju FMBA Rusije, Središnjeg istraživačkog instituta za stomatologiju i maksilofacijalnu kirurgiju, Nacionalnog medicinskog i kirurškog centra, klinike KARAT (Novokuznetsk) i TsSP-a. Klinika Lux (Moskva); u obrazovnom procesu Zavoda za kliničku stomatologiju i implantologiju Instituta za napredne studije Federalne medicinske i biološke agencije Rusije, Zavoda za stomatologiju opće prakse s tečajem zubnih tehničara pri MMSSU i Laboratorija za medicinske materijale pri MISiS.

Opseg i struktura disertacije. Rad je prikazan na 265 listova strojopisnog teksta, a sastoji se od uvoda, pregleda literature, tri poglavlja vlastitih istraživanja, zaključaka, praktičnih preporuka i kazala literature. Disertacija je ilustrirana sa 78 slika i 28 tablica. Kazalo literature obuhvaća 251 izvor, od čega 188 domaćih i 63 strana izvora.

Metalne legure koje se koriste u proizvodnji zubnih proteza

Postoje temeljne razlike u kemijskim i fizičkim svojstvima između dviju skupina. Ove razlike moraju se uzeti u obzir tijekom stomatoloških radova. Čisti titan zauzima dvostruku poziciju. S kemijskog gledišta i stomatološke obrade, on, spadajući u legure osnovnih metala, ima mehanička svojstva koja su karakterističnija za legure plemenitih metala.

Sastav legura koje sadrže zlato uključuje zlato (39-98%), platinu (do 29%), paladij (do 33%), srebro (do 32%), bakar (do 13%) i mali količina legirajućih elemenata. Sastav legura paladija uključuje (35-86%) paladij, do 40% srebra, do 14% bakra, do 8% indija itd. Legure koje sadrže srebro sadrže 36-60% srebra, 20-40% paladija , do 18% bakra itd.

Sastav osnovnih legura, posebno legura kobalt-krom, uključuje 33-75% kobalta, 20-32% kroma, do 10% molibdena i druge aditive. Nikal-krom legure sadrže 58-82% nikla, 12-27% kroma i do 16% molibdena. Titanijev niklid sadrži približno jednake dijelove nikla i titana. Legure koje sadrže željezo (čelici) sadrže do 72% željeza, do 18% kroma, do 8% nikla, do 2% ugljika. Legure titana sadrže najmanje 90% titana, do 6% aluminija, do 4% vanadija i manje od 1% željeza, kisika i dušika.

Gotovo sve legure kobalta sadrže nečistoće nikla. Ali sadržaj nikla u njima trebao bi biti na razini koja ne predstavlja opasnost. Dakle, sadržaj nikla u protezi s kopčom, koja je izrađena od visokokvalitetne legure kobalta i kroma, približno odgovara količini nikla koja se dnevno konzumira hranom.

Trenutno se legure kobalta i kroma bez ugljika široko koriste za proizvodnju metalokeramičke krunice i mostove npr. zapadne tvrtke proizvode: KRUPP - Bondi-Loy legura, BEGO - Wirobond, DENTAURUM - CD legura. U SAD-u tvrtka MINEOLA A.ROSENS ON INC proizvodi leguru Arobond. U Rusiji se proizvode slične legure "KH-DENT" i "Cellit-K".

Trenutno se legure nikal-kroma naširoko koriste za metal-keramičke radove, zajedno s legurama kobalta i kroma. Prototip ovih legura bila je legura otporna na toplinu "NICHROM"-X20N80, koja se koristi u industriji za proizvodnju grijaćih elemenata. Za veću krutost, legiran je molibdenom ili niobijem, a za poboljšanje kvalitete lijevanja - silicijom.

Najpopularnija od ovih legura je legura "Wiron 88" tvrtke BEGO; slične legure proizvode se u Rusiji: "Dental NSAvac", "NH-DENT NSvac", "Cellit-N".

Titan je element koji je najteže dobiti u apsolutno čistom obliku. Zbog visoke reaktivnosti veže nekoliko elemenata, prvenstveno kisik, dušik i željezo. Stoga je čisti titan (nazvan nelegirani) podijeljen u različite skupine pročišćavanja (od kategorije 1 do kategorije 4). Zbog mehaničkih svojstava nije uvijek preporučljivo koristiti metal najviše kategorije. Titan koji sadrži nečistoće ima bolja mehanička svojstva.

Programeri legura preporučuju izradu određenih ortopedskih konstrukcija od raznih dentalnih legura. Dakle, za izradu umetaka, zlato se preporučuje s referencom proizvođača - "savršeno prikladno"; uz naznaku “moguća primjena” su legure na bazi paladija, srebra, kobalta, nikla i titana. Za izradu krunica i mostova s ​​plastičnom oblogom "savršeno su prikladne" legure zlata, paladija, srebra, kobalta, nikla i titana, a s keramičkom oblogom - zlato, paladij, kobalt, nikal, titan (moguće je koristiti legure na bazi srebra). Za proteze s kopčama, legure na bazi kobalta su "izvrsne" i "moguće koriste" legure na bazi zlata, paladija, kobalta, nikla i titana. Prema proizvođačima, implantati su izvrsni za izradu od titana, ali možda i od legure kobalt-krom. Preporuča se izrada nadgrađa s oznakom “izvrsno prikladno” od zlata, paladija, kobalta, nikla, titana. Autor ovog istraživanja disertacije se ne slaže oko materijala koji će se koristiti za implantate i suprastrukture, jer smatra da je u implantologiji ispravno koristiti princip monometala (titana).

Osim fizičko-mehaničkih svojstava, pri izboru legure važna je njezina biološka kompatibilnost. Mjerilo za biološku sigurnost je korozivno ponašanje materijala. U legurama plemenitih metala sadržaj samih plemenitih metala (zlata, platine, paladija i srebra) treba biti što veći. Pri razmatranju korozijskog ponašanja legura osnovnih metala (legura kobalt-krom i nikal-krom), treba uzeti u obzir sadržaj kroma. Sadržaj kroma mora biti iznad 20% kako bi se osigurala dovoljna stabilnost u oralnom okruženju. Sadržaj manji od 20 (15%) može uzrokovati veliko otpuštanje iona. Dobro je poznato da postoje razlike između bioloških funkcija metala. To su tzv. esencijalni elementi, neesencijalni elementi i toksični metali. Elementi prve skupine neophodni su za funkcioniranje ljudskog tijela. Takvi su elementi sastavni dijelovi enzima, vitamina (npr. kobalt za vitamin B12) ili drugih važnih molekula (npr. željezo u hemoglobinu za prijenos kisika). Neesencijalni elementi ne štete tijelu, ali ih tijelo ne treba. Posljednja skupina su elementi koji su opasni za tijelo. Takvi se metali ne smiju koristiti u dentalnim legurama.

Kliničke toksiko-kemijske i alergijske reakcije pri uporabi dentalnih legura

Relevantnost problema toksično-kemijskih i alergijskih reakcija pri korištenju dentalnih legura ne nestaje.

Tako su Dartsch R.S., Drysch K., Froboess D. proučavali toksičnost industrijske prašine u zubotehničkom laboratoriju, posebno koja sadrži legure plemenitih i neplemenitih legura za zube. Studija je koristila stanične kulture L-929 (mišji fibroblasti) za određivanje broja živih stanica i izračunavanje stope rasta stanica u prisutnosti metalne prašine tijekom tri dana. U ovom slučaju modelirane su tri opcije izloženosti: kada prašina dospije u usta (otopina sintetske sline prema EN ISO 10271 - pH 2,3), kada dođe u dodir s kožom ruku (kisela otopina sintetičkog znoja prema EN ISO 105-E04 - pH 5,5), pri izlaganju otopinama deterdženta za pranje ruku (kisela otopina sintetičkog znoja prema EN ISO 105-E04 - pH 5,5) u kombinaciji s antibiotskim dodacima (penicilin/streptomicin).

Dok je za kontrolnu staničnu kulturu stopa rasta bila 1,3 udvostručenja populacije (tj. svaka stanica kolonije podijeljena na dvije otprilike 1,3 puta dnevno), razina smanjenja stope rasta stanica s ekstraktima uzorka ovisila je o stupnju razrjeđenja . Uzorak prikupljen izravno na radnom mjestu tehničara, koji sadrži prašinu plemenitih i običnih metala, ima najveću toksičnost. To znači da je obrada legura u proizvodnji kermeta povezana s očitim zdravstvenim rizicima. Ovo se u potpunosti odnosi na uzorak uzet iz centralnog ventilacijskog sustava laboratorija.

Netolerancija na strukturne zubne materijale temelji se na osobitosti reakcije tijela na njihov sastav; Predložene su različite metode za dijagnosticiranje ovih stanja. Tsimbalistov A.V., Trifonov B.V., Mikhailova E.S., Lobanovskaya A.A. popis: pH analiza sline, proučavanje sastava i parametara sline, krvne pretrage, primjena akupunkturne dijagnostičke metode po R. Vollu, kontinuirana točkasta dijagnostika, mjerenje indeksa bioelektromagnetske reaktivnosti tkiva, ekspozicijski i provokativni testovi, leukopenični i trombopenijski testovi, epikutani testovi, imunološke metode istraživanja . Autori su razvili intraoralne epimukozne alergijske testove koji procjenjuju stanje mikrovaskulature pomoću kontaktne biomikroskopije pomoću mikroskopa MLK-1. Za obradu kvalitativnih i kvantitativnih karakteristika mikrocirkulacije mikroskop je dopunjen analognom video kamerom u boji i osobnim računalom.

Marenkova M.L., Zholudev S.E., Novikova V.P. proveli su istraživanje razine citokina u oralnoj tekućini 30 pacijenata s protezama i manifestacijama nepodnošenja na njih. Korišten je imunoenzimski test s odgovarajućim setovima reagensa JSC Vector-Best. Utvrđeno je povećanje sadržaja proupalnih citokina u slini u bolesnika sa simptomima intolerancije na proteze, aktivacija staničnog imunološkog odgovora bez aktivacije autoimunizacije i alergijskih procesa. Tako se kod osoba s intolerancijom na proteze otkriva nespecifični upalni proces i destruktivne promjene na oralnoj sluznici.

Oleshko V.P., Zholudev S.E., Bankov V.I. predložio dijagnostički kompleks "SEDC" za određivanje individualne tolerancije strukturnih materijala. Fiziološki mehanizam dijagnostika se temelji na analizi promjena parametara slabog pulsnog, složeno moduliranog niskofrekventnog elektromagnetskog polja koji je najprimjereniji živom organizmu. Posebna značajka kompleksa je obrada signala odgovora senzora na nosivim frekvencijama od 104 Hz do 106 Hz. Signal odgovora sa senzora uvijek sadrži informacije o mikrocirkulaciji i metabolizmu u tkivu na staničnoj razini. Ispitni uzorak dentalnog materijala stavlja se između usana pacijenta, što uzrokuje kemijsku mikroreakciju i promjenu kemijskog sastava medija na međupovršini. Pojava komponenti koje su neadekvatne kemijskom sastavu oralne sredine iritira receptore sluznice usana, što se odražava na očitanja uređaja. Osim toga, uređaj ima 2 svjetlovoda; U početnom stanju, svjetlovod je upaljen, što odgovara odsutnosti galvanskih procesa.

Lebedev K.A., Maksimovsky Yu.M., Sagan N.N., Mitronin A.V. opisati principe određivanja galvanskih struja u usnoj šupljini i njihovo kliničko obrazloženje. Autori su pregledali 684 bolesnika s različitim metalnim inkluzijama u usnoj šupljini i znakovima galvanizma u usporedbi sa 112 osoba s protezama i bez znakova galvanizma; kontrolna skupina od 27 ljudi nije imala metalne inkluzije. Razlika potencijala u usnoj šupljini mjerena je digitalnim voltmetrom APRA-107.

Metode proučavanja sastava, strukture i fizičko-mehaničkih svojstava dentalnih legura

Kontinuirano utiskivanje legura za proučavanje mehaničkih svojstava provedeno je na automatiziranom uređaju Nano-Hardness Tester (CSM Instr.) pri opterećenjima od 5 i 10 mN u zraku s Vickersovim dijamantnim indenterom (slika 1). Pri tako malim opterećenjima, metoda se može smatrati nedestruktivnom na makro razini, budući da dubina prodiranja utiskivača nije prelazila 0,5 μm, što je omogućilo provođenje ispitivanja otpornosti na habanje na istim uzorcima. Prednost metode nanoindentiranja je u tome što analiza niza eksperimentalnih krivulja "opterećenje-rasterećenje" omogućuje kvantificiranje mehaničkih svojstava i relativno mekih i supertvrdih (više od 40 GPa) materijala, koristeći uzorak jednostavne geometrije s ravna površina od nekoliko mm2. Proračuni tvrdoće i modula elastičnosti provedeni su Oliver-Pharrovom metodom pomoću programa za proračun i kontrolu "Indentation 3.0". Na temelju eksperimentalnih podataka izračunat je i elastični oporavak materijala kao omjer elastične deformacije prema ukupnom R=(hm-hf)/hm-100%, gdje je hm najveća dubina uranjanja, hf je dubina utiskivanja nakon uklanjanja teret. Svaka vrijednost je prosječna u 6-12 mjerenja.

Opći pogled na instalaciju Nano-Hardness Tester. Uzorak koji se proučava postavlja se na postolje, zatim se prsten od safira spušta na površinu uzorka, koji ostaje u kontaktu s materijalom koji se proučava tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja (slika 2). Normalno opterećenje primjenjuje se pomoću elektromagneta i prenosi na utiskivač kroz okomitu šipku. Kretanje šipke u odnosu na položaj prstena mjeri se kapacitivnim senzorom, koji je preko sučelja spojen na računalo.

Shema ispitivanja nanoindentacije Ciklus opterećenja-rasterećenja odvija se pri određenoj brzini i izdržljivosti. Dobiveni podaci prikazani su u obliku grafikona opterećenja ovisno o dubini utiskivanja (slika 3).

Za kalibraciju uređaja za mjerenje nanotvrdoće, testovi se prvo provode na standardnom uzorku, a tek potom na materijalu koji se proučava. Kao standardni uzorak uzet je taljeni kvarc s poznatom tvrdoćom i Youngovim modulom (E = 72 GPa, H = 9,5 GPa).

Tribološka istraživanja otpornosti legura na trošenje.

Ispitivanja otpornosti na habanje pomoću sheme "štap-disk" provedena su na automatiziranoj instalaciji "Tribometer" (CSM Instr.) (u biološkoj otopini (sl. 4, 5, tablica 2). Ova shema omogućuje laboratorijska istraživanja bliži stvarnoj interakciji lijevanog proizvoda sa zubnom caklinom. Fiksno protutijelo bila je certificirana kuglica promjera 3 mm izrađena od aluminijevog oksida (Youngov modul E = 340 GPa, Poissonov omjer 0,26, tvrdoća 19 GPa). Aluminijev oksid je odabran kao nemetalni, nevodljivi materijal, po strukturi sličan zubnoj caklini, čija tvrdoća premašuje tvrdoću legura koje se proučavaju. Lopta je fiksirana s držačem od nehrđajućeg čelika, koji je prenio određeno opterećenje na kuglu i bio je spojen na senzor sile trenja, a kontaktna zona se nalazila unutar kivete ispunjene biološkom otopinom.

Sveobuhvatna tribološka studija uključivala je kontinuirano bilježenje koeficijenta trenja (cof) tijekom ispitivanja stacionarne šipke i rotirajućeg diska na automatiziranom tribometru (CSM Instr.), kao i fraktografsko ispitivanje utora za trošenje (uključujući mjerenja profila utora) i trošenja ožiljci na protutijelu, temeljem kojih je izračunata istrošenost uzorka i protutijela. Struktura istrošenih utora (na diskovima) i promjer istrošenih mjesta (na kuglicama) proučavani su optičkim mikroskopom AXIOVERT CA25 (Karl Zeiss) pri x povećanju (100-500) i stereomikroskopom MBS-10 (LZOS) pri x povećanje (10-58 ).

Mjerenja vertikalnog presjeka utora provedena su na 2-4 dijametralno i ortogonalno suprotne točke na profilometru Alpha-Step200 (Tensor Instr.) pri opterećenju od 17 mg i prosječnoj vrijednosti površine presjeka i dubine žljebova. određen je utor trošenja. Kvantitativna procjena istrošenosti uzorka i protutijela provedena je na sljedeći način. Istrošenost kuglice izračunata je pomoću sljedeće formule: V = 7i h2(r l/3h), gdje je I = r-(-[(W]2)1/2, d je promjer mjesta istrošenosti, r je radijus lopta, h je visina segmenta. Trošenje uzorka izračunato je pomoću formule: V= S% gdje je / opseg, 5 je površina poprečnog presjeka utora za trošenje. Rezultati ispitivanja i fraktografska opažanja obrađena su računalnim programom InsrtumX for Tribometer, CSM Instr.

Metode usporedbe lijevanog i mljevenog titana.

Napravljena je usporedba strukture i svojstava standardnih preratka za glodanje titanskih protetskih okvira CAD/CAM tehnologijom i titana proizvedenog investicijskim lijevanjem.

Analiza makro i mikrostrukture uzoraka legure titana u obliku ploča debljine 2-3 mm provedena je pomoću modernim metodama digitalna makro i mikro fotografija MBS-10 (LZOS) i AXIOVERT25CA (Karl Zeiss). Istraživanja su provedena na poliranim rezovima koji su za otkrivanje mikro i makrostrukture tretirani jetkačem sastava 2%HF + 2%NZh)z + destilirana voda (rezidualno).

Mehanička svojstva (tvrdoća i Youngov modul) ocijenjena su Oliver-Pharrovom metodom pomoću mjerenja nanoindentacije (ISO 14577) provedenih na preciznom ispitivaču tvrdoće NanoHardnessTester (CSM Instr.) pri opterećenjima od 10 i 20 mN pomoću Berkovich dijamantnog indentera. Na temelju eksperimentalnih podataka izračunat je i elastični oporavak materijala R kao omjer elastične deformacije prema ukupnom R-(hm-hf)/hm-100%, gdje je hm najveća dubina uranjanja utiskivača, h/ je dubina udubljenja nakon uklanjanja opterećenja. Rezultati proračuna su prosječni za 6-12 mjerenja metodom analize varijance.

Elektrokemijske karakteristike kontaktnih parova "titanski implantat-okvir proteze"

Tipične eksperimentalne krivulje koje odražavaju otpornost legura na prodiranje dijamantnog indentera s povećanjem (gornja grana) i smanjenjem (donja grana) primijenjenog opterećenja YumN prikazane su na slici 11, a rezultati proračuna mehaničkih svojstava legura prikazani su na slici 11. dati su u tablici 6.

Tvrdoća dentalnih legura prema rezultatima nanoindentiranja kreće se u rasponu od 2,6 - 8,2 GPa (slika 12, tablica 6). Svojstvima najbližima zubnoj caklini (prema literaturnim podacima N = 3,5-4,5 GPa) su legure koje sadrže titan, uključujući titanijev niklid (4,2-5,2 GPa), kao i legura na bazi nikla Cellite N.

Tvrdoća cirkonijevih i zlatno-platinastih legura je gotovo 2 puta manja (do 2,6 GPa), a tvrdoća kobalt-krom legura i nikal-krom legure Remanium 2000 gotovo dvostruko veća (do 8,2 GPa).

Modul elastičnosti zubne cakline je oko 100 GPa, a za dentalne legure kreće se od 65,9 do 232,2 GPa. Cirkonij ima slična svojstva, nešto veća za legirani titan i leguru zlata i platine. Sve ostale legure, osim titan niklida, imaju viši modul elastičnosti.

Kao što je poznato, za kost je znatno manji i iznosi E = 10 -g 40 GPa.

Sudeći prema vrlo niskoj vrijednosti E (65,9 ± 2,5 GPa), legura titanijevog niklida u ispitnim je uvjetima blizu područja martenzitne transformacije u posebnom strukturnom stanju, koje karakterizira

Preostale legure pokazuju vrijednosti elastičnog oporavka od 10-20% karakteristične za metale. Blagi višak ove razine za legure kobalt-krom, legirani titan i leguru nikal-krom Remanium 2000 i povećane vrijednosti modula elastičnosti mogu se povezati s stvaranjem intermetalnih faza (poređanje), teksturom ili zaostalim unutarnjim poljima naprezanja nakon lijevanje ili valjanje.

Dakle, osnovni fizikalni i mehanički parametri legura titana zauzimaju prosječno mjesto među uobičajenim dentalnim legurama drugih sastava. Legura titan-niklida zanimljiva je zbog svoje posebno visoke elastične vrijednosti oporavka. Podaci o nanoindentaciji legura važni su za odabir strukturnih materijala za proteze i implantate.

Sveobuhvatna tribološka istraživanja i fraktografija trobnih žljebova formirali su osnovu za otpornost na habanje dentalnih legura. Mjerenja modula elastičnosti omogućila su procjenu Hertzovog naprezanja u tarnom paru.

Slika 14 prikazuje izračunate vrijednosti tlaka koji se javlja kada ravni uzorak legure koja se proučava dođe u dodir sa sfernim utiskom promjera 3 mm od aluminijevog oksida (oznake legura odgovaraju njihovom sastavu u u skladu s tablicom 1).

1 Na temelju vrijednosti kontaktnih naprezanja mogu se razlikovati 2 skupine legura. Prva uključuje legure nikla i kobalta i kroma, koje karakteriziraju vrijednosti od 1,36-1,57 GPa, što odgovara Youngovom modulu od 167-232 GPa. Sve te legure karakterizira visoka otpornost na trošenje (6,75106 mm3/N/m), a čini se da trošenje slijedi isti mehanizam.

Drugu skupinu s vrijednostima kontaktnog naprezanja (1,07-1,28) čine legure titana i cirkonija, koje su pokazale značajno trošenje (3,245-10"4 mm3/N/m). Izvan ove klasifikacije su legure nikal-titan i zlato-platina , koje se formalno mogu svrstati u drugu skupinu.Ove legure imaju svoj mehanizam trošenja.Uzorci legura kobalt-krom,nikl-krom i zlato-platina prošli su ispitivanje pod navedenim uvjetima,za ostale ispitivanje

Kao što se može vidjeti iz ilustracija na slikama 16-17 i tablici 7, najmanje trošenje (2,45-10" mm / N/m) uočeno je u leguri zlato-platina, kao i u leguri kobalt-krom Remanium 2000 - 1,75-10-6 mm /N/m Najveće trošenje pokazali su uzorci rematitana i cirkonija -8,244-10-4 odnosno 8,465-10"4 mm /N/m.

Usporedbom slika 16-20 možemo zaključiti da postoji poseban mehanizam trošenja za leguru zlato-platina i titan niklid. Najotpornija na habanje legura zlata i platine ima poseban mehanizam trošenja povezan s njezinom kemijski inertnom površinom u okolišu biološke otopine.

Unatoč niskom modulu elastičnosti, pokazuje rekordno nisko trošenje i minimalne vrijednosti početnog i konačnog koeficijenta trenja. Postoji i poseban mehanizam trošenja za uzorak titan niklida, kod kojeg se uočava jedan od najnižih početnih koeficijenata trenja (koeficijent trenja) (0,107) i najveći konačni koeficijent trenja. (0,7), što je povezano s pojavom reverzibilne martenzitne transformacije u titanijevom niklidu izazvane vanjskim opterećenjem. O tome svjedoči velika amplituda c.t. a njegovo povećanje do kraja testa 7 puta.

Treba napomenuti da je povećano trošenje legura koje sadrže titan povezano s prianjanjem metala na površinu kuglice, što dovodi do promjene geometrije kontakta (smanjuje se kontaktna površina) i svojstava protutijela (stvaranje intermetalni spoj tipa TIA1, koji ima visok Youngov modul), što u konačnici dovodi do naglog povećanja kontaktnih naprezanja u usporedbi s izračunatim.

Tako su provedena ispitivanja otpornosti na habanje dentalnih legura u biološkoj otopini pokazala da najveće trošenje pokazuju čisti metali titan (DA2) i cirkonij (DA7) (8,24-8,47-10"4mm3/N/m), tj. kao i titan niklid (DA1) (5,09-10" 4mm3/N/m). Legiranje titana (DA8 i DA9) povećava otpornost na habanje: trošenje legura VT5 (Ti-Al-Sn sustav) i VT 14 (Ti-Al-Mo-V) smanjeno je približno 2,5 puta u usporedbi s čistim titanijem.

Najotpornija na habanje je legura DA10 na bazi Au-Pt (2,45-10 7mm3/N/m).

Legura DA5 (Remanium 2000) temeljena na sustavu Co-Cr-Mo-Si (1,7540-6 mm3/N/m) pokazala je prilično visoku otpornost na habanje, ali red veličine lošiju od zlato-platine. Ostale legure DA2, DA4, DA11 (nikal-krom i Cellit K) imaju zadovoljavajuću otpornost na trošenje u rasponu (4,25-7,35)-10"6 mm3/N/m.

Titan i tantal – “kompromitni” metali za medicinu
Korištenje raznih metalnih proizvoda u medicini prakticira se od davnina. Kombinacija ovih korisna svojstva metali i njihove legure, kao što su čvrstoća, trajnost, fleksibilnost, duktilnost, elastičnost, nemaju alternative, posebice u proizvodnji ortopedskih konstrukcija, medicinskih instrumenata, uređaja za brzo zacjeljivanje prijeloma. A posljednjih desetljeća, zahvaljujući otkriću efekta “pamćenja oblika” i uvođenju drugih inovacija, metali su također postali široko korišteni u vaskularnoj i neurokirurgiji za proizvodnju materijala za šivanje, mrežastih stentova za širenje vena i arterija, velikih endoproteza , te u oftalmološkoj i dentalnoj implantologiji.

Međutim, nisu svi metali prikladni za upotrebu u medicini, a glavni destruktivni razlozi ovdje su podložnost koroziji i reakcija sa živim tkivima - čimbenici koji imaju destruktivne posljedice i za metal i za samo tijelo.

Naravno, zlato i metali platinske skupine (platina, iridij, osmij, paladij, rodij itd.) stoje izvan konkurencije. Međutim, mogućnost korištenja plemenitih metala za masovnu upotrebu praktički je odsutna zbog njihove previsoke količine visoka cijena, a kombinacija korisnih svojstava koja su tražena u određenim specifičnim kliničkim situacijama nije uvijek svojstvena plemenitim metalima.

Značajno mjesto u ovom području do danas zauzimaju nehrđajući čelici, legirani određenim dodacima za dobivanje traženih karakteristika. Ali takvi metalni materijali, koji su stotine puta jeftiniji od plemenitih metala, ne odolijevaju učinkovito koroziji i drugim agresivnim utjecajima, što značajno ograničava mogućnost njihove uporabe za niz medicinskih potreba. Osim toga, prepreka za usađivanje proizvoda od nehrđajućeg čelika implantiranih u tijelo je njihov sukob sa živim tkivima, uzrokujući visokog rizika odbacivanje i druge komplikacije.

Svojevrsni kompromis između ova dva pola su metali kao što su titan i tantal: jaki, savitljivi, gotovo ne podložni koroziji, imaju visoko talište, i što je najvažnije - potpuno neutralni u biološkom smislu, zbog čega ih percipiraju tijelo kao vlastito tkivo i praktički ne izaziva odbacivanje. Što se tiče cijene, ona nije visoka za titan, iako je znatno veća od nehrđajućeg čelika. Tantal, kao prilično rijedak metal, više je od deset puta skuplji od titana, ali je još uvijek mnogo jeftiniji u usporedbi s plemenitim metalima. Iako je većina osnovnih radnih svojstava slična, u nekima je još uvijek inferioran od titana, iako je u nekima bolji od njega, što zapravo određuje relevantnost primjene.

Iz tih su razloga titan i tantal, koji se često nazivaju "medicinski metali", kao i brojne njihove legure, postali rašireni u mnogim područjima medicine. Razlikujući se po nizu svojstava i na taj način međusobno nadopunjujući, otvaraju doista goleme mogućnosti suvremene medicine.

U nastavku ćemo detaljnije govoriti o jedinstvenim karakteristikama titana i tantala, glavnim područjima njihove upotrebe u medicini i korištenju različitih oblika proizvodnje ovih metala za proizvodnju instrumenata, ortopedske i kirurške opreme.

Titan i tantal – definicija, trenutna svojstva

Titan za medicinu

Titan (Ti), lagani metal srebrnaste nijanse koji izgleda poput čelika, jedan je od kemijski elementi Periodni sustav, smješten u četvrtu skupinu četvrte periode, atomski broj 22 (slika 1).

Slika 1. Titanium grumen.

Ima atomsku masu od 47,88 sa specifičnom gustoćom od 4,52 g/cm 3 . Talište – 1669°C, vrelište –3263°C. U industrijskim klasama visoke stabilnosti on je četverovalentan. Karakterizira ga dobra duktilnost i savitljivost.

Budući da je lagan i ima visoku mehaničku čvrstoću, dvostruko veću od Fe i šest puta veću od Al, titan također ima nizak koeficijent toplinske ekspanzije, što mu omogućuje upotrebu u širokom rasponu temperatura.

Titan karakterizira niska toplinska vodljivost, četiri puta manja od željeza i više od reda veličine manja od aluminija. Koeficijent toplinskog rastezanja na 20°C je relativno mali, ali raste daljnjim zagrijavanjem.

Ovaj materijal također se odlikuje vrlo visokim električnim otporom, koji, ovisno o prisutnosti stranih elemenata, može varirati u rasponu od 42·11 -8 ...80·11 -6 Ohm cm.

Titan je paramagnetski metal, niske električne vodljivosti. I premda se u paramagnetskim metalima magnetska osjetljivost u pravilu smanjuje kako se zagrijava, titan se u tom pogledu može klasificirati kao iznimka, jer se njegova magnetska osjetljivost, naprotiv, povećava s porastom temperature.

Zbog zbroja navedenih svojstava, titan je apsolutno nezamjenjiv kao sirovina za razna područja praktična medicina i izrada medicinskih instrumenata. Pa ipak, najvrjednija kvaliteta titana za korištenje u ovu svrhu je njegova najveća otpornost na koroziju i, kao rezultat toga, hipoalergenost.

Titan svoju otpornost na koroziju duguje činjenici da je na temperaturama do 530-560 °C metalna površina prekrivena najjačim prirodnim zaštitnim filmom TiO 2 oksida, potpuno neutralnim u odnosu na agresivna kemijska i biološka okruženja. Što se tiče otpornosti na koroziju, titan je usporediv s platinom i platinskim metalima, pa čak i nadmašuje ove plemenite metale. Konkretno, izuzetno je otporan na kiselo-bazne sredine, ne otapa se čak ni u tako agresivnom "koktelu" kao što je aqua regia. Dovoljno je primijetiti da intenzitet korozivne destrukcije titana u morskoj vodi, koja je po kemijskom sastavu umnogome slična ljudskoj limfi, ne prelazi 0,00003 mm/godišnje ili 0,03 mm tijekom tisućljeća!

Zbog biološke inertnosti titanskih struktura na ljudsko tijelo, kada se implantiraju, ne odbacuju se i ne izazivaju alergijske reakcije, brzo se prekrivaju mišićno-koštanim tkivima, čija struktura ostaje nepromijenjena tijekom sljedećeg života.

Značajna prednost titana je njegova cjenovna pristupačnost, što omogućuje masovnu upotrebu.

Tipovi titana i legure titana
Najpopularniji medicinski razredi titana su tehnički čisti VT1-0, VT1-00, VT1-00sv. Ne sadrže gotovo nikakve nečistoće, čija je količina toliko beznačajna da varira unutar nulte pogreške. Dakle, klasa VT1-0 sadrži oko 99,35-99,75% čistog metala, a klase VT1-00 i VT1-00sv sadrže 99,62-99,92% odnosno 99,41-99,93%.

Danas se u medicini koristi širok raspon legura titana koje se razlikuju po kemijskom sastavu i mehanotehnološkim parametrima. Kao dodaci legiranju najčešće se koriste Ta, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn. Najučinkovitiji stabilizatori uključuju Zr, Au i metale platinske skupine. Kada se do 12% Zr uvede u titan, njegova otpornost na koroziju se povećava za red veličine. Postići najveći učinak uspijeva dodavanjem male količine Pt i platinoida Pd, Rh, Ru titanu. Uvođenje samo 0,25% ovih elemenata u Ti omogućuje smanjenje aktivnosti njegove interakcije s kipućim koncentriranim H 2 SO 4 i HCl za desetke redova veličine.

Legura Ti-6Al-4V postala je široko rasprostranjena u implantologiji, ortopediji i kirurgiji, znatno superiornija u parametrima performansi u odnosu na "konkurente" na temelju kobalta i nehrđajućeg čelika. Konkretno, modul elastičnosti titanovih legura je dva puta manji. Za medicinske primjene (implantati za osteosintezu, endoproteze zglobova itd.) ovo je velika prednost, jer osigurava veću mehaničku kompatibilnost implantata s gustim koštanim strukturama tijela, kod kojih je modul elastičnosti 5¸20 GPa. Još više niske performanse U tom smislu (do 40 GPa i niže) karakteriziraju se legure titana i niobija, čiji su razvoj i implementacija posebno relevantni. Međutim, napredak ne stoji, a danas se tradicionalni Ti-6Al-4V zamjenjuje novim medicinskim legurama Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr i Ti-12Mo-6Zr, koje ne sadrže aluminij i vanadij - elementi koji, iako manji, ali ipak toksični učinci na živim tkivima.

U posljednje vrijeme, za medicinske potrebe sve su traženiji biomehanički kompatibilni implantati, čiji je materijal titanijev niklid TiNi. Razlog sve veće popularnosti ove legure je njoj svojstvena tzv. Efekt pamćenja oblika (SME). Njegova suština je u tome da je kontrolni uzorak, deformiran na niskim temperaturama, sposoban stalno zadržati svoj novostečeni oblik, a nakon naknadnog zagrijavanja vratiti prvobitnu konfiguraciju, pokazujući pritom superelastičnost. Niklid-titan strukture su nezamjenjive, posebno, u liječenju ozljeda kralježnice i distrofije mišićno-koštanog sustava.

Tantal za lijekove

Definicija i korisna svojstva
Tantal (Ta, lat. Tantalum) je teški, vatrostalni metal srebrno-plavkaste "olovne" nijanse, što je posljedica Ta 2 O 5 pentoksidnog filma koji ga prekriva. To je jedan od kemijskih elemenata periodnog sustava, smješten u sekundarnoj podskupini pete skupine šeste periode, atomskog broja 73 (slika 2).

Slika 2. Kristali tantala.

Tantal ima atomsku masu 180,94 s visokom specifičnom gustoćom od 16,65 g/cm 3 na 20 °C (za usporedbu: specifična gustoća Fe je 7,87 g/cm 3, Pv je 11,34 g/cm 3). Talište – 3017 °C (vatrostalniji su samo W i Re). 1669°C, vrelište – 5458°C. Tantal karakterizira svojstvo paramagnetičnosti: njegova specifična magnetska osjetljivost na sobnoj temperaturi iznosi 0,849·10 -6.

Ovaj strukturni materijal, koji kombinira visoke razine tvrdoće i plastičnosti, u svom čistom obliku dobro je podložan mehaničkoj obradi na bilo koji način (štancanje, valjanje, kovanje, izvlačenje, uvijanje, rezanje itd.). Na niskim temperaturama obrađuje se bez jakog kaljenja, podvrgava se deformacijskim učincima (stupanj kompresije 98,8%) i bez potrebe prethodnog pečenja. Tantal ne gubi svoju rastegljivost čak i ako se smrzne na –198 °C.

Modul elastičnosti tantala je 190 H/m2 ili 190·102 kgf/mm2 pri 25 °C, zbog čega se lako prerađuje u žicu. Također proizvodimo najtanji lim od tantala (debljine cca 0,039 mm) i ostale konstrukcijske poluproizvode.

Svojevrsni "blizanac" Ta je Nb, karakteriziran mnogim sličnim svojstvima.

Tantal se odlikuje izuzetnom otpornošću na agresivna okruženja. Ovo je jedno od njegovih najvrjednijih svojstava za upotrebu u mnogim industrijama, uključujući medicinu. Otporan je na takve anorganske agresivne kiseline kao što su HNO 3, H 2 SO 4, HCl, H 3 PO 4, kao i na organske kiseline bilo koje koncentracije. U tom ga parametru nadmašuju samo plemeniti metali, ali i to ne u svim slučajevima. Dakle, Ta, za razliku od Au, Pt i mnogih drugih plemenitih metala, “ignorira” čak i aqua regia HNO 3 +3HCl. Tantal je nešto manje otporan na lužine.

Visoka otpornost na koroziju Ta također se očituje u odnosu na atmosferski kisik. Proces oksidacije počinje tek na 285 °C: na metalu se stvara površinski zaštitni film tantalovog pentoksida Ta 2 O 5 . Prisutnost filma ovog, jedinog stabilnog od svih Ta oksida, čini metal otpornim na agresivne reagense. Otuda takva posebno vrijedna karakteristika tantala za medicinu kao visoka biokompatibilnost s ljudskim tijelom, koje percipira tantalove strukture ugrađene u njega kao vlastito tkivo, bez odbijanja. Medicinska uporaba Ta u područjima kao što su rekonstruktivna kirurgija, ortopedija i implantologija temelji se na ovoj vrijednoj kvaliteti.

Tantal je jedan od rijetkih metala: njegove rezerve u zemljinoj kori iznose oko 0,0002%. To uzrokuje visoku cijenu ovog strukturnog materijala. Zbog toga je tako raširena upotreba tantala u obliku tankih slojeva zaštitnih antikorozivnih premaza nanesenih na osnovni metal, koji, uzgred, imaju tri do četiri puta veću tvrdoću od čistog žarenog tantala.

Još češće se tantal koristi u obliku legura kao aditiv za legiranje jeftinijih metala kako bi dobivenim spojevima dao kompleks potrebnih fizikalnih, mehaničkih i kemijskih svojstava. Čelik, titan i druge metalne legure s dodatkom tantala vrlo su tražene u kemijskoj i medicinskoj izradi instrumenata. Od njih se posebno bave proizvodnjom zavojnica, destilatora, aeratora, rendgenske opreme, kontrolnih uređaja itd. U medicini se tantal i njegovi spojevi također koriste za proizvodnju opreme za operacijske dvorane.

Važno je napomenuti da u nizu područja tantal, budući da je jeftiniji, ali ima mnogo odgovarajućih karakteristika, može uspješno zamijeniti plemenite metale iz skupine platina-iridij.

Vrste tantala i njegovih legura
Glavni stupnjevi nelegiranog titana sa sadržajem nečistoća unutar statističke pogreške su:

• HDTV: Ta - 99,9%, (Nb) - 0,2%. Ostale nečistoće, kao što su (Ti), (Al), (Co), (Ni), sadržane su u tisućinkama i desettisućinkama postotka.
• HDTV 1: Kemijski sastav navedenog stupnja sastoji se od 99,9% Ta. Niobij (Nb), koji je uvijek prisutan u industrijskom tantalu, odgovara samo 0,03%.
• TC: Da – 99,8%. Nečistoće (ne više od %): Nb - 0,1%, Fe - 0,005%, Ti, H - 0,001% svaki, Si - 0,003%, W+Mo, O - 0,015% svaki, Co - 0,0001%, Ca - 0,002% , Na, Mg, Mn - svaki po 0,0003%, Ni, Zr, Sn - svaki 0,0005%, Al - 0,0008%, Cu, Cr - svaki 0,0006%, C, N - svaki 0,01%.
• T: Ta - 99,37%, Nb - 0,5%, W - 0,05%, Mo - 0,03%, (Fe) - 0,03%; (Ti) - 0,01%, (Si) - 0,005%.

Visoke vrijednosti tvrdoće Ta omogućuju proizvodnju konstrukcijskih tvrdih legura na njegovoj osnovi, na primjer, Ta s W (TV). Zamjena legure TiC tantalovim analogom TaC značajno optimizira mehaničke karakteristike konstrukcijskog materijala i proširuje mogućnosti njegove primjene.

Značaj upotrebe Ta u medicinske svrhe
Otprilike 5% tantala proizvedenog u svijetu troši se na medicinske potrebe. Unatoč tome, ne može se precijeniti značaj njegove uporabe u ovoj industriji.

Kao što je već navedeno, tantal je jedan od najboljih metalnih bioinertnih materijala zbog tankog, ali vrlo jakog i kemijski otpornog filma Ta 2 O 5 pentoksida koji se samoformira na njegovoj površini. Zbog visoke stope adhezije, koja olakšava i ubrzava proces srastanja implantata sa živim tkivom, nizak je postotak odbacivanja tantalskih implantata i izostanak upalnih reakcija.

Poluproizvodi od tantala kao što su listovi, šipke, žice i drugi oblici koriste se za izradu struktura koje su tražene u plastičnoj, kardiohirurgiji, neuro- i osteokirurgiji za šivanje, spajanje fragmenata kostiju, stentiranje i šišanje krvnih žila (Sl. 3) .

Slika 3. Tantalna pričvrsna struktura u ramenom zglobu.

Korištenje tankih ploča od tantala i mrežastih struktura prakticira se u maksilofacijalnoj kirurgiji i za liječenje traumatskih ozljeda mozga. Vlakna tantalove pređe zamjenjuju mišićno i tetivno tkivo. Korištenje tantala Kirurzi koriste tantalova vlakna tijekom abdominalnih operacija, posebno za jačanje stijenki trbušne šupljine. Tantalske mrežice nezamjenjive su u području oftalmološke protetike. Najfinije niti tantala koriste se čak i za regeneraciju živčanih debla.

I, naravno, Ta i njegovi spojevi, zajedno s Ti, naširoko se koriste u ortopediji i implantologiji za izradu zglobnih endoproteza i zubne protetike.

Od početka novog tisućljeća sve je popularnije inovativno područje medicine koje se temelji na principu korištenja statičkih električnih polja za aktiviranje ljudsko tijeloželjene bioprocese. Znanstveno je dokazana prisutnost visokih elektretnih svojstava prevlake tantal pentoksida Ta 2 O 5 . Elektretni filmovi od titanijevog oksida već su postali rašireni u vaskularnoj kirurgiji, endoprostetici i izradi medicinskih instrumenata i uređaja.

Praktična primjena titana i tantala u pojedinim granama medicine

Traumatologija: strukture za cijeljenje prijeloma

Trenutno se sve više koristi inovativna tehnologija kao što je metalna osteosinteza za brzo zacjeljivanje prijeloma. Kako bi se osigurao stabilan položaj koštanih fragmenata, koriste se različite fiksacijske strukture, vanjske i unutarnje, koje se ugrađuju u tijelo. Međutim, ranije korišteni proizvodi od čelika pokazuju nisku učinkovitost zbog osjetljivosti na koroziju pod utjecajem agresivnog okoliša tijela i fenomena galvanizacije. Kao rezultat toga, dolazi i do brzog uništavanja samih fiksativa, kao i do reakcije odbacivanja, što uzrokuje upalni procesi na pozadini jake boli zbog aktivna interakcija Fe ioni s fiziološkim okruženjem mišićno-koštanih tkiva u električnom polju tijela.

Neželjene posljedice mogu se izbjeći izradom fiksirajućih implantata od titana i tantala koji su biokompatibilni sa živim tkivima (slika 4).

Slika 4. Strukture od titana i tantala za osteosintezu.

Takvi dizajni jednostavnih i složenih konfiguracija mogu se koristiti za dugotrajnu ili čak trajnu implementaciju u ljudsko tijelo. Ovo je osobito važno za starije pacijente jer eliminira potrebu za operacijom uklanjanja sidra.

Endoprotetika

Umjetni mehanizmi koji se kirurški ugrađuju u koštano tkivo nazivaju se endoproteze. Najrašireniji primio endoprotetiku zglobova - kuka, ramena, lakta, koljena, skočnog zgloba itd. Proces zamjene endoproteze je uvijek složena operacija, kada se dio zgloba koji se ne može obnoviti prirodnim putem uklanja i zatim zamjenjuje endoprostetskim implantatom.

Na metalne komponente endoproteza postavlja se niz ozbiljnih zahtjeva. Moraju istovremeno posjedovati svojstva krutosti, čvrstoće, elastičnosti, sposobnosti stvaranja potrebne površinske strukture, otpornosti na korozivne učinke tijela, uklanjanja rizika od odbijanja i drugih korisnih svojstava.

Za izradu endoproteza mogu se koristiti različiti bioinertni metali. Vodeće mjesto među njima zauzimaju titan, tantal i njihove legure. Ovi izdržljivi, snažni materijali koji se lako obrađuju osiguravaju učinkovitu oseointegraciju (percipiranu koštano tkivo kao prirodna tkiva tijela i ne izazivaju negativne reakcije s njegove strane) i brzo spajanje kostiju, jamčeći stabilnost proteze tijekom dugih razdoblja, procijenjenih na desetljeća. Na sl. Slika 5 prikazuje upotrebu titana u artroplastici kuka.

Slika 5. Zamjena kuka od titana.

U endoprotetici, kao alternativa upotrebi potpuno metalnih konstrukcija, široko se koristi metoda plazma raspršivanja zaštitnih biokompatibilnih premaza na bazi Ti i Ta oksida na površinu nemetalnih komponenti proteze.

Čisti titan i njegove legure. U području endoprotetike naširoko se koriste i čisti Ti (npr. CP-Ti s udjelom Ti od 98,2-99,7%) i njegove legure. Najčešći od njih je Ti-6AI-4V s visokim vrijednostima čvrstoće, karakteriziran otpornošću na koroziju i biološkom inertnošću. Legura Ti-6A1-4V karakterizirana je posebno visokom mehaničkom čvrstoćom, ima torzijsko-aksijalne karakteristike vrlo bliske onima kosti.

Do danas je razvijen niz modernih legura titana. Dakle, kemijski sastav legura niobija Ti-5AI-2,5Fe i Ti-6AI-17 ne sadrži toksični V, osim toga karakterizira ih nizak modul elastičnosti. A leguru Ti-Ta30 karakterizira prisutnost modula toplinskog širenja usporedivog s modulom metal-keramike, što određuje njegovu stabilnost tijekom dugotrajne interakcije s metal-keramičkim komponentama implantata.

Tantal-cirkonijeve legure. Ta+Zr legure kombiniraju tako važna svojstva za endoprotetiku kao što su biokompatibilnost s tjelesnim tkivima temeljena na koroziji i galvanskoj otpornosti, površinska krutost i trabekularna (porozna) struktura metalne površine. Upravo zahvaljujući trabekularnom svojstvu moguće je značajno ubrzanje procesa oseointegracije - rasta živog koštanog tkiva na metalnoj površini implantata.

Elastične endoproteze od titanske žičane mreže. Zbog svoje visoke plastičnosti i lakoće, moderna rekonstruktivna kirurgija i druge medicinske industrije aktivno koriste inovativne elastične endoproteze u obliku najfinije titanske žičane mreže - "paukove mreže". Elastična, jaka, elastična, izdržljiva i zadržavajući bioinertna svojstva, mrežica je idealan materijal za mekotkivne endoproteze (slika 6).

Slika 6. Mrežasta endoproteza od legure titana za plastiku mekih tkiva.

„Web“ je već uspješno testiran u područjima kao što su ginekologija, maksilofacijalna kirurgija i traumatologija. Prema mišljenju stručnjaka, endoproteze od titanske mreže nemaju ravne u pogledu stabilnosti s gotovo nultim rizikom od nuspojava.

Medicinske legure titan-nikal s efektom pamćenja oblika

Danas se u raznim područjima medicine široko koriste legure izrađene od titan niklida, koje imaju tzv. s efektom pamćenja oblika (SME). Ovaj materijal se koristi za endoprotetiku ligamentno-hrskavičnog tkiva ljudskog mišićno-koštanog sustava.

Titanijev niklid (međunarodni naziv nitinol) je intermetalni spoj TiNi, koji se dobiva legiranjem Ti i Ni u jednakim omjerima. Najvažnija karakteristika niklid-titan legura je svojstvo superelastičnosti, na kojem se temelji EFM.

Suština efekta je da se uzorak, kada se ohladi u određenom temperaturnom rasponu, lako deformira, a deformacija se sama popravi kada temperatura poraste na početnu vrijednost uz pojavu superelastičnih svojstava. Drugim riječima, ako se ploča od legure nitinola savija na niskoj temperaturi, tada će u istom temperaturnom režimu zadržati svoj novi oblik neodređeno dugo vremena. No, čim se temperatura poveća na početnu, ploča će se opet ispraviti poput opruge i poprimiti svoj izvorni oblik.

Uzorci medicinskih proizvoda izrađenih od legure nitinola prikazani su na slikama ispod. 7, 8, 9, 10.

Slika 7. Set implantata od titanijevog niklida za traumatologiju (u obliku spajalica, spona, spona i dr.).

Slika 8. Set implantata od titan nikleida za operaciju (u obliku stezaljki, dilatatora, kirurških instrumenata).

Slika 9. Uzorci poroznih materijala i implantata od titan niklida za vertebrologiju (u obliku endoproteza, pločastih i cilindričnih proizvoda).

Slika 10. Materijali i endoproteze od titan niklida za maksilofacijalnu kirurgiju i stomatologiju.

Osim toga, legure niklid-titan, poput većine proizvoda na bazi titana, bioinertne su zbog svoje visoke otpornosti na koroziju i galvansku otpornost. Stoga je idealan materijal u odnosu na ljudsko tijelo za izradu biomehanički kompatibilnih implantata (BCI).

Primjena Ti i Ta za izradu vaskularnih stentova

Stentovi (od engleskog stent) - u medicini nazivaju posebne, elastične mrežaste cilindrične okvire, metalne konstrukcije smještene unutar velikih krvnih žila (vena i arterija), kao i drugih šupljih organa (jednjak, crijeva, žučno-mokraćni kanali itd.) na patološki suženim područjima kako bi ih proširili na potrebne parametre i vratili prohodnost.

Najpopularnija primjena metode stentiranja je u područjima kao što je vaskularna kirurgija, a posebno koronarna angioplastika (slika 11).

Slika 11. Uzorci vaskularnih stentova od titana i tantala.

Do danas je više od pet tisuća vaskularnih stentova znanstveno razvijeno i uvedeno u stvarnu praksu. različite vrste i dizajne. Razlikuju se po sastavu izvorne legure, duljini, konfiguraciji otvora, vrsti površinskog premaza i drugim radnim parametrima.

Zahtjevi za vaskularne stentove osmišljeni su kako bi se osigurala njihova besprijekorna funkcionalnost, stoga su različiti i vrlo visoki.

Ovi proizvodi moraju biti:

• biokompatibilan s tjelesnim tkivima;
• fleksibilno;
• elastičan;
• izdržljiv;
• radiokontaktan itd.

Glavni materijali koji se danas koriste u proizvodnji metalnih stentova su spojevi plemenitih metala, kao i Ta, Ti i njihovih legura (VT6S, VT8, VT 14, VT23, nitinol), koji su potpuno biointegrirani s tjelesnim tkivima i kombiniraju složeni svih drugih potrebnih fizičkih i mehaničkih svojstava.

Šivanje kostiju, krvnih žila i živčanih vlakana

Periferna živčana debla oštećena kao posljedica različitih mehaničkih ozljeda ili komplikacija određenih bolesti zahtijevaju ozbiljnu obnovu kirurška intervencija. Situaciju pogoršava činjenica da obično slične patologije promatraju se u pozadini ozljeda popratnih organa, kao što su kosti, krvne žile, mišići, tetive itd. U ovom slučaju, opsežan program liječenje uz primjenu specifičnih šavova. Kao polazni materijal za proizvodnju materijala za šavove - niti, pričvršćivači, pričvršćivači itd. – titan, tantal i njihove legure koriste se kao metali koji imaju kemijsku biokompatibilnost i cijeli niz potrebnih fizikalno-mehaničkih svojstava.

Donje slike prikazuju primjere takvih operacija.

Slika 12. Šivanje kosti titanskim stezaljkama.

Slika 13. Šivanje snopa živčanih vlakana pomoću najfinijih tantalovih niti.

Slika 14. Pečaćenje posuda pomoću tantalovih spajalica.

Trenutno se razvijaju sve naprednije tehnologije za neuro-osteo- i vazoplastiku, ali titan-tantal materijali koji se koriste za to i dalje drže prednost nad svim ostalima.

Plastična operacija

Plastična kirurgija je kirurško uklanjanje nedostataka organa kako bi se ponovno stvorile njihove idealne anatomske proporcije. Često se takve rekonstrukcije izvode pomoću različitih metalnih proizvoda koji se ugrađuju u tkivo u obliku ploča, mrežica, opruga i sl.

Posebno indikativna u tom smislu je kranioplastika - operacija ispravljanja deformiteta lubanje. Ovisno o indikacijama u svakoj pojedinoj kliničkoj situaciji, kranioplastika se može izvesti apliciranjem krutih titanskih ploča ili elastičnih tantalovih mreža na operirano područje. U oba slučaja dopušteno je koristiti oba čisti metali bez legirajućih dodataka, te njihove bioinertne legure. Primjeri primjene kranioplastike ploča od titana i tantalske mreže prikazani su na slikama ispod.

Slika 15. Kranioplastika pomoću titanske ploče.

Slika 16. Kranioplastika pomoću tantalske mreže.

Titan-tantal strukture također se mogu koristiti za kozmetičku obnovu lica, prsa, stražnjice i mnogih drugih organa.

Neurokirurgija (primjena mikroklipova)

Clipping (engleski clip clamp) je neurokirurška operacija na moždanim žilama, usmjerena na zaustavljanje krvarenja (osobito, kada pukne aneurizma) ili isključivanje ozlijeđenog pacijenta iz cirkulacije krvi. male posude. Suština metode klipinga je da se na oštećena mjesta stavljaju minijaturne metalne stezaljke - kopče.

Potražnja za metodom klipinga, prvenstveno u neurokirurškom području, objašnjava se nemogućnošću podvezivanja malih cerebralne žile tradicionalnim načinima.

Zbog raznolikosti i specifičnosti novonastalih kliničkih situacija, neurokirurška praksa koristi širok raspon vaskularnih kvačica koje se razlikuju po specifičnoj namjeni, načinu fiksacije, veličini i drugim funkcionalnim parametrima (slika 17).

Slika 17. Spojnice za odspajanje cerebralnih aneurizmi.

Na fotografijama se kopče čine velikima, ali u stvarnosti nisu veće od dječjeg nokta i postavljene su pod mikroskopom (slika 18).

Slika 18. Operacija šišanja cerebralne aneurizme.

Za izradu stezaljki u pravilu se koristi ravna žica od čistog titana ili tantala, a u nekim slučajevima i od srebra. Takvi proizvodi su apsolutno inertni u odnosu na moždanu tvar, ne izazivajući protureakcije.

Zubna ortopedija

Titan, tantal i njihove legure našli su široku medicinsku primjenu u stomatologiji, i to u području zubne protetike.

Usna šupljina posebno je agresivno okruženje koje negativno utječe na metalne materijale. Čak i plemeniti metali koji se tradicionalno koriste u stomatološkoj protetici, poput zlata i platine, usne šupljine ne može u potpunosti odoljeti koroziji i kasnijem odbacivanju, a da ne spominjemo visoku cijenu i veliku masu koja uzrokuje nelagodu pacijentima. S druge strane, lagane ortopedske konstrukcije od akrilne plastike također ne podnose ozbiljne kritike zbog svoje krhkosti. Prava revolucija u stomatologiji bila je proizvodnja individualnih krunica, kao i mostova i pokretnih proteza na bazi titana i tantala. Ovi metali, zbog svojih inherentnih vrijednih svojstava kao što su biološka inertnost i visoka čvrstoća pri relativnoj jeftinosti, uspješno se natječu sa zlatom i platinom, pa čak i nadmašuju ih u nizu parametara.

Osobito su vrlo popularne žigosane i čvrste krunice od titana (slika 19). I plazma obložene krunice izrađene od titan nitrida TiN praktički se ne razlikuju od zlatnih po izgledu i funkcionalnim svojstvima (slika 19)

Slika 19. Krunica od punog titana i krunica presvučena titanijevim nitridom.

Što se tiče zubnih proteza, one mogu biti fiksne (mostolike) za obnavljanje nekoliko susjednih zuba ili pokretne, koje se koriste kod gubitka cijele denticije (potpuno bezuba čeljust). Najčešće proteze su kopče (od njemačkog der Bogen “luk”).

Proteza s kopčom se razlikuje po prisutnosti metalnog okvira na koji je pričvršćen osnovni dio (slika 20).

Slika 20. Klasferna proteza donje čeljusti.

Danas se kopčni dio proteze i kopče izrađuju u pravilu od čistog medicinskog titana visoke čistoće kvalitete HDTV.

Prava revolucija u stomatologiji bila je sve popularnija tehnologija implantološke dentalne protetike. Protetika na implantatima najpouzdaniji je način pričvršćivanja ortopedskih konstrukcija, koje u ovom slučaju traju desetljećima ili čak cijeli život.

Dentalni (zubni) implantat je dvodijelna konstrukcija koja služi kao nosač krunica, kao i mostova i pokretnih proteza, čiji je osnovni dio (sam implantat) stožasti navojni klin koji se uvrće direktno u čeljust. kost. Na gornju platformu implantata postavlja se abutment koji služi za fiksiranje krunice ili proteze (slika 21).

Slika 21. Nobel Biocare zubni implantat izrađen od čistog medicinskog titana 4. stupnja (G4Ti).

Najčešće se za izradu vijčanog dijela implantata koristi čisti medicinski titan s površinskim premazom tantal-niobij, koji pomaže u aktiviranju procesa osteointegracije - spajanja metala sa živom kosti i tkivom gingive.

Međutim, neki proizvođači više vole proizvoditi ne dvodijelne, već jednodijelne implantate, u kojima vijčani dio i nosač imaju monolitnu, a ne odvojenu strukturu. Istodobno, primjerice, njemačka tvrtka Zimmer proizvodi čvrste implantate od poroznog tantala, koji u usporedbi s titanom ima veću fleksibilnost i ugrađuje se u koštano tkivo s gotovo nultim rizikom od komplikacija (slika 22).

Slika 22. Zimmer zubni implantati od čvrstog poroznog tantala.

Tantal je, za razliku od titana, teži metal, tako da porozna struktura značajno olakšava proizvod, bez potrebe za dodatnim vanjskim premazom oseointegrirajućeg premaza.

Primjeri implantološke protetike za pojedine zube (krunice) i ugradnjom pokretnih proteza na implantate prikazani su na sl. 23.

Slika 23. Primjeri primjene titan-tantal implantata u stomatološkoj protetici.

Danas se, uz postojeće, razvijaju nove metode protetike na implantatima koje pokazuju visoku učinkovitost u različitim kliničkim situacijama.

Proizvodnja medicinskih instrumenata

Danas u svijetu klinička praksa koriste se stotine različitih kirurških i endoskopskih instrumenata i medicinske opreme proizvedene od titana i tantala (GOST 19126-79 „Medicinski metalni instrumenti. Općenito Tehničke specifikacije" Uspoređuju se s drugim analogima u pogledu čvrstoće, duktilnosti i otpornosti na koroziju, što određuje biološku inertnost.

Medicinski instrumenti od titana gotovo su dvostruko lakši od svojih čeličnih analoga, a istovremeno su praktičniji i izdržljiviji.

Slika 24. Kirurški instrumenti, izrađen na bazi titan-tantala.

Glavne medicinske industrije u kojima su instrumenti od titana i tantala najtraženiji su oftalmološka, ​​stomatološka, ​​otorinolaringološka i kirurška. Opsežna ponuda instrumenata uključuje stotine vrsta lopatica, kopči, retraktora, ogledala, stezaljki, škara, pinceta, skalpela, sterilizatora, cijevi, dlijeta, pinceta i svih vrsta ploča.

Biokemijske i fizikalno-mehaničke karakteristike laganih instrumenata od titana od posebne su vrijednosti za vojnu terensku kirurgiju i razne ekspedicije. Ovdje su apsolutno nezamjenjivi, jer u ekstremnim uvjetima doslovno svakih 5-10 grama viška težine predstavlja značajno opterećenje, a otpornost na koroziju i maksimalnu pouzdanost obvezni su zahtjevi.

Titan, tantal i njihove legure u obliku monolitnih proizvoda ili tankih zaštitnih premaza aktivno se koriste u izradi medicinskih instrumenata. Koriste se u proizvodnji destilatora, pumpi za pumpanje agresivnih medija, sterilizatora, komponenti anestezijsko-respiratorne opreme, te složenih uređaja za dupliciranje rada vitalnih organa. važni organi kao što su “umjetno srce”, “umjetna pluća”, “ umjetni bubreg" i tako dalje.

Glave ultrazvučnih aparata od titana imaju najduži radni vijek, dok analozi od drugih materijala, čak i uz neredovito izlaganje ultrazvučnim vibracijama, brzo postaju neupotrebljivi.

Osim navedenog, može se primijetiti da titan, poput tantala, za razliku od mnogih drugih metala, imaju sposobnost desorbiranja ("odbijanja") zračenja od radioaktivnih izotopa, pa se stoga aktivno koriste u proizvodnji raznih zaštitnih uređaja i radioloških oprema.

Zaključak

Razvoj i proizvodnja medicinskih proizvoda jedno je od najbrže razvijajućih područja znanstvenog i tehnološkog napretka. S početkom trećeg tisućljeća medicinska znanost i tehnologija postala je jedna od glavnih pokretačke snage moderna svjetska civilizacija.

Važnost metala u ljudskom životu je u stalnom porastu. Revolucionarne promjene odvijaju se u pozadini intenzivnog razvoja znanstvene znanosti o materijalima i praktične metalurgije. A posljednjih su desetljeća „na štit povijesti“ podignuti industrijski metali poput titana i tantala, koji se s razlogom mogu nazvati konstrukcijskim materijalima novog tisućljeća.

Važnost titana u modernom liječenju jednostavno se ne može precijeniti. Unatoč relativno kratkoj povijesti korištenja u praktične svrhe, postao je jedan od vodećih materijala u raznim medicinskim industrijama. Titan i njegove legure imaju zbroj svih potrebnih karakteristika za to: otpornost na koroziju (i, kao posljedicu, bioinertnost), kao i lakoću, čvrstoću, tvrdoću, krutost, trajnost, galvansku neutralnost itd.

Tantal nije niži od titana u smislu praktičnog značaja. Unatoč općoj sličnosti većine korisnih svojstava, u nekim su kvalitetama inferiorni, au drugim su superiorniji jedni od drugih. Zato je teško, ai teško razumno, objektivno prosuditi prioritet bilo kojeg od ovih metala za medicinu: oni se radije organski nadopunjuju, a ne sukobljavaju jedni s drugima. Dovoljno je napomenuti da se sada aktivno razvijaju i pronalaze prava primjena medicinske strukture temeljene na legurama titana i tantala, koje kombiniraju sve prednosti Ti i Ta. I nije slučajno što se posljednjih godina sve više i više uspješnih pokušaja stvaranja punopravnih uređaja ugrađenih izravno u ljudsko tijelo. umjetni organi od titana, tantala i njihovih spojeva. Bliži se vrijeme kada će, recimo, koncepti "titanskog srca" ili "tantalovih živaca" samouvjereno prijeći iz kategorije govornih figura u čisto praktičnu ravan.

Kobalt-krom legure

Kobalt-krom legure kvaliteta KHS

kobalt 66-67%, što leguri daje tvrdoću, čime se poboljšavaju mehanička svojstva legure.

krom 26-30%, uveden kako bi leguri dao tvrdoću i povećao otpornost na koroziju, stvarajući pasivirajući film na površini legure.

nikla 3-5%, čime se povećava duktilnost, žilavost i savitljivost legure, čime se poboljšavaju tehnološka svojstva legure.

molibden 4-5,5%, imajući velika vrijednost kako bi se povećala čvrstoća legure čineći je sitnozrnastom.

mangan 0,5%, što povećava čvrstoću i kvalitetu lijevanja, snižava točku taljenja i pomaže u uklanjanju toksičnih zrnatih spojeva iz legure.

ugljik 0,2%, što smanjuje talište i poboljšava fluidnost legure.

silicij 0,5%, što poboljšava kvalitetu odljevaka i povećava fluidnost legure.

željezo 0,5%, povećanje fluidnosti, povećanje kvalitete lijevanja.

dušik 0,1%, čime se smanjuje talište i poboljšava fluidnost legure. Istodobno, povećanje dušika za više od 1% pogoršava duktilnost legure.

berilij 0-1,2%

aluminij 0,2%

SVOJSTVA: KHS ima visoka fizikalna i mehanička svojstva, relativno nisku gustoću i izvrsnu fluidnost, što omogućuje lijevanje ažurnih stomatoloških proizvoda visoke čvrstoće. Talište je 1458C, mehanička viskoznost je 2 puta veća od zlata, minimalna vlačna čvrstoća je 6300 kgf/cm2. Visoki modul elastičnosti i manja gustoća (8 g/cm3) omogućuju izradu lakših i izdržljivijih proteza. Također su otporniji na abraziju i dulje zadržavaju zrcalni sjaj površine dobiven poliranjem. Zbog dobrih lijevanih i antikorozivnih svojstava, legura se koristi u ortopedskoj stomatologiji za izradu lijevanih krunica, mostova, raznih izvedba punolijevanih kvačica, okvira metalokeramičkih proteza, pokretnih proteza s lijevanim bazama, udlaga uređaji, lijevane kopče.

OBLIK OTPUŠTANJA: proizvodi se u obliku okruglih praznina težine 10 i 30 g, pakiranih u 5 i 15 kom.

Sve proizvedene metalne legure za ortopedsku stomatologiju podijeljene su u 4 glavne skupine:

Bygodents su legure za lijevane pokretne proteze.

KH-Dents - legure za metal-keramičke proteze.

NX-Dents - legure nikal-kroma za metal-keramičke proteze.

Dentani su legure željeza, nikla i kroma za zubne proteze.

1. Byugodents. Oni su višekomponentna legura.

SASTAV: kobalt, krom, molibden, nikal, ugljik, silicij, mangan.

SVOJSTVA: gustoća - 8,35 g/cm 3, Brinellova tvrdoća - 360-400 HB, talište legure - 1250-1400C.

PRIMJENA: koristi se za izradu lijevanih kopča proteza, kopči, udlaga.

Bygodent CCS vac (meki)- sadrži 63% kobalta, 28% kroma, 5% molibdena.

Bygodent CCN vac (normal) - sadrži 65% kobalta, 28% kroma, 5% molibdena i povećan sadržaj ugljika i ne sadrži nikal.

Bygodent CCH vac (čvrsti)- osnova je kobalt - 63%, krom - 30% i molibden - 5%. Legura ima maksimalan sadržaj ugljik - 0,5%, dodatno legiran niobijem - 2% i ne sadrži nikal. Ima izuzetno visoke parametre elastičnosti i čvrstoće.

Byugodent CCC vac (bakar)- baza je kobalt - 63%, krom - 30%, molibden - 5%.Kemijski sastav legura uključuje bakar i visok sadržaj ugljika - 0,4%. Kao rezultat, legura ima visoka svojstva elastičnosti i čvrstoće. Prisutnost plićaka u leguri olakšava poliranje, kao i drugu mehaničku obradu proteza izrađenih od nje.

Bygodent CCL vac (tekućina)- osim kobalta - 65%, kroma - 28% i molibdena - 5%, legura sadrži bor i silicij. Ova legura ima izvrsnu fluidnost i uravnotežena svojstva.

2. KH-Udubljenja

PRIMJENA: Koristi se za izradu lijevanih metalnih okvira s porculanskim oblogama. Oksidni film, formirana na površini legura, omogućuje nanošenje keramičkih ili staklokeramičkih prevlaka. Postoji nekoliko vrsta ove legure: CS, CN, CB, CC, CL, DS, DM.

KH-Dent CN vac (normalan) sadrži 67% kobalta, 27% kroma i 4,5% molibdena, ali ne sadrži ugljik i nikal. Time se značajno poboljšava njegova plastična svojstva i smanjuje tvrdoća.

KH-Dent CB vac (Bondy) ima sljedeći sastav: 66,5% kobalta, 27% kroma, 5% molibdena. Legura ima dobra kombinacija lijevanje i mehanička svojstva.

3. NH-Udubljenja

SASTAV: nikal - 60-65%; krom - 23-26%; molibden - 6-11%; silicij - 1,5-2%; ne sadrže ugljik.

NH-Dent legure na bazi nikal-kroma

PRIMJENA: za kvalitetne metalokeramičke krunice i male mostove visoke tvrdoće i čvrstoće. Okviri proteza mogu se lako brusiti i polirati.

SVOJSTVA: legure imaju dobra svojstva lijevanja i sadrže aditive za rafiniranje, što omogućuje ne samo dobivanje visokokvalitetnog proizvoda pri lijevanju u visokofrekventnim indukcijskim strojevima za taljenje, već i ponovnu upotrebu do 30% vrata u novim talinama. Postoji nekoliko vrsta ove legure: NL, NS, NH.

NH-Dent NS vac (meki) - sadrži nikal - 62%, krom - 25% i molibden - 10%. Ima visoku dimenzionalnu stabilnost i minimalno skupljanje, što omogućuje livenje dugih mostova u jednom koraku.

NH-Dent NL vac (tekućina) - sadrži 61% nikla, 25% kroma i 9,5% molibdena. Ova legura ima dobra svojstva lijevanja, što omogućuje dobivanje odljevaka s tankim, otvorenim zidovima.

4.Dentans

SVOJSTVA: Legure tipa Dentan razvijene su da zamijene lijevane nehrđajuće čelike. Imaju značajno veću duktilnost i otpornost na koroziju zahvaljujući činjenici da sadrže gotovo 3 puta više nikla i 5% više kroma. Legure imaju dobra svojstva lijevanja - nisko skupljanje i dobru fluidnost. Vrlo savitljiv za strojnu obradu.

PRIMJENA: koristi se za izradu odljeva pojedinačne krune, lijevane krunice s plastičnom oblogom. Postoji nekoliko vrsta ove legure: DL, D, DS, DM.

Dentan D sadrži 52% željeza, 21% nikla, 23% kroma. Ima visoku duktilnost i otpornost na koroziju, ima nisko skupljanje i dobru fluidnost.

Dentan DM sadrži 44% željeza, 27% nikla, 23% kroma i 2% molibdena. U leguru je dodatno uveden molibden, čime je povećana njezina čvrstoća u odnosu na prijašnje legure, pri usporedbi iste razine obradivosti, fluidnosti i ostalih tehnoloških svojstava.

Za neke legure nikal-krom prisutnost oksidnog filma može biti negativna jer visoka temperatura Tijekom pečenja oksidi nikla i kroma otapaju se u porculanu i daju mu boju. Povećanje količine krom oksida u porculanu dovodi do smanjenja njegovog koeficijenta toplinskog rastezanja, što može uzrokovati odvajanje keramike od metala.

Legure titana

SVOJSTVA: legure titana imaju visoka tehnološka i fizičko-mehanička svojstva, kao i biološku inertnost. Talište legure titana je 1640C. Proizvodi izrađeni od titana imaju apsolutnu inertnost na oralna tkiva, potpunu odsutnost toksičnih, toplinskih izolacijskih i alergijskih učinaka, malu debljinu i težinu uz dovoljnu krutost baze zbog visoke specifične čvrstoće titana, visoku točnost reprodukcije najsitnijih detalja reljef protetskog ležišta.

VT-100 list- koristi se za izradu žigosanih krunica (debljine 0,14-0,28 mm), žigosanih baza (0,35-0,4 mm) uklonjivih proteza.

VT-5L - injekcijsko prešanje - koristi se za izradu lijevanih krunica, mostova, okvira nadomjesnih udlaga, lijevanih metalnih baza.