Titanski implantat. Cilindrični, konusni i pločasti implantati

Alexander Modestov dentalni tehničar - master, demonstrator Dentaurum i Esprident, Njemačka

Trenutno je titan zauzeo svoje pravo mjesto među modernim materijalima.

Ovaj materijal ima zanimljivu povijest, koja je donijela mnoga otkrića, što duguje svom sadašnjem uspjehu, postignutom u vrlo kratkom vremenu. Titan se danas uspješno koristi u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji, u svemirskim letjelicama i brodogradnji, svugdje gdje je potrebna učinkovita zaštita od korozije i, naravno, u medicini.

S porastom alergijskih reakcija na razne metale i metalne legure koji se koriste u medicini i stomatologiji, titan se vidi 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 i kutije za srčane stimulatore i slušni aparati također titan.

Visoka biokompatibilnost zahvaljuje sposobnosti titana da u djeliću sekunde stvori zaštitni sloj oksida na svojoj površini. Zbog toga ne korodira i ne ispušta 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 izraditi gotovo svaki dizajn. Nema elektrokemijskih reakcija između različitih dijelova proteze, a tkiva koja okružuju protezu ostaju bez metalnih iona.

Inleji i onleji, masivne i fasetirane krunice i mostovi, klasične proteze i čvrste baze za potpune pokretne proteze, kombinirane proteze i protetike na implantatima (uključujući i same implantate) - to je spektar primjene titana o kakvom ni najveći optimisti nisu sanjali .

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 ovaj članak danas posvećujemo pitanjima odljeva 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 pokusi korištenja titana započeli 40-ih godina prošlog stoljeća ugradnjom titanskih cilindara u meka tkiva životinja, što je prošlo bez reakcije tijela.

U stomatologiji je korištenje titana počelo korištenjem ovog metala u svom istraživačkom radu profesora Brenemarka 1956. godine.

Dok se titan afirmirao u dentalnoj implantologiji, paralelno je rasla želja da se ovaj metal koristi iu individualnoj protetici.

Prve pokuse s lijevanjem titana u području dentalne medicine izveo je dr. Waterstraat 1977. godine.

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

Metode hladne obrade titana, kao što je glodanje - izrada implantata ili glodanje okvira krunica ili mostova tzv. CAD/CAM tehnologijama, ne predstavljaju posebne poteškoće. Problemi su prisutni kod tzv. vrućeg preoblikovanja metala, tj. u lijevanju. Ovaj proces nas zanima, prije svega, zbog ne tako visoke cijene, u odnosu na CAD/CAM tehnologije koje su još u razvoju, a drugo, kao jedini način izrade okvira za kvačice danas.

Odljevak od titana

Kao što smo primijetili visoku reaktivnost titana, potrebno je visoko talište, niska gustoća zahtijeva poseban stroj 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 Schutzdental (Njemačka), te sustavu japanske tvrtke Morita. Danas ćemo se detaljno upoznati sa sustavom lijevanja Rematitan. Prvo, jer je to po našem mišljenju najbolji sustav koji vam 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, to je ljevaonica Rematitan-Autocast ili Autocast-Universal.

Autocast strojevi za lijevanje temelje se na principu taljenja titana u zaštitnoj atmosferi argona na bakrenom lončiću uz pomoć voltaičnog luka, baš kao što se titanska spužva legira u industriji da bi se dobio čisti titan. Ulijevanje metala u kivetu događa se uz pomoć vakuuma u komori za lijevanje i povećanog tlaka argona u komori za taljenje - tijekom prevrtanja lončića.

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

Na početku procesa, obje komore za taljenje (na vrhu) i komore za lijevanje (na dnu) ispiraju se argonom, zatim se smjesa zraka i argona evakuira iz obje komore, nakon čega se komora za taljenje puni argonom a u ljevaonici se stvara vakuum. Uključuje se voltin luk i počinje proces taljenja titana. Nakon isteka određenog vremena, lončić za taljenje se naglo prevrne i metal se usisa u oblik u vakuumu, vlastita težina i sve veći tlak 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, potrebni su posebni materijali za ulaganje, koji se izrađuju na bazi aluminijevih i magnezijevih oksida, što zauzvrat omogućuje smanjenje reakcijskog sloja titana na minimum. Dentaurum nudi nekoliko takvih masa, primjerice Rematitan Plus - uložna masa za lijevanje kvačičnih proteza, Rematitan Ultra i Trinell uložne mase za lijevanje krunica i mostova (sl. 3, 4). Trinell je na primjer nova generacija materijala za ulaganje za titan. Prva svjetska brza investicija za titan, koja štedi puno vremena i daje vrlo čistu metalnu površinu, praktički bez reakcijskog sloja.

Titan - metal za ljevanje

Tritan 1 i Rematitan M. Min. 99,5% kemijske čistoće. Tritan 1 je titan grade 1, pogodan za sve vrste radova, vrlo nizak sadržaj kisika u metalu. Rematitan M - po čvrstoći pripada titanu grade 4, značajno povećana vlačna čvrstoća i elastičnost, čine moguća primjena u protezama s kopčama i za mostove velike duljine.

Što trebate znati kada radite s titanom?

Značajke simulacije

Okvir izrađen za keramičke ljuskice treba 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 mostovima velike duljine potrebna je i prisutnost vijenca kako bi se ojačao okvir. Debljina kapica treba biti najmanje 0,4–0,5 mm. Okviri kvačičnih proteza također su modelirani nešto deblji, u odnosu na okvire od krom-kobalt legura.

pribadanje

Pravilno pričvršćivanje (ugradnja cijevi i izrada sustava pregrada), kao i pravilno postavljanje u jarku, igra veliku ulogu i provodi se strogo prema pravilima koje je predložio proizvođač ljevaoničkih instalacija. Dentaurum nudi sljedeće zahtjeve za Rematitan sustav lijevanja. Za krunice i mostove, upotreba samo posebnog konusa za lijevanje, koji omogućuje optimalno vođenje metala do lijevanog predmeta. Visina ulaznog kanala od konusa do dovodne grede je 10 mm s promjerom od 4–5 mm. Promjer dovodne grede je 4 mm.

Podvodni lijev kanal do lijevanog predmeta promjera 3 mm i visine 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 kutova itd. kako bi se minimizirale turbulencije koje se javljaju tijekom izlijevanja metala, što dovodi do stvaranja plinskih pora. Sustav lijevki za kvačične proteze, a posebno za lijevane baze za potpune proteze, također se razlikuje od sustava lijevki koje koristimo za lijevanje kvačičnih proteza od krom-kobalt legura.

U sve tri gore spomenute ljevaoničke instalacije, dvokomorni princip, titan se topi u komori za taljenje u okruženju argona, na bakrenom lončiću pomoću voltaičnog luka, te se ubacuje u kalup uz pomoć vakuuma ili tlaka argona. Prepoznatljivi su način zabijanja metala i sistem 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 tvrdoće ovisi o tvarima od kojih je napravljen materijal za ulaganje 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 od velike je važnosti 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 Wetta titan s kubičnom. Ono što podrazumijeva ne samo promjenu fizičkih parametara, već i povećanje volumena od 17%.

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

pasivni sloj

Titan ima vrlo jaku želju da na sobnoj temperaturi s atmosferskim kisikom trenutno stvori tanki zaštitni oksidni sloj, koji ga u budućnosti štiti od korozije i uzrokuje dobru toleranciju tijela na titan.

Pasivni sloj ima sposobnost samoregeneracije.

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

Nakon pjeskarenja, prije čišćenja okvira parom, okvir je potrebno ostaviti minimalno 5 minuta. biti pasiviziran. Svježu poliranu protezu potrebno je pasivizirati najmanje 10-15 minuta, inače nema garancije za dobar sjaj gotovog rada.

Zahtjevi za obradu prema materijalu

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

Pravilnu obradu moguće je uspješno izvesti samo specijalnim glodalima za titan s posebnim križnim rezom (slika 10). Smanjen kut radne površine omogućuje optimalno uklanjanje prilično mekanog metala, uz istovremeno dobro hlađenje alata. Obrada titana mora se provesti bez jak pritisak na instrument.

S pogrešnim alatom ili jakim pritiskom moguće je lokalno pregrijavanje metala praćeno jakim stvaranjem oksida i promjenom kristalne rešetke. Vizualno, na obrađivanom predmetu dolazi do promjene boje i blago ohrapavljanja površine. Na tim mjestima neće biti potrebne adhezije na keramiku (mogućnost pukotina i krhotina), ako se ne radi o furniranim mjestima, daljnja obrada i poliranje također neće zadovoljiti zahtjeve.

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

Korištenje raznih diskova i kamenčića od karborunda, odnosno dijamantnih glava, pri obradi titana jako zagađuje površinu titana, što kasnije dovodi i do pukotina i krhotina keramike. Stoga je uporaba gore navedenih alata prikladna samo za obradu, na primjer, okvira proteza s kopčama, a upotrebu dijamantnih glava treba potpuno isključiti. Brušenje i daljnje poliranje izloženih dijelova titana moguće je samo pomoću abrazivnih guma i pasta za poliranje prilagođenih titanu. Mnoge tvrtke koje se bave proizvodnjom rotacijskih alata trenutno proizvode dovoljan izbor glodala i brusnih guma za titan.

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

Prikladni parametri obrade za titan:

– Mala brzina rotacije nasadnika – max. 15 000 okretaja u minuti

– Nizak pritisak alata

– Periodična obrada.

– Obrada okvira samo u jednom smjeru.

– Izbjegavajte oštre kutove i preklapanja metala.

– Prilikom brušenja i poliranja koristite samo prikladne abrazivne gume i paste za poliranje.

– Periodično čišćenje rezača mlazom pare i četkom od stakloplastike.

Pjeskarenje titana

Pjeskarenje prije nanošenja veznog sloja za keramičku prevlaku kao i za oblaganje kompozitnim materijalima mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

– Čisti, samo jednokratni aluminijev oksid.

– Maksimalna veličina zrna pijeska 150 µm, optimalna 110–125 µm.

– Maksimalni pritisak olovke 2 bara.

– Smjer toka pijeska pod pravim kutom u odnosu na površinu.

Nakon obrade potrebno je ostaviti obrađeni predmet 5-10 minuta. pasivirati, a potom površinu očistiti parom.

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

U drugom dijelu našeg članka, koji će biti objavljen u jednom od sljedećih 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 22;

Titan ima sposobnost da dugo ostane inertan dok je u tijelu;

· Čisti titan se koristi u protezama u četiri stupnja (od T1 do T4);

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

KTR 9,6 x 10 (-6) K (-1);

Keramičke obloge zahtijevaju posebnu keramiku;

· Talište 1 668 °S, visoka reaktivnost;

Korištenje specijalnih strojeva za lijevanje i materijala za ulaganje;

Gustoća 4,51 g / cm 3;

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

Legure kobalt-krom

Co-Cr legure su se prvi put počele koristiti u stomatološkoj praksi tridesetih 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 značajan faktor u proizvodnju 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, sprječavajući stvaranje druge krhke 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, daje značajno ojačanje čvrste otopine. Međutim, zrna su prilično velika, iako je njihove granice vrlo teško definirati zbog grube dendritičke strukture legure.

Ugljik, koji je prisutan samo u malim količinama, iznimno je važan sastojak legure, budući da male promjene njegovog kvantitativnog sadržaja 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 znatno povećati čvrstoću i tvrdoću legure. Međutim, previše karbida može dovesti do pretjerane krtosti legure. To predstavlja problem za zubnog tehničara koji treba osigurati da legura ne apsorbira prekomjernu količinu ugljika tijekom taljenja i lijevanja. Raspodjela karbida također ovisi o temperaturi lijevanja i stupnju hlađenja, budući da monokristali karbida duž granica zrna bolji su od njihovog kontinuiranog sloja oko zrna.

Svojstva

Za zubnog tehničara ove je legure teže obrađivati ​​od legura koje sadrže zlato jer se prije lijevanja moraju zagrijati na vrlo visoke temperature. 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 koje su neposredno uz tkiva usne šupljine koristi se metoda elektrolitičkog poliranja kako se ne bi smanjila kvaliteta prianjanja proteze, ali vanjske površine moraju se polirati mehanički. Prednost ove metode je dulja trajnost čisto polirane površine, što je značajna prednost za pokretne proteze.

Nedostatak duktilnosti, pogoršan uključcima ugljika, poseban je problem, a posebice zato što su ove legure sklone stvaranju pora tijekom lijevanja. U kombinaciji, ti nedostaci mogu dovesti do loma kopči. uklonjive proteze.

Međutim, postoji nekoliko svojstava ovih legura koje ih čine gotovo idealnim za okvire djelomičnih proteza. Modul elastičnosti Co-Cr legure je obično 250 GPa, dok je za ranije razmatrane legure ta brojka u rasponu od 70-100 GPa. Tako visok modul elastičnosti ima prednost u tome što se proteza, a posebno krakovi kopče, mogu izraditi s tanjim presjekom uz zadržavanje potrebne krutosti.

Kombinacija tako visokog modula elastičnosti s gustoćom koja je otprilike upola manja od legure koja sadrži zlato uvelike olakšava težinu odljevaka. To je nedvojbeno velika prednost za udobnost pacijenata. Dodatak kroma daje legure otporne na koroziju koje se koriste u mnogim implantatima, uključujući zglobove kuka i koljena. Stoga se s pouzdanjem može reći da ove legure imaju visok stupanj biokompatibilnosti.

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

legure titana

Zanimanje za titan u smislu njegove upotrebe u izradi pokretnih i nepomičnih proteza pojavilo se istodobno s uvođenjem titana.

Vyh zubni implantati. Titan ima niz jedinstvena svojstva, uključujući visoku čvrstoću pri niskoj gustoći i biokompatibilnost. Osim toga, pretpostavilo se da ako se za izradu krunica i mostova temeljenih na implantatima od titana koristi metal koji nije titan, to može dovesti 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 dobiva se iz titanove rude (npr. rutila) 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 u argonu da bi se dobila metalna gredica (ingot).

Spoj

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

Komercijalno čisti titan

Titanij- metal sklon alotropskim ili polimorfnim transformacijama, s heksagonalnom tijesnom strukturom (a) na niskim temperaturama i bcc strukturom (P) na temperaturama iznad 882C. Čisti titan zapravo je legura titana s kisikom (do 0,5%). Kisik je u otopini, tako da je metal jedina kristalna faza. Elementi poput kisika, dušika i ugljika topiviji su u heksagonalnoj zbijenoj strukturi α-faze nego u kubičnoj strukturi 3-faze. Ovi elementi tvore srednje čvrste otopine s titanom i doprinose stabilizaciji α-faze. Elementi kao što su molibden, niobij i vanadij 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. Vjeruje se da je aluminij a-stabilizator, a vanadij djeluje kao B-stabilizator. Kada se dodaju titanu, temperatura na kojoj se događa rx-P prijelaz se snižava tako 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 lom (-500 MPa) i sposobnost podnošenja visokih temperatura. Modul elastičnosti čistog titana tech.h.T jednak je PO GPa, tj. pola modula elastičnosti nehrđajućeg čelika i legure kobalta i kroma.

Vlačna svojstva čistog Tex.4.Ti titana uvelike ovise o sadržaju kisika, a iako se vlačna čvrstoća, indeks trajne deformacije i tvrdoća povećavaju s povećanjem koncentracije kisika, sve to dolazi nauštrb smanjenja duktilnosti materijala. metal.

Legiranjem titana s aluminijem i vanadijem moguće je dobiti širok raspon mehaničkih svojstava legure koja premašuju svojstva komercijalno čistog titana stupnja tehničke čistoće.Takve legure titana su mješavina a- i P-faze, gdje oc-faza je relativno mekana i rastegljiva, a P-faza je sve tvrđa, iako ima nešto plastičnosti. Dakle, mijenjanjem relativnih udjela faza, mogu se dobiti široki izbor mehaničkih svojstava.

Za leguru Ti - 6% Al -4% V može se postići veća vlačna čvrstoća (-1030 MPa) nego za čisti titan, što proširuje opseg legure, uključujući kada je izložena velikim opterećenjima, na primjer, u izrada parcijalnih proteza.

Važno svojstvo titanovih legura je njihova čvrstoća na zamor. I čisti titan tehnički stupanj T1 i legura Ti - 6% Al - 4% V imaju dobro definiranu granicu zamora s krivuljom S - N (naprezanje - broj ciklusa), koja se ujednačava nakon 10 - 10 ciklusa izmjeničnog naprezanja, čija je vrijednost postavljena 40-50% niža od vlačne čvrstoće. Dakle, one 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, ova brojka je približno 450 MPa.

Kao što znate, korozija metala je glavni uzrok uništenja proteze, kao i pojave alergijskih reakcija kod pacijenata pod utjecajem otpuštenih 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 je vrlo reaktivan, što je u ovom slučaju njegov 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 biološkom području primjene dobro je proučena i potvrđena mnogim studijama.

Lijevanje legura titana je ozbiljan tehnološki problem. Titan ima visoko talište (~1670°C), što otežava kompenzaciju skupljanja odljevka tijekom hlađenja. Zbog visoke reaktivnosti metala, lijevanje se mora izvoditi pod vakuumom ili u inertnoj atmosferi, što zahtijeva upotrebu posebne opreme. Drugi problem je taj što talina ima tendenciju reagirati s kalupom vatrostalnog kalupnog materijala, stvarajući sloj kamenca na površini odljevka, što smanjuje pristajanje proteze. Kod izrade proteza (suprastruktura) poduprtih implantatima, mora se održavati vrlo uska tolerancija kako bi se postiglo dobro pristajanje na implantat. U suprotnom, zadržavanje implantata u kosti može biti poremećeno. Kod odljevaka od titana također se često može primijetiti unutarnja poroznost. Stoga se za izradu titanskih proteza koriste druge tehnologije, poput CAD/CAM tehnologije u kombinaciji s kotrljanjem i erozijom iskrom.

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

zaključke

Danas 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 troška protetike. Međutim, jeftine legure obično zahtijevaju dodatne troškove za proizvodnju proteza, au konačnici je niža cijena legure često kompenzirana povećanim troškovima proizvodnje proteze. Također je važno napomenuti da visok udio zlata u leguri otvara veliku mogućnost izrade kvalitetne proteze.

Klinički značaj

Za izbor materijala za izradu proteze odgovoran je isključivo stomatolog, a ne zubni tehničar.

Osnove znanosti o dentalnim materijalima
Richard van Noort

480 rub. | 150 UAH | 7,5 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Diplomski rad - 480 rubalja, 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 Ureevich; [Mjesto obrane: GOU "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 zuba 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. Metoda 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 u elektrokemijskim studijama 85

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

2.2.4. Istraživanje učinka obnove površine zubne legure 87

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

2.2.6. Procijenjena stopa korozije u stacionarni uvjeti prema rezultatima mjerenja struja kontaktnih parova 91

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

2.4. Karakterizacija kliničkog materijala i metoda klinička istraživanja 96

2.5. Statistička obrada rezultata istraživanja 97

Poglavlje 3. Rezultati vlastitih 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 funkcioniranja proteza 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. Učinak 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 impulsa potencijala 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 "nikal-titan implantat-okvir proteze" 190

3.3.2.1. Mjerenje EMF i struja kontaktnih parova 190

3.3.2.2. Mjerenje impulsnih struja tijekom obnove površine elemenata kontaktnih parova i proučavanje kinetike repasivacije obnovljene površine pri korištenju nikal-titanskih 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 studije 222

Literatura 242

Uvod u posao

Relevantnost istraživanja. U modernoj ortopediji

metalne legure naširoko se koriste u stomatologiji kao lijevani okviri fiksnih i mobilnih proteza. U Rusiji su legure kobalt-krom i nikal-krom uobičajene kao metalni strukturni materijali; upotreba zlatonosnih legura je zanemariva. Bioinertne legure titana koriste se mnogo rjeđe jer lijevanje titana zahtijeva posebnu opremu; kliničko i tehnološko iskustvo s legurama titana nije dovoljno.

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 zubne proteze raste usporedno s povećanjem stope upotrebe zubnih implantata koji se većinom izrađuju od titana.

Odnedavno je osim lijevanja omogućeno i mljevenje titana na CAD/CAM opremi 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
druge dentalne legure analizirane u

nekoliko studija koje koriste standardne metode. Nedavno su se pojavile nove mogućnosti i metodološki pristupi u ocjeni otpornosti metalnih legura na koroziju,

na primjer, u tribološkim studijama otpornosti na trošenje; mjerenje elektrokemijskih parametara tijekom površinske obnove, pri promjeni 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 interesa je legura titana s učinkom obnove oblika - titan niklid, od koje se mogu izraditi fiksne i mobilne proteze i implantati. Njegova svojstva u odnosu na ciljeve ortopedske stomatologije i implantologije nisu u potpunosti razjašnjena, posebice u komparativnom pogledu. Sa stajališta elektrokemije nije bilo opravdanja za izbor optimalnih legura za proteze na bazi implantata od titan niklida s učinkom obnove oblika.

Svrha studije: kliničko i laboratorijsko utemeljenje primjene legura titana i tehnologija njihove obrade u klinici za ortopedsku stomatologiju i implantologiju.

Ciljevi istraživanja:

Usporediti fizikalno-mehanička i tribološka svojstva (otpornost na trošenje) dentalnih legura i legura titana.

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

Otkriti utjecaj dentalnih legura na proliferativne karakteristike kulture ljudskih mezenhimalnih matičnih stanica.

Proučiti u laboratorijskim uvjetima pokazatelje otpornosti na koroziju čvrstih i metalokeramičke proteze korištenje uobičajenih dentalnih legura i legura titana.

Utvrditi elektrokemijske značajke uporabe implantata izrađenih od titana i titanovog niklida, uključujući i u slučaju kršenja (obnove) površine proteza i implantata tijekom njihovog rada.

Utvrditi razlike u elektrokemijskom ponašanju dentalnih legura s eksperimentalnom promjenom karakteristika elektrokorozivnog medija (pH, stupanj prozračnosti).

Proučiti utjecaj dinamičkog opterećenja titanskih proteza i implantata na njihove elektrokemijske parametre.

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

znanstveni novost istraživanje. Prvi put

Nanoindentacija je u sličnim eksperimentalnim uvjetima proučavala glavna mehanička svojstva: tvrdoću, modul elastičnosti, postotak povratne deformacije - uobičajene dentalne legure, legure titana i titanijev niklid. Istodobno su po prvi put provedena tribološka istraživanja dentalnih legura, uključujući legure koje sadrže titan; izvršena je usporedba njihove otpornosti na trošenje i prirode razaranja legura prema mikrofotografijama.

Po prvi puta metalografskom, rendgenskom difrakcijskom analizom i mjerenjem nanoindentacije uspoređeni su sastav, struktura, fizikalne i mehaničke karakteristike standardnih trupaca titana za lijevanje i glodanje (koristeći CAD/CAM tehnologiju). 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 su proučavani električni potencijali titanovih legura i titanijevog niklida u dinamici u usporedbi s neplemenitim i plemenitim dentalnim legurama u umjetnoj slini, uključujući i nakon njihovog toplinskog ciklusa s keramičkim oblogama proteza. Po prvi put je ustanovljena promjena električnih potencijala legura s promjenom parametara (pH, prozračnost) umjetne sline i s dinamičkim opterećenjem metalnih konstrukcija.

Po prvi put u usporedbi ispitani su elektrokemijski parametri kontaktnih parova "okvir proteze - nosivi implantat" na titanijevom niklidu i titanijevim implantatima i osnovnim konstrukcijskim legurama za zubne proteze. Po prvi put su provedeni proračuni gubitaka od korozije u slučaju oštećenja površine nikl-titanovih i titanskih implantata, kao i metalnih okvira proteza pričvršćenih na njih.

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

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 prirobaka za lijevanje i glodanje proteza korištenjem CAD/CAM tehnologije; otkriveni su određeni metalurški nedostaci standardnih titanskih preratka. Na primjeru neplemenite dentalne legure potvrđen je negativan učinak višekratnog pretaljivanja na njezinu strukturu i fizikalno-mehanička svojstva uz očuvanje sastava.

Date su glavne fizikalne i mehaničke karakteristike

dentalne legure, legure titana i titan niklid prema

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 tijekom njegovog opterećenja.

Sa stajališta elektrokemije, prednosti i nedostaci različitih dentalnih legura (uključujući legure koje sadrže titan) prikazani su u različitim radnim uvjetima: u prisutnosti čvrstih lijevanih ili metal-keramičkih proteza, uključujući one na bazi titana ili nikal-titana. implantata, te u kršenju njihove površine. Pokazana je svrsishodnost metalokeramičkih proteza s punim oblaganjem metalnih okvira za smanjenje rizika od razvoja elektrokemijskih reakcija u usnoj šupljini i smanjenje operativnog resursa proteza.

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

Prikazana je statistika smanjenja funkcionalnih i estetskih svojstava proteza temeljenih na metalnim okvirima od raznih dentalnih legura, kao i toksičnih i kemijskih komplikacija. Klinički potkrijepljena učinkovitost uporabe proteza na lijevanim i mljevenim okvirima od titana pri nadoknadi nedostataka u denticiji i pri korištenju titanskih implantata.

Osnovne odredbe za obranu.

1. Sa stajališta elektrokemije i prevencije toksičnih i kemijskih učinaka na tkiva usne šupljine, najoptimalnije za protetiku na implantatima od titana i nikal-titana su fiksne proteze s punom keramičkom oblogom na okvirima od bilo koje dentalne legure; izrada jednodijelnih proteza bez premaza na implantatima od titana preporučljiva je kada

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

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

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

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

Uobičajene dentalne legure, legure titana i titanijev 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, pod uvjetom da 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 "Moderni 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 Centralne medicinske škole 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 osoblja Odjela 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 Federalne medicinske i biološke agencije Rusije, Središnjeg istraživačkog instituta za stomatologiju i maksilofacijalnu kirurgiju, Nacionalnog medicinskog i kirurškog centra, klinike KARAT (Novokuznetsk) , klinika CSP-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 Moskovskog državnog medicinskog sveučilišta, Laboratorija medicinskog materijala MISiS-a.

Opseg i struktura disertacije. Rad je prikazan na 265 listova strojopisnog teksta, sastoji se od uvoda, pregleda literature, triju 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 ove dvije skupine. U procesu stomatološkog rada treba voditi računa o tim razlikama. Čisti titan zauzima dvostruku poziciju. S kemijskog gledišta i stomatološko-obradbenog aspekta ona, spadajući u legure osnovnih metala, ima mehanička svojstva koja su karakterističnija za legure plemenitih metala.

Sastav zlatonosnih legura 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 i dr

Sastav neplemenitih legura, posebno kobalt-kroma, uključuje 33-75% kobalta, 20-32% kroma, do 10% molibdena i druge aditive. Legure nikal-kroma sadrže 58-82% nikla, 12-27% kroma, do 16% molibdena. Titanijev niklid sadrži približno jednake udjele 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 unosi hranom.

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

Trenutno se legure nikal-kroma naširoko koriste za metal-keramičke radove zajedno s legurama kobalt-kroma. Prototip ovih legura bila je legura otporna na toplinu "NIKHROM" -Kh20N80, koja se koristi u industriji za proizvodnju grijaćih elemenata. Za veću krutost, legiran je molibdenom ili niobijem, za poboljšanje kvalitete lijevanja - silicijom.

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

Titan je element koji je najteže dobiti u apsolutno čistom obliku. Zbog visoke reaktivnosti veže neke elemente, 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.

Razvijači legura preporučuju izradu određenih ortopedskih konstrukcija od raznih dentalnih legura. Tako se za izradu inleja preporuča zlato s oznakom proizvođača - "odlično"; uz naznaku "moguća uporaba" odnosi se na legure na bazi paladija, srebra, kobalta, nikla i titana. Za izradu krunica i mostova s ​​plastičnom oblogom "izvrsne" su legure zlata, paladija, srebra, kobalta, nikla i titana, a s keramičkom oblogom - zlato, paladij, kobalt, nikal, titan (moguće je koristiti srebro -legure na bazi). Za proteze s kopčama, legure na bazi kobalta su "izvrsne", a legure na bazi zlata, paladija, kobalta, nikla i titana su "moguće za upotrebu". Prema proizvođačima, implantati su izvrsni za izradu od titana, ali moguće i od legure kobalta i kroma. Preporuča se izrada suprakonstrukcija s oznakom "izvrsno pristajanje" od zlata, paladija, kobalta, nikla, titana. Što se tiče materijala koji će se koristiti za implantate i suprastrukture, autor ove disertacije se ne slaže, jer smatra ispravnim da se u implantologiji koristi princip monometala (titana).

Osim fizičko-mehaničkih svojstava, izbor legure važan je i za njenu biološku 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. S obzirom na korozijsko ponašanje 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 potrebni su ljudskom tijelu za njegovo funkcioniranje. 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

Hitnost problema toksiko-kemijskih i alergijskih reakcija pri uporabi dentalnih legura ne nestaje.

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

Dok je za kontrolnu staničnu kulturu faktor rasta bio 1,3 udvostručenja populacije (tj. svaka stanica kolonije podijeljena na dva dijela oko 1,3 puta dnevno), razina smanjenja faktora rasta stanica s ekstraktima uzorka ovisila je o stupnju njihovo razrjeđivanje. Maksimalnu toksičnost ima uzorak prikupljen izravno na radnom mjestu tehničara, čiji sastav uključuje prašinu plemenitih i osnovnih metala. 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 dentalne materijale temelji se na karakteristikama 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 metode akupunkturne dijagnostike po R. Vollu, kontinuirana pinpoint dijagnostika, mjerenje indeksa bioelektromagnetske reaktivnosti tkiva, ekspozicijski i provokativni testovi, leukopenijski i trombopenijski testovi, epikutani testovi, imunološke metode istraživanja . Autori su razvili intraoralne epimukozne alergološke testove u kojima se stanje mikrovaskulature procjenjuje kontaktnom biomikroskopijom 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 kod 30 pacijenata s protezama i manifestacijama nepodnošenja na njih. Korišten je imunoenzimski test s odgovarajućim setovima reagensa ZAO Vector-Best. Utvrđeno je povećanje sadržaja proupalnih citokina u slini u bolesnika s intolerancijom na proteze, aktivacija stanične imunološke reakcije 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. 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. Ispitivani uzorak dentalnog materijala stavlja se između usana pacijenta, što uzrokuje kemijsku mikroreakciju i promjenu kemijskog sastava medija na međupovršini. Pojava komponenti koje ne odgovaraju kemijskom sastavu oralne sredine iritira receptore sluznice usana, što se odrazilo na očitanja uređaja. Osim toga, uređaj ima 2 svjetlovoda; u početnom stanju, svjetlosni vodič je uključen, 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 APPA-107.

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

Kontinuirano utiskivanje legura za proučavanje mehaničkih svojstava provedeno je na automatiziranom Nano-Hardness Testeru (CSM Instr.) pri opterećenjima od 5 i 10 mN u zraku pomoću Vickersovog dijamantnog utiskivača (slika 1). Pri tako malim opterećenjima, metoda se može smatrati nedestruktivnom na makroskali, budući da dubina prodiranja utiskivača nije prelazila 0,5 μm, što je omogućilo ispitivanje otpornosti na habanje na istim uzorcima. Prednost metode nanoindentiranja je u tome što analiza niza eksperimentalnih krivulja opterećenja i rasterećenja omogućuje kvantificiranje mehaničkih svojstava i relativno mekih i supertvrdih (više od 40 GPa) materijala koristeći uzorak jednostavne geometrije s ravnim područjem od nekoliko mm2. Proračuni tvrdoće i modula elastičnosti provedeni su prema Oliver-Farr metodi uz pomoć programa za proračun i kontrolu "Indentation 3.0". Prema eksperimentalnim podacima, elastični oporavak materijala također se izračunava kao omjer elastične deformacije prema ukupnom R=(hm-hf)/hm-100%, gdje je hm najveća dubina uranjanja, hf dubina otiska nakon uklanjanja tereta. Svaka vrijednost je prosječna u 6-12 mjerenja.

Opći pogled na postavku Nano-Hardness Tester. Ispitni uzorak se postavlja na predmetni stol, zatim se na površinu uzorka spušta safirni prsten koji ostaje u kontaktu s ispitivanim materijalom 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 tijekom nanoindentiranja Ciklus utovar-istovar se odvija pri određenoj brzini i izloženosti. Dobiveni podatak prikazan je u obliku grafikona ovisnosti opterećenja 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 prema shemi "šipka-disk" provedena su na automatiziranoj instalaciji "Tribometer" (CSM Instr.) (u mediju biološke otopine (sl. 4, 5, tablica 2). Ova shema omogućuje laboratorijskim studijama približiti stvarnoj interakciji lijevanog proizvoda sa zubnom caklinom. Certificirana kuglica promjera 3 mm izrađena od aluminijevog oksida (Youngov modul E = 340 GPa, Poissonov omjer 0,26, tvrdoća 19 GPa) poslužila je kao nepomično protutijelo. Aluminijev oksid odabran je kao nemetalni, nevodljivi materijal po strukturi sličan zubnoj caklini, čija tvrdoća premašuje tvrdoću legura koje se proučavaju. Lopta je pričvršćena držačem od nehrđajućeg čelika, koji je prenio navedeno opterećenje na kuglica i bila je spojena na senzor sile trenja. Kontaktna zona bila je unutar kivete ispunjene biološkom otopinom.

Opsežna tribološka studija uključivala je kontinuirano bilježenje koeficijenta trenja (c.f.) tijekom ispitivanja prema testu "fiksna šipka - rotirajući disk" na automatiziranom tribometru (CSM Instr.), kao i fraktografsko istraživanje utora za trošenje (uključujući mjerenja profila utora) i mjesta trošenja na protutijelu, čiji su rezultati korišteni za proračun trošenja uzorka i protutijela. Struktura istrošenih utora (na diskovima) i promjer istrošenih mjesta (na kuglicama) proučavani su promatranjem u optičkom mikroskopu AXIOVERT CA25 (Karl Zeiss) pri povećanju x (100-500) i stereomikroskopu MBS-10 ( LZOS) pri povećanju od x (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. Trošenje kugle izračunato je pomoću sljedeće formule: V= 7i h2(r l/3h), gdje je I =r-(-[(W]2)1/2, d je promjer ožiljka od habanja, r je polumjer kugle, h je visina segmenta Trošenje uzorka izračunato je po formuli: V= S% gdje je / opseg, 5 površina poprečnog presjeka utora trošenja Rezultati ispitivanja i fraktografska opažanja obrađeni su pomoću računalnog programa InsrtumX za Tribometer , CSM Instr.

Metode usporedbe lijevanog i mljevenog titana.

Uspoređena je struktura i svojstva standardnih preratka za glodanje titanskih okvira proteza pomoću CAD/CAM tehnologije i titana dobivenog lijevanjem postupkom livenja.

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 tretirani jetkačem sastava 2% HF + 2% NZh)3 + destilirana voda (preostala) za otkrivanje mikro i makrostrukture.

Procjena mehaničkih svojstava (tvrdoća i Youngov modul) napravljena je Oliver-Pharrovom metodom prema mjernoj nanoindentaciji (ISO 14577) provedenoj na NanoHardnessTester preciznom ispitivaču tvrdoće (CSM Instr.) pri opterećenjima od 10 i 20 mN pomoću dijamantni utiskivač Berkovich. Prema eksperimentalnim podacima, elastični oporavak materijala R također je izračunat kao omjer elastične deformacije prema ukupnom R-(hm-hf)/hm-100%, gdje je hm najveća dubina uranjanja utiskivača, h/ je dubina otiska nakon uklanjanja opterećenja. Rezultati proračuna su prosječni za 6-12 mjerenja metodom ANOVA.

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 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). Najbliže po svojstvima zubnoj caklini (prema literaturnim podacima H = 3,5-4,5 GPa) su legure koje sadrže titan, uključujući titanijev niklid (4,2-5,2 GPa), kao i legura na bazi nikl celita N.

Tvrdoća cirkonijevih i zlatno-platinastih legura je gotovo 2 puta manja (do 2,6 GPa), dok su kobalt-kromove legure i legura nikal-krom Remanium 2000 gotovo dvostruko veće (do 8,2 GPa).

Modul elastičnosti zubne cakline je oko 100 GPa, za zubne legure - od 65,9 do 232,2 GPa. Slična svojstva za cirkonij, nešto veća za legirani titan i leguru zlato-platina. Sve ostale legure, osim titan niklida, imaju veći modul elastičnosti.

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

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

Ostatak legura pokazuje vrijednosti elastičnog povrata od 10-20% tipične 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 fizikalno-mehanički parametri legura titana zauzimaju srednje mjesto među uobičajenim dentalnim legurama različitog sastava. Legura titan-niklida je zanimljiva zbog posebno visoke vrijednosti elastičnog oporavka. Podaci o nanoindentaciji legure važni su za izbor strukturnih materijala za proteze i implantate.

Sveobuhvatna tribološka studija, fraktografija utora trošenja stvorila je osnovu za otpornost na trošenje dentalnih legura. Mjerenja modula elastičnosti omogućila su procjenu Hertzovih naprezanja u tarnom paru.

Na slici 14 prikazane su izračunate vrijednosti tlaka koje proizlaze iz kontakta ravnog uzorka legure koja se proučava sa sfernim utiskom od aluminijevog oksida promjera 3 mm (oznake legura odgovaraju njihovom sastavu u skladu s tablicom 1).

1 Prema vrijednostima kontaktnih naprezanja mogu se razlikovati 2 skupine legura. Prvi 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 nikal-titan i legure zlata i platine, koje se formalno mogu svrstati u drugu skupinu. Ove legure imaju vlastiti mehanizam trošenja. Uzorci legura kobalkroma, nikalkroma i zlatoplatine izdržali su ispitivanje u određenim uvjetima, do kraja ispitivanja.

Kao što se može vidjeti iz ilustracija na slikama 16-17 i u 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 i 8,465-10"4 mm / N / m, respektivno.

Usporedbom slika 16-20 može se 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 početne i završne koeficijente trenja. Također postoji poseban mehanizam trošenja za uzorak titan niklida, u kojem je jedan od najnižeg početnog koeficijenta trenja (k.f.) (0,107) i najvećeg konačnog koeficijenta trenja (k.f.) (0,107) i najvećeg konačnog koeficijenta trenja. (0,7), što je povezano s pojavom reverzibilne martenzitne transformacije u titan niklidu, potaknute 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 lijepljenjem metala na površinu kuglice, što dovodi do promjene geometrije kontakta (kontaktna površina se smanjuje) i svojstava protutijela (formiranje intermetalnog spoja tipa TIA1 s visok Youngov modul), što u konačnici dovodi do naglog povećanja kontaktnih naprezanja u usporedbi s izračunatim.

Tako su provedena ispitivanja otpornosti na trošenje dentalnih legura u mediju biološke otopine pokazala da najveće trošenje pokazuju čisti metali titan (DA2) i cirkonij (DA7) (8,24-8,47-10"4 mm3/N/m), kao i titan niklid (DA1) (5.09-10" 4mm3/N/m). Legiranjem titana (DA8 i DA9) povećava se otpornost na trošenje: trošenje legura VT5 (Ti-Al-Sn sustav) i VT 14 (Ti-Al-Mo-V) smanjeno je približno 2,5 puta u usporedbi s čistim titanom.

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

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

Titan i tantal - "kompromisni" metali za medicinu
Korištenje raznih metalnih proizvoda u medicini prakticira se od davnina. Kombinacija takvih korisna svojstva metali i njihove legure, kao što su čvrstoća, trajnost, fleksibilnost, plastičnost, elastičnost, nemaju alternativu, posebno u proizvodnji ortopedskih konstrukcija, medicinskih instrumenata, uređaja za brzo spajanje 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 , u oftalmološkoj i dentalnoj implantologiji.

Međutim, nisu svi metali prikladni za upotrebu u medicinskom polju, a glavni destruktivni uzroci ovdje su osjetljivost na koroziju i reakcija sa živim tkivima - čimbenici koji imaju razorne posljedice i za metal i za samo tijelo.

Naravno, zlato i metali platinske skupine (platina, iridij, osmij, paladij, rodij itd.) su izvan konkurencije. Međutim, mogućnost korištenja plemenitih metala za masovnu upotrebu praktički je odsutna zbog njihove prohibitivnosti 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 ugrađenih u tijelo je njihov sukob sa živim tkivima, što uzrokuje visokog rizika odbacivanje i druge komplikacije.

Svojevrsni kompromis između ova dva pola su metali kao što su titan i tantal: čvrsti, savitljivi, gotovo ne podložni koroziji, imaju visoko talište i što je najvažnije - potpuno biološki neutralni, zbog čega ih tijelo percipira kao vlastito tkivo i praktički ne izazivaju odbacivanje. Što se tiče cijene, za titan nije visoka, iako je znatno veća od nehrđajućeg čelika. Tantal je, kao prilično rijedak metal, više od deset puta skuplji od titana, ali još uvijek mnogo jeftiniji od plemenitih metala. Uz sličnost većine glavnih operativnih svojstava, u nekima od njih još uvijek je inferioran od titana, iako ga u nekima nadmašuje, što zapravo određuje relevantnost primjene.

Upravo iz tih razloga titan i tantal, koji se često nazivaju "medicinski metali", kao i niz njihovih legura, naširoko se koriste u mnogim medicinskim industrijama. 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, korištenju različitih oblika proizvodnje ovih metala za izradu alata, ortopedske i kirurške opreme.

Titan i tantal - definicija, stvarna 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 stupnjevima visoke stabilnosti on je četverovalentan. Karakterizira ga dobra plastičnost 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 niža 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 dok 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 neophodan kao sirovina za razna područja praktična medicina i medicinska instrumentacija. Pa ipak, najvrjednija kvaliteta titana za korištenje u ovu svrhu je njegova najveća otpornost na korozivne učinke 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 koji je potpuno neutralan u odnosu na agresivne kemijske i biološke medije. Što se tiče otpornosti na koroziju, titan je usporediv, pa čak i bolji od platine i platinskih metala. Konkretno, izuzetno je otporan na kiselo-bazne sredine, ne otapa se čak ni u tako agresivnom "koktelu" kao što je aqua regia. Dovoljno je reći da intenzitet korozijskog razaranja titana u morskoj vodi, koja ima kemijski sastav u mnogočemu sličan ljudskoj limfi, ne prelazi 0,00003 mm/god, odnosno 0,03 mm za tisućljeće!

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

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

Tipovi titana i legure titana
Tipovi titana koji se najviše traže u medicini su tehnički čisti VT1-0, VT1-00, VT1-00sv. Ne sadrže gotovo nikakve nečistoće, čija je količina toliko beznačajna da fluktuira unutar granica nulte pogreške. Dakle, stupanj VT1-0 sadrži oko 99,35-99,75% čistog metala, a razredi VT1-00 i VT1-00sv sadrže 99,62-99,92% odnosno 99,41-99,93%.

Do danas, medicina koristi širok raspon legura titana, različitih u svom kemijskom sastavu i mehanotehnološkim parametrima. Kao legirajući dodaci u njima najčešće se koriste Ta, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn. Najučinkovitiji stabilizatori uključuju Zr, Au i metale platinske skupine. Uvođenjem do 12% Zr u titan, njegova otpornost na koroziju povećava se za red veličine. Dosegnite isto 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 korištena u implantologiji, ortopediji i kirurgiji, značajno nadmašujući svoje "konkurente" na bazi kobalta i nehrđajućeg čelika u smislu radnih parametara. Konkretno, modul elastičnosti titanovih legura je dva puta manji. Za medicinsku primjenu (implantati za osteosintezu, endoproteze zglobova itd.) ovo je velika prednost, jer omogućuje veću mehaničku kompatibilnost implantata s gustim koštanim strukturama tijela, u kojima je modul elastičnosti 5-20 GPa. Još više niske ocjene u tom pogledu (do 40 GPa i niže) karakteriziraju se legure titan-niobij, 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 beznačajni, ali ipak toksični učinak na živa tkiva.

Nedavno su za medicinske potrebe sve više traženi biomehanički kompatibilni implantati, materijal za izradu kojih je titan niklid TiNi. Razlog sve veće popularnosti ove legure je njoj svojstvena tzv. efekt pamćenja oblika (SME). Njegova bit leži u činjenici da je kontrolni uzorak, deformiran na niskim temperaturama, sposoban stalno zadržati novostečeni oblik, a naknadnim zagrijavanjem vratiti izvornu konfiguraciju, pokazujući pritom superelastičnost. Nikal-titanske konstrukcije nezamjenjive su, posebice, u liječenju ozljeda kralježnice i distrofije mišićno-koštanog sustava.

Tantal za lijekove

Definicija i korisna svojstva
Tantal (Ta, lat. Tantalum) je teški vatrostalni metal srebrnasto-plavkaste "olovne" nijanse, što je posljedica filma Ta 2 O 5 pentoksida koji ga prekriva. To je jedan od kemijskih elemenata periodnog sustava, smješten u sekundarnu podskupinu 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 je 3017 °C (vatrostalniji su samo W i Re). 1669°C, vrelište - 5458°C. Tantal karakterizira svojstvo paramagnetizma: njegova specifična magnetska osjetljivost na sobnoj temperaturi iznosi 0,849·10 -6 .

Ovaj strukturni materijal, koji kombinira visoku tvrdoću i duktilnost, u svom čistom obliku dobro se može obraditi na bilo koji način (štancanje, valjanje, kovanje, provlačenje, uvijanje, rezanje itd.). Na niskim temperaturama obrađuje se bez jakog otvrdnjavanja, podvrgava se deformacijskim učincima (točka kompresije 98,8%) i bez potrebe prethodnog pečenja. Tantal ne gubi plastičnost čak i ako se smrzne na -198 °C.

Vrijednost modula elastičnosti tantala je 190 Gn/m 2 ili 190 102 kgf/mm 2 na 25 °C, zbog čega se lako prerađuje u žicu. Izvodi se i proizvodnja najtanjeg tantalskog lima (debljine oko 0,039 mm) i drugih konstrukcijskih poluproizvoda.

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 agresivne anorganske kiseline poput 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. Nešto manja stabilnost tantala uočena je u odnosu 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 karakteristika tantala, posebno vrijedna za medicinu, kao visoka biokompatibilnost s ljudskim tijelom, koje percipira strukture tantala 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 najvrjednijoj kvaliteti.

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

Još češće se tantal koristi u obliku legura kao legirajući dodatak jeftinijim metalima kako bi dobiveni spojevi dobili kompleks potrebnih fizikalnih, mehaničkih i kemijskih svojstava. Čelik, titan i druge metalne legure s dodatkom tantala vrlo su traženi u kemijskoj i medicinskoj instrumentaciji. Od njih se posebno prakticira proizvodnja 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 platinsko-iridijske skupine.

Vrste i legure tantala
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 naznačenog stupnja je 99,9% Ta. Niobij (Nb), koji je uvijek prisutan u industrijskom tantalu, odgovara samo 0,03%.
• PM: Ta - 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%.

Visoka tvrdoća Ta omogućuje 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 primjene Ta u medicinske svrhe
Otprilike 5% tantala proizvedenog u svijetu troši se na medicinske potrebe. Unatoč tome, važnost njegove uporabe u ovoj industriji ne može se precijeniti.

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

Od takvih poluproizvoda od tantala kao što su ploče, šipke, žice i drugi oblici proizvodnje, izrađuju se konstrukcije koje su tražene u plastičnoj, kardio-, neuro- i osteokirurgiji za šivanje, spajanje fragmenata kostiju, postavljanje stentova i šišanje posuda (sl. 3).

Slika 3. Pričvrsna struktura tantala 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 za abdominalne operacije, posebice za jačanje stijenki trbušne šupljine. Tantalske mrežice nezamjenjive su u području oftalmološke protetike. Najtanje 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. Prisutnost visokih elektretnih svojstava prevlake Ta 2 O 5 tantal pentoksida znanstveno je dokazana. Titan oksidni elektretni filmovi zmije postali su rašireni u vaskularnoj kirurgiji, endoprotezama i izradi medicinskih instrumenata i uređaja.

Praktična primjena titana i tantala u pojedinim granama medicine

Traumatologija: strukture za srastanje prijeloma

Trenutno se za brzo spajanje prijeloma sve više koristi takva inovativna tehnologija kao što je metalna osteosinteza. 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 do brzog uništavanja samih fiksatora i 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.

Izrada fiksativa-implantata od titana i tantala, koji imaju svojstvo biokompatibilnosti sa živim tkivima, omogućuje izbjegavanje neželjenih posljedica (slika 4).

Slika 4. Konstrukcije od titana i tantala za osteosintezu.

Slični dizajni jednostavnih i složenih konfiguracija mogu se koristiti za dugotrajno ili čak trajno uvođenje u ljudsko tijelo. Ovo je osobito važno za starije pacijente, jer eliminira potrebu za operacijom uklanjanja držača.

Endoprotetika

Umjetni mehanizmi koji se kirurški ugrađuju u koštano tkivo nazivaju se endoproteze. Najrašireniji primili artroplastiku zglobova - kuka, ramena, lakta, koljena, skočnog zgloba itd. Proces artroplastike je uvijek složena operacija kada se odstranjuje dio zgloba koji nije podložan prirodnoj restauraciji s naknadnom zamjenom implantatom endoproteze.

Na metalne komponente endoproteza postavlja se niz ozbiljnih zahtjeva. Moraju istovremeno imati svojstva krutosti, čvrstoće, elastičnosti, sposobnost stvaranja potrebne površinske strukture, otpornost na korozivne učinke tijela, uklanjanje rizika odbacivanja i druge korisne osobine.

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

Slika 5. Zamjena kuka od titana.

U artroplastici, 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 Ti-6AI-4V visoke čvrstoće karakterizira otpornost na koroziju i biološka inertnost. Legura Ti-6A1-4V odlikuje se posebno visokom mehaničkom čvrstoćom, s torzijsko-aksijalnim karakteristikama vrlo bliskim 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, odlikuju se niskom vrijednošću modula elastičnosti. A legura Ti-Ta30 karakterizirana je prisutnošću 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 artroplastiku kao što je biokompatibilnost s tjelesnim tkivima na temelju korozije i galvanske otpornosti, krutosti površine i trabekularne (porozne) strukture metalne površine. Upravo zahvaljujući svojstvu trabekularnosti moguće je značajno ubrzanje procesa oseointegracije – rasta živog koštanog tkiva na metalnoj površini implantata.

Elastične endoproteze od titanske žičane mreže. Zbog visoke plastičnosti i lakoće u suvremenoj rekonstruktivnoj kirurgiji i drugim medicinskim industrijama aktivno se koriste inovativne elastične endoproteze u obliku najtanje žičane mreže od titana. Elastična, jaka, elastična, izdržljiva i bioinertna, mrežica je idealan materijal za endoproteze mekih tkiva (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 riječima stručnjaka, mrežaste endoproteze od titana nemaju premca u pogledu stabilnosti s gotovo nultim rizikom od nuspojava.

Medicinske legure s pamćenjem oblika od titan nikla

Danas se u raznim područjima medicine koriste legure titan nikleida, koje imaju tzv. s efektom pamćenja oblika (SME). Ovaj materijal se koristi za endoprotezu nadomjestka ligamentno-hrskavičnog tkiva mišićno-koštanog sustava čovjeka.

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

Suština efekta je da se uzorak lako deformira pri hlađenju u određenom temperaturnom rasponu, a deformacija se sama poništava 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 proizvoljno dugo vremena. No, potrebno je samo podići temperaturu na početnu, ploča će se opet ispraviti poput opruge i poprimiti svoj izvorni oblik.

Uzorci medicinskih proizvoda od legura nitinola prikazani su na slikama u nastavku. 7, 8, 9, 10.

Slika 7. Set implantata od titan nikelida za traumatologiju (u obliku spajalica, spajalica, fiksatora i sl.).

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, lamelarnih i cilindričnih proizvoda).

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

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

Upotreba Ti i Ta za proizvodnju vaskularnih stentova

Stentovi (od engleskog stent) - u medicini se nazivaju posebnim, u obliku elastičnih mrežastih cilindričnih okvira, metalnih konstrukcija smještenih unutar velikih žila (vena i arterija), kao i drugih šupljih organa (jednjaka, crijeva, žučnih vodova, itd.) na patološki suženim područjima kako bi se proširila na potrebne parametre i vratila prohodnost.

Korištenje metode stentiranja najviše je traženo u području kao što je vaskularna kirurgija, a posebno koronarna angioplastika (slika 11).

Slika 11. Uzorci vaskularnih stentova od titana i tantala.

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

Zahtjevi za vaskularne stentove osmišljeni su tako da osiguraju njihovu besprijekornu funkcionalnost, stoga su raznoliki 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 biointegrabilni s tjelesnim tkivima i kombiniraju složeni svih drugih potrebnih fizičkih i mehaničkih svojstava.

Šivanje kostiju, žila i živčanih vlakana

Periferna živčana debla oštećena kao posljedica različitih mehaničkih ozljeda ili komplikacija određenih bolesti zahtijevaju ozbiljne kirurška intervencija. Situaciju pogoršava činjenica da slične patologije opažaju se u pozadini ozljede povezanih organa, kao što su kosti, krvne žile, mišići, tetive itd. U ovom slučaju, razvijen je opsežan program liječenje s nametanjem specifičnih šavova. Kao sirovina za proizvodnju materijala za šavove - niti, spajalice, stezaljke itd. – titan, tantal i njihove legure koriste se kao metali koji imaju kemijsku biokompatibilnost i cijeli kompleks potrebnih fizikalno-mehaničkih svojstava.

Donje slike prikazuju primjere takvih operacija.

Slika 12. Šivanje kosti titanskim spajalicama.

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

Slika 14. Šivanje posuda pomoću tantalovih spajalica.

Trenutno se razvijaju sve naprednije tehnologije neuro-osteo- i vazoplastike, međutim 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 raznih metalnih proizvoda koji se ugrađuju u tkiva 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 može se koristiti čisti metali bez legirajućih dodataka, te njihove bioinertne legure. Primjeri primjene kranioplastike ploča od titana i tantalske mreže prikazani su na slikama u nastavku.

Slika 15. Kranioplastika pomoću titanske ploče.

Slika 16. Kranioplastika tantalnom mrežicom.

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

Neurokirurgija (postavljanje mikroklipova)

Clipping (engleski clip clip) je neurokirurški zahvat na moždanim žilama, koji ima za cilj zaustaviti krvarenje (osobito, kada pukne aneurizma) ili isključiti ozlijeđene osobe iz cirkulacije krvi. male posude. Bit metode šišanja leži u činjenici da se minijaturne metalne kopče - štipaljke - postavljaju na oštećena područja.

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

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

Slika 17. Spojnice za isključivanje aneurizme mozga.

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

Slika 18. Kirurški zahvat za klizanje aneurizme cerebralne žile.

Za izradu stezaljki u pravilu se koristi ravna žica od čistog titana ili tantala, u nekim slučajevima od srebra. Takvi proizvodi su apsolutno inertni u odnosu na medulu, bez izazivanja protudjelovanja.

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 takvi plemeniti metali koji se tradicionalno koriste u stomatološkoj protetici, poput zlata i platine, u 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 izrada pojedinačnih krunica, kao i mostova i pokretnih proteza na bazi titana i tantala. Ovi metali, zbog tako vrijednih svojstava koja su im svojstvena 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 raspršene krunice izrađene od titan nitrida TiN praktički se ne razlikuju od zlata po izgledu i funkcionalnim svojstvima (slika 19)

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

Što se tiče proteza, one mogu biti fiksne (mostovi) za obnavljanje nekoliko susjednih zuba ili pokretne, koje se koriste u slučaju gubitka cijele denticije (potpuna adencija čeljusti). Najčešće proteze su kopča (od njemačkog der Bogen "luk").

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

Slika 20. Klasferna proteza donje čeljusti.

Danas se kopča proteze i kopče obično izrađuju od čistog medicinskog titana visoke čistoće marke HDTV.

Prava revolucija u stomatologiji bila je sve veća potražnja za implantatima. Protetika na implantatima je najpouzdaniji način fiksiranja ortopedskih struktura, koje u ovom slučaju služe desetljećima ili čak doživotno.

Zubni (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 uvrnut direktno u čeljusnu 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 titana čistog medicinskog stupnja 4(G4Ti).

Najčešće se za izradu vijčanog dijela implantata koristi čisti medicinski titan s površinskim premazom tantal-niobij, koji pridonosi aktivaciji procesa osteointegracije - spajanja metala sa živim tkivom kosti i desni.

Međutim, neki proizvođači preferiraju proizvodnju ne dvodijelnih, već jednodijelnih implantata, u kojima vijčani dio i nosač nemaju odvojenu, već monolitnu strukturu. Istodobno, primjerice, njemačka tvrtka Zimmer proizvodi jednodijelne 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 jednodijelni porozni tantalni zubni implantati.

Tantal je, za razliku od titana, teži metal, tako da porozna struktura značajno olakšava proizvod, štoviše, ne uzrokujući potrebu za dodatnim vanjskim taloženjem oseointegrirajućeg premaza.

Primjeri implantološke protetike pojedinih zuba (krunica) i ugradnjom pokretnih proteza na implantate prikazani su na sl. 23.

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

U današnje vrijeme, uz postojeće, razvijaju se sve više nove metode protetike na implantatima koje pokazuju visoku učinkovitost u različitim kliničkim situacijama.

Proizvodnja medicinskih instrumenata

Danas u svijetu klinička praksa koriste se stotine vrsta raznih kirurških i endoskopskih instrumenata i medicinske opreme, proizvedene od titana i tantala (GOST 19126-79 "Medicinski metalni instrumenti. Općenito" tehnički podaci". 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 čeličnih, a istovremeno su udobniji 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. Širok asortiman alata uključuje stotine vrsta lopatica, kopči, dilatatora, ogledala, stezaljki, škara, pinceta, skalpela, sterilizatora, cijevi, dlijeta, pinceta, svih vrsta ploča.

Biokemijske i fizičko-mehaničke karakteristike lakih 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 tereta 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 medicinskoj instrumentaciji. Koriste se u proizvodnji destilatora, pumpi za pumpanje agresivnih medija, sterilizatora, komponenti opreme za anesteziju i disanje, najsloženijih uređaja za dupliciranje rada vitalnih organa. važni organi kao što su "umjetno srce", "umjetna pluća", " umjetni bubreg" i tako dalje.

Glave ultrazvučnih uređaja od titana imaju najduži vijek trajanja, unatoč činjenici da analozi iz drugih materijala, čak i uz nepravilno izlaganje ultrazvučnim vibracijama, brzo postaju neupotrebljivi.

Uz gore navedeno, može se primijetiti da titan, poput tantala, za razliku od mnogih drugih metala, ima sposobnost desorbiranja ("odbijanja") zračenja radioaktivnih izotopa, pa se stoga aktivno koristi u proizvodnji raznih zaštitnih uređaja i radiološka oprema.

Zaključak

Razvoj i proizvodnja medicinskih proizvoda jedno je od najintenzivnijih 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 sada, posljednjih desetljeća, takvi industrijski metali poput titana i tantala podignuti su "na štit povijesti", koji se s razlogom mogu nazvati strukturnim materijalima novog tisućljeća.

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

Nije niži od titana u smislu praktičnog značaja i tantala. Uz opću sličnost većine korisnih svojstava, u nekim su kvalitetama inferiorni, au nekima su bolji jedni od drugih. Zato je teško i teško razumno objektivno prosuditi prioritet bilo kojeg od ovih metala za medicinu: oni se radije organski nadopunjuju nego sukobljavaju. Dovoljno je reći 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 da se posljednjih godina sve više i više uspješnih pokušaja stvaranja punopravnih implantabilnih 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

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

krom 26-30%, uveden kako bi se leguri dala tvrdoća i povećala otpornost na koroziju, stvarajući pasivirajući film na površini legure.

nikla 3-5%, što povećava plastičnost, žilavost, 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, kvalitetu lijevanja, snižava talište, pomaže u uklanjanju otrovnih zrnatih spojeva iz legure.

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

silicij 0,5%, poboljšanje kvalitete odljevaka, povećanje fluidnosti legure.

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

dušik 0,1%, što smanjuje talište, poboljšava fluidnost legure. Istodobno, povećanje dušika preko 1% pogoršava duktilnost legure.

berilij 0-1,2%

aluminij 0,2%

SVOJSTVA: CCS ima visoka fizikalna i mehanička svojstva, relativno nisku gustoću i izvrsnu fluidnost, što omogućuje izlijevanje ažurnih zubnih proizvoda visoke čvrstoće. Talište je 1458C, mehanička viskoznost je 2 puta veća od zlata, minimalna vlačna čvrstoća je 6300 kgf/cm 2 . Visoki modul elastičnosti i manja gustoća (8 g/cm 3 ) omogućuju izradu lakših i čvršćih 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 izvedbi lijevanih kopčanih proteza, metalokeramičkih okvira proteza, pokretnih proteza s lijevanim bazama, naprava za udlage, lijevanih kopče.

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

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

Bygodents - legure za lijevane pokretne proteze.

KX-Dents - legure za keramičko-metalne proteze.

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

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

1. Dogodovštine. Oni su višekomponentna legura.

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

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

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

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

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

Bygodent CCH vac (tvrdi)- 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)- osnova 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 iz nje.

Bygodent CCL vac (tekućina)- pored kobalta - 65%, kroma - 28% i molibdena - 5%, u sastav legure uvode se bor i silicij. Ova legura ima izvrsnu fluidnost, uravnotežena svojstva.

2. KH-Udubljenja

PRIMJENA: koristi se za izradu lijevanih metalnih okvira s porculanskim oblogama. oksidni film, formiran na površini legura, omogućuje vam nanošenje keramičkih ili staklokeramičkih premaza. 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 je bez ugljika i nikla. Time se značajno poboljšava njegova plastična svojstva i smanjuje tvrdoća.

KX-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 lako se bruse i poliraju.

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

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

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

4.Udubljenja

SVOJSTVA: Legure tipa Dentan dizajnirane su za zamjenu lijevanog nehrđajućeg čelika. Imaju značajno veću duktilnost i otpornost na koroziju zbog činjenice 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, malo skupljanje i dobru fluidnost.

Dentan DM sadrži 44% željeza, 27% nikla, 23% kroma i 2% molibdena. U sastav legure dodatno je dodan 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-kroma, prisutnost oksidnog filma može biti negativna, jer na visoka temperatura pečenje oksida nikla i kroma otapa se u porculanu, bojeći ga. Povećanje količine kromovog oksida u porculanu dovodi do smanjenja njegovog koeficijenta toplinskog širenja, što može uzrokovati otkidanje 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 od titana imaju apsolutnu inertnost na tkiva usne šupljine, potpunu odsutnost toksičnih, toplinski izolacijskih i alergijskih učinaka, malu debljinu i težinu s dovoljnom krutošću baze zbog visoke specifične čvrstoće titana, visoke točnosti reprodukcije. najsitnijih detalja reljefa 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 - lijevano - koristi se za izradu lijevanih krunica, mostova, okvira nadomjesnih udlaga, lijevanih metalnih baza.