Implant de titan. Implanturi cilindrice, conice și plăci

Tehnician dentar Alexander Modestov - maestru, demonstrator al companiilor Dentaurum si Esprident, Germania

În prezent, titanul și-a luat locul cuvenit printre materialele moderne.

Acest material are o istorie interesantă, care a adus cu sine numeroase descoperiri, pe care le datorează succesului actual, realizat într-un timp foarte scurt. Astăzi, titanul este folosit cu succes în producția de automobile și avioane, în nave spațiale și construcții de nave, oriunde este nevoie de protecție eficientă împotriva coroziunii și, desigur, în medicină.

Odată cu creșterea reacțiilor alergice la diferite metale și aliaje metalice utilizate în medicină și stomatologie, titanul este considerat o alternativă decisivă.

Datorită biocompatibilității remarcabile și stabilității incredibile a titanului, acest metal a atras atenția ortopediei. Astăzi, protezele de șold și genunchi, diverse ace și șuruburi sunt fabricate din titan. De asemenea carcase pentru stimulatoare cardiace și aparate auditive tot din titan.

Biocompatibilitatea ridicată se datorează capacității titanului de a forma un strat protector de oxid pe suprafața sa într-o fracțiune de secundă. Datorită cărora nu se corodează și nu eliberează ioni metalici liberi, care pot provoca procese patologice în jurul implantului sau protezei. Astăzi, titanul ne oferă posibilitatea de a folosi un singur metal în cavitatea bucală. Putem produce aproape orice design. Nu există reacții electrochimice între diferite părți ale protezei, iar țesutul din jurul protezei rămâne liber de ioni metalici.

Inlay-uri și onlay-uri, coroane și punți solide și furniruite, proteze cu fermoar și baze solide pentru proteze complete amovibile, proteze combinate și protetice pe implanturi (inclusiv implanturile în sine) - aceasta este gama de aplicații ale titanului, pe care nici cei mai mari optimiști nu au făcut-o a visa la.

Influența titanului asupra stomatologiei moderne este atât de cuprinzătoare, încât chiar și colegii sceptici omagiază pe bună dreptate trăsăturile sale, urmărind îndeaproape dezvoltarea lui, în special în implantologia modernă. Prin urmare, astăzi dedicăm acest articol problemelor turnării de titan și procesării acestuia într-un laborator dentar.

Orez. 1

Orez. 2

Orez. 3

Orez. 4

Orez. 5

Orez. 6

Orez. 7

Orez. 8

Orez. 9

Orez. 10

Orez. unsprezece

În medicină, primele experimente în utilizarea titanului au început în anii 40 cu implantarea cilindrilor de titan în țesuturile moi ale animalelor, care au avut loc fără reacție din partea corpului.

Utilizarea titanului în stomatologie a început odată cu utilizarea acestui metal în munca sa de cercetare de către profesorul Brenemark în 1956.

În timp ce titanul se impunea în implantologia dentară, a crescut și dorința de a utiliza acest metal în protezarea individuală.

Primele experimente de turnare a titanului în domeniul stomatologic au fost efectuate de Dr. Waterstraat în 1977.

Transformarea termică a formei titanului în scopuri stomatologice a fost posibilă prin utilizarea unei mașini de turnare a titanului de la compania japoneză Ohara din 1981.

Metodele de prelucrare la rece a titanului - de exemplu frezarea - fabricarea de implanturi sau cadre de frezare pentru coroane sau punți folosind așa-numitele tehnologii CAD/CAM nu implică dificultăți deosebite. Probleme sunt prezente în așa-numita remodelare la cald a metalului, adică. în turnare. Ne interesează acest proces, în primul rând, pentru că costul său nu este foarte mare, în raport cu tehnologiile CAD/CAM în curs de dezvoltare și, în al doilea rând, ca singura metodă de producere a cadrelor dentare cu clemă în prezent.

Turnare de titan

După cum am observat deja, reactivitatea ridicată a titanului, punctul de topire ridicat, densitatea scăzută necesită o instalație specială de turnare și un material de investiție. În prezent, pe piață există trei sisteme care sunt considerate cele mai bune pentru turnarea de titan. Este vorba despre sistemul Rematitan de la Dentaurum (Germania), sistemul Biotan de la Schutz-dental (Germania) si sistemul de la firma japoneza Morita. Astăzi vom arunca o privire mai atentă la Rematitan - sistemul de turnare. În primul rând, pentru că, în opinia noastră, acesta este cel mai bun sistem care ne permite să obținem o calitate foarte ridicată și stabilă a turnării, iar în al doilea rând, avem deja 4,5 ani de experiență.

Ce se înțelege prin sistem de turnare de titan?

În primul rând, aceasta este instalația de turnătorie Rematitan-Autocast sau Autocast-Universal.

Instalațiile de turnătorie autoturnată se bazează pe principiul topirii titanului într-o atmosferă protectoare de argon pe un creuzet de cupru folosind un arc voltaic, la fel cum buretele de titan este topit în industrie pentru a produce titan pur. Metalul este turnat în cuvă folosind un vid în camera de turnare și presiune mare de argon în camera de topire în timp ce creuzetul se răsturnează.

Aspectul și principiul modului în care funcționează instalația este prezentat în Fig. 1 și 2.

La începutul procesului, ambele camere, camera de topire (în partea de sus) și camera de turnătorie (în partea de jos), sunt spălate cu argon, apoi un amestec de aer și argon este evacuat din ambele camere, după care topirea. camera este umplută cu argon și se formează un vid în camera de turnare. Arcul voltaic este pornit și începe procesul de topire a titanului. După un anumit timp, creuzetul de topire se răstoarnă brusc și metalul este aspirat într-o formă situată în vid; greutatea proprie, precum și presiunea crescândă a argonului în acest moment, contribuie și la antrenarea acestuia. Acest principiu face posibilă obținerea unor piese turnate bune și dense din titan pur.

Următoarea componentă a sistemului de turnare este materialul de investiție.

Deoarece reactivitatea titanului în stare topită este foarte mare, este nevoie de compuși speciali de investiții, care sunt fabricați pe bază de oxizi de aluminiu și magnezie, care, la rândul lor, fac posibilă reducerea stratului de reacție de titan la minim. Dentaurum oferă mai multe astfel de materiale, de exemplu, Rematitan Plus - material de investiție pentru turnarea protezelor parțiale, Rematitan Ultra și materiale de investiție Trinell pentru turnarea coroanelor și punților (Fig. 3, 4). Trinell, de exemplu, este o nouă generație de materiale de investiții pentru titan. Primul material de investiție de mare viteză din lume pentru titan, care economisește timp semnificativ și oferă o suprafață metalică foarte curată, practic fără un strat de reacție.

Titan – metal turnat

Tritan 1 și Rematitan M. Puritate chimică minim 99,5%. Tritan 1 este titan de gradul 1, potrivit pentru toate tipurile de lucrari, continut foarte scazut de oxigen in metal. Rematitan M - din punct de vedere al rezistenței este legat de titanul de gradul 4, rezistență la tracțiune și elasticitate semnificativ crescute, face posibilă utilizareîn proteze clasp clasp și pentru lucrări de pod pe termen lung.

Ce trebuie să știți când lucrați cu titan?

Caracteristici de modelare

Cadrul realizat pentru fațetare ceramică trebuie să aibă o formă anatomică redusă a dintelui. Suportul intern al ceramicii de cadru este foarte important, in plus, pentru schimbul de caldura favorabil intre ceramica si metal in timpul arderii, este necesara prezenta fie a nervurilor de racire (Fig. 5), fie a unei ghirlande. Pe podurile lungi este obligatorie si prezenta unei ghirlande pentru intarirea cadrului. Grosimea capacelor trebuie să fie de cel puțin 0,4-0,5 mm. Ramele protezelor cu clemă sunt modelate și ele ceva mai groase în raport cu ramele din aliaje crom-cobalt.

Fixare

Fixarea corectă (instalarea porților și crearea unui sistem de închidere), precum și amplasarea corectă în șanț, joacă un rol uriaș și se realizează strict conform regulilor propuse de producătorul echipamentelor de turnătorie. Dentaurum oferă următoarele cerințe pentru sistemul de turnare Rematitan. Pentru coroane și punți, utilizați doar un con de turnare special, care vă permite să direcționați în mod optim metalul către obiectul turnat. Înălțimea canalului de alimentare de la con la grinda de alimentare este de 10 mm cu un diametru de 4-5 mm. Diametrul fasciculului de alimentare este de 4 mm.

Canale de acces subacvatice la obiectul turnat cu un diametru de 3 mm și o înălțime, de asemenea, de cel mult 3 mm. Foarte important: canalele subacvatice nu trebuie să fie situate vizavi de canalul porții de intrare (Fig. 6 și 7), altfel posibilitatea apariției porilor de gaz este foarte mare. Toate conexiunile trebuie să fie foarte netede, fără colțuri ascuțite etc. pentru a minimiza turbulențele care apar în timpul turnării metalului, ceea ce duce la formarea porilor de gaz. Sistemul de gating pentru protezele cu clasp, si in special pentru bazele solide ale protezelor complete amovibile, este, de asemenea, diferit de sistemele de gating pe care le folosim pentru turnarea protezelor clasp din aliaje de crom-cobalt.

În toate cele trei instalații de turnătorie menționate mai sus, principiul cu două camere este că titanul este topit într-o cameră de topire într-un mediu cu argon, pe un creuzet de cupru folosind un arc voltaic și introdus într-o matriță folosind vid sau presiune de argon. Distinctive sunt metoda de presare a metalului și sistemul de fixare, care afectează numărul de erori în timpul turnării.

Stratul alfa

Prin reacția și difuzia elementelor gazoase și solide (oxigen, carbon, siliciu etc.) din atmosfera camerei de topire și a masei de investiție, se formează o zonă de reacție și o suprafață de titan mai dură. Această modificare a durității depinde de substanțele din care se face investiția și de reacțiile rezultate cu titanul lichid.

Stratul de suprafață sau stratul alfa este atât de fragil și contaminat încât în ​​timpul pretratării titanului, în special pentru furnirarea ceramică, acesta trebuie îndepărtat complet.

Modificarea structurii cristaline

Pentru aplicațiile dentare, trecerea titanului la o temperatură de 882,5 °C de la o stare cristalină la alta este foarte importantă. Titanul se transformă la această temperatură din titan alfa cu o rețea cristalină hexagonală la titan vetta cu o rețea cubică. Ceea ce presupune aceasta nu este doar o modificare a parametrilor săi fizici, ci și o creștere a volumului cu 17%.

Din acest motiv, este necesar să se folosească și ceramică specială, a cărei temperatură de ardere trebuie să fie sub 880 °C.

Strat pasiv

Titanul are o tendință foarte puternică la temperatura camerei cu oxigenul atmosferic de a forma instantaneu un strat subțire de oxid protector, care îl protejează și mai mult de coroziune și face ca titanul să fie bine tolerat de către organism.

Stratul pasiv are capacitatea de a se regenera singur.

Acest strat, la diferite etape de lucru cu titanul, trebuie garantat.

După sablare, înainte de curățarea cadrului cu abur, este necesar să lăsați rama cel puțin 5 minute. pasiv. O proteză proaspăt lustruită trebuie pasivată timp de cel puțin 10–15 minute, altfel nu există nicio garanție că lucrarea finită va avea o strălucire bună.

Cerințe de prelucrare în funcție de material

Proprietățile fizice, fazele de oxidare și modificările rețelei trebuie luate în considerare la prelucrarea titanului.

Prelucrarea corectă poate fi realizată cu succes numai cu freze speciale pentru titan, cu o crestătură specială în formă de cruce (Fig. 10). Unghiul redus al suprafeței de lucru face posibilă îndepărtarea optimă a metalului destul de moale, oferind în același timp o bună răcire a sculei. Prelucrarea titanului ar trebui făcută fără presiune puternică pe instrument.

Cu o unealtă greșită sau o presiune puternică, este posibilă supraîncălzirea locală a metalului, însoțită de formarea puternică de oxizi și o schimbare a rețelei cristaline. Vizual, apare o schimbare de culoare pe obiectul prelucrat și suprafața devine puțin mai aspră. În aceste locuri nu va exista aderența necesară la ceramică (posibilitatea de fisuri și așchii); dacă acestea nu sunt zone de furniruit, atunci prelucrarea și lustruirea ulterioară nu vor îndeplini cerințele.

Frezele din titan trebuie depozitate separat de alte unelte. Acestea trebuie curățate în mod regulat cu un jet de abur și perii din fibră de sticlă pentru a îndepărta reziduurile de titan.

La prelucrarea titanului, utilizarea diferitelor discuri și pietre de carborundum, sau capete de diamant, contaminează foarte mult suprafața titanului, ceea ce duce ulterior și la fisuri și așchii în ceramică. Prin urmare, utilizarea instrumentelor de mai sus este potrivită numai pentru prelucrarea, de exemplu, a ramelor de proteze cu închidere, iar utilizarea capetelor de diamant trebuie evitată complet. Slefuirea și lustruirea ulterioară a zonelor expuse de titan este posibilă numai folosind abrazivi și paste de lustruit adaptate pentru titan. Multe companii implicate în producția de scule rotative produc în prezent o gamă suficientă de freze și cauciucuri de șlefuit pentru titan.

De exemplu, în my Munca zilnica Folosesc instrumente de prelucrare de la Dentaurum (Fig. 11).

Parametri de procesare potriviți pentru titan:

– Viteză mică de rotație a vârfului – max. 15.000 rpm.

– Presiune scăzută asupra unealtă

– Prelucrare periodică.

– Procesarea cadrelor într-o singură direcție.

– Evitați colțurile ascuțite și suprapunerile metalice.

– La șlefuire și lustruire, utilizați numai abrazivi și paste de lustruit adecvate.

– Curățați periodic frezele cu un jet de abur și o perie din fibră de sticlă.

Sablare titan

Sablarea înainte de aplicarea stratului de lipire pentru acoperiri ceramice, precum și pentru placarea cu materiale compozite, trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

– Numai oxid de aluminiu pur, de unică folosință.

– Dimensiunea maximă a granulelor de nisip este de 150 µm, optim 110–125 µm.

– Presiunea maximă a creionului este de 2 bar.

– Direcția curgerii nisipului este în unghi drept față de suprafață.

După tratament, trebuie să lăsați obiectul tratat timp de 5-10 minute. pasiv, apoi curata suprafata cu abur.

Arderea cu oxid sau proceduri similare sunt complet excluse atunci când se lucrează cu titan. Utilizarea acizilor sau a gravării este, de asemenea, complet exclusă.

În a doua parte a articolului nostru, care va fi publicat într-unul dintre numerele viitoare, vom lua în considerare aspectele din titan - furnire ceramice, fațete cu materiale compozite, posibilitatea de fabricare a protezelor cu închizătoare și combinate din titan.

Informații importante:

· Titanul nu este un aliaj - este un element chimic pur, un metal;

· Numărul de serie în sistemul periodic este 22;

· Titanul are capacitatea, în timp ce se află în organism, de a rămâne inert mult timp;

· În tehnologia protezelor dentare, titanul pur este utilizat în patru gradații (de la T1 la T4);

· Duritate, în funcție de gradație, de la 140 la 250 de unități,

· CTE 9,6 x 10 (–6) K (–1);

Fațetele ceramice necesită ceramică specială;

· Punct de topire 1.668 °C, reactivitate mare;

Utilizarea instalațiilor speciale de turnătorie și a materialelor de investiții;

· Densitate 4,51 g/cm 3 ;

Densitatea de aproximativ patru ori mai mică și, prin urmare, greutatea, în raport cu aurul, oferă pacienților un confort sporit în timpul utilizării protezelor dentare;

Aliaje cobalt-crom

Aliajele Co-Cr au început să fie utilizate pentru prima dată în practica stomatologică în anii 30 și, de atunci, au înlocuit cu succes aliajele de tip IV care conțin aur în fabricarea cadrelor de proteză parțială, în primul rând datorită costului lor relativ scăzut, care este un factor semnificativ. factor în fabricarea unor piese turnate atât de mari

Compus

Aliajul conține cobalt (55 - 65%) și crom (până la 30%). Alte elemente principale de aliere sunt molibdenul (4 - 5%) și mai rar titanul (5%) (Tabelul 3.3.6). Cobaltul și cromul formează o soluție solidă cu un conținut de crom de până la 30%, care este limita de solubilitate a cromului în cobalt; excesul de crom formează o a doua fază fragilă.

În general, cu cât conținutul de crom este mai mare, cu atât aliajul este mai rezistent la coroziune. Prin urmare, producătorii încearcă să maximizeze cantitatea de crom fără a permite formarea unei a doua faze fragile. Molibdenul este introdus pentru a forma o structură cu granulație fină a materialului prin creare Mai mult centrele de cristalizare în timpul procesului de solidificare. Acest lucru are avantajul suplimentar că molibdenul, împreună cu fierul, oferă o întărire semnificativă a soluției solide. Cu toate acestea, boabele au dimensiuni destul de mari, deși limitele lor sunt foarte greu de determinat din cauza structurii dendritice aspre a aliajului.

Carbonul, prezent doar în cantități mici, este o componentă extrem de importantă a aliajului, deoarece modificările ușoare ale conținutului său cantitativ pot modifica semnificativ rezistența, duritatea și ductilitatea aliajului. Carbonul se poate combina cu orice alt element de aliere pentru a forma carburi. Un strat subțire de carburi în structură poate crește semnificativ rezistența și duritatea aliajului. Cu toate acestea, prea multe carburi pot duce la fragilitatea excesivă a aliajului. Acest lucru prezintă o problemă pentru tehnicianul dentar, care trebuie să se asigure că aliajul nu absoarbe cantități excesive de carbon în timpul topirii și turnării. Distributia carburilor depinde si de temperatura de turnare si de gradul de racire, deoarece monocristalele de carburi de-a lungul granițelor de cereale sunt mai bune decât stratul lor continuu din jurul bobului.

Proprietăți

Pentru tehnicianul dentar, lucrul cu aceste aliaje este mai dificil decât cu aliajele care conțin aur deoarece acestea trebuie încălzite la temperaturi foarte ridicate înainte de turnare. Temperatura de turnare a acestor aliaje este în intervalul 1500-1550°C, iar contracția de turnare asociată este de aproximativ 2%.

Această problemă a fost rezolvată în mare măsură odată cu apariția echipamentelor de turnare prin inducție și a materialelor de turnare refractare pe bază de fosfat.

Precizia turnării are de suferit la temperaturi atât de ridicate, ceea ce limitează foarte mult utilizarea acestor aliaje, în principal pentru fabricarea protezelor parțiale.

Aceste aliaje sunt greu de lustruit prin mijloace mecanice convenționale datorită durității lor ridicate. Pentru suprafețele interne ale protezelor dentare direct adiacente țesuturilor cavității bucale se folosește metoda de lustruire electrolitică pentru a nu reduce calitatea potrivirii protezei, dar suprafețele exterioare trebuie lustruite mecanic. Avantajul acestei metode este că suprafața lustruită curat durează mai mult, ceea ce reprezintă un avantaj semnificativ pentru protezele detașabile.

Lipsa ductilității, exacerbată de incluziunile de carbon, este o problemă specială, în special pentru că aceste aliaje sunt predispuse la porozitate în timpul turnării. Atunci când sunt combinate, aceste neajunsuri pot duce la defecțiuni ale clemei. proteze dentare amovibile.

Cu toate acestea, există mai multe proprietăți ale acestor aliaje care le fac aproape ideale pentru realizarea cadrelor de proteză parțială. Modulul elastic al unui aliaj Co-Cr este de obicei de 250 GPa, în timp ce pentru aliajele discutate mai devreme această cifră este în intervalul 70 - 100 GPa. Un astfel de modul de elasticitate ridicat are avantajul că proteza, și în special brațele de închidere, pot fi fabricate cu o secțiune transversală mai subțire, păstrând în același timp rigiditatea necesară.

Combinația acestui modul ridicat de elasticitate cu o densitate care este de aproximativ jumătate față de aliajele care conțin aur reduce semnificativ greutatea piesei turnate. Acesta este, fără îndoială, un mare avantaj pentru confortul pacientului. Adăugarea de crom produce aliaje rezistente la coroziune care sunt utilizate în multe implanturi, inclusiv articulațiile șoldului și genunchiului. Prin urmare, putem spune cu încredere că aceste aliaje au un grad ridicat de biocompatibilitate.

Unele aliaje conțin și nichel, care este adăugat de producători atunci când produc aliajul pentru a crește duritatea și a reduce duritatea. Cu toate acestea, nichelul este un alergen cunoscut, iar utilizarea lui poate provoca reacții alergice la nivelul mucoasei bucale.

Aliaje de titan

Interesul pentru titan din punctul de vedere al utilizării acestuia la fabricarea protezelor dentare mobile și fixe a apărut odată cu introducerea titanului.

Vy implanturi dentare. Titan are un număr de proprietăți unice, inclusiv rezistență ridicată la densitate scăzută și biocompatibilitate. De asemenea, s-a sugerat că dacă un alt metal decât titanul este folosit pentru a face coroane și punți susținute de implanturi de titan, poate rezulta un efect galvanic.

Descoperirea elementului titan este asociată cu numele reverendului William Gregor în 1790, dar prima probă de titan pur a fost obținută abia în 1910. Titanul pur este obținut din minereu de titan (cum ar fi rutilul) în prezența carbonului sau a clorului. TiCl4 obținut ca urmare a încălzirii este redus de sodiu topit pentru a forma un burete de titan, care este apoi topit sub vid sau argon pentru a produce o țagla de metal (lingoț).

Compus

Din punct de vedere clinic, două forme de titan prezintă cel mai mare interes. Este o formă pură din punct de vedere tehnic de titan și un aliaj de titan - 6% aluminiu - 4% vanadiu.

Titan pur tehnic

Titan- un metal predispus la transformări alotrope sau polimorfe, cu o structură hexagonală compactă (a) la temperaturi scăzute și o structură bcc (P) la temperaturi peste 882C. Titanul pur este de fapt un aliaj de titan cu oxigen (până la 0,5%). Oxigenul este în soluție, deci metalul este singura fază cristalină. Elemente precum oxigenul, azotul și carbonul au o solubilitate mai mare în structura hexagonală compactă a fazei a decât în ​​structura cubică a fazei trifaze. Aceste elemente formează soluții solide intermediare cu titan și contribuie la stabilizarea fazei a. Elemente precum molibdenul, niobiul și vanadiul acționează ca stabilizatori P.

Aliaj de titan - 6% aluminiu - 4% vanadiu

Când aluminiul și vanadiul sunt adăugate la titan în cantități mici, rezistența aliajului devine mai mare decât cea a titanului pur Ti. Se crede că aluminiul este un α-stabilizator, iar vanadiul acționează ca un B-stabilizator. Când sunt adăugate la titan, temperatura la care are loc tranziția rx-P este scăzută atât de mult încât ambele forme pot exista la temperatura camerei. Astfel, Ti - 6% Al - 4% V are o structură în două faze de a- și 3-granule.

Proprietăți

Titanul pur este un metal alb, strălucitor, care are densitate scăzută, rezistență ridicată și rezistență la coroziune. Este ductil și este un element de aliere pentru multe alte metale. Aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în industria aviației și în domeniul militar datorită putere mare rezistența la tracțiune (-500 MPa) și capacitatea de a rezista la temperaturi ridicate. Modulul elastic al titanului pur de grad tehnic T este egal cu PO GPa, adică. jumătate din modulul de elasticitate al oțelului inoxidabil și al aliajului cobalt-crom.

Proprietățile de tracțiune ale titanului pur Tex.4.Ti sunt foarte dependente de conținutul de oxigen și, deși rezistența la tracțiune, indicele de deformare permanentă și duritatea cresc odată cu creșterea concentrației de oxigen, toate acestea se produc în detrimentul unei scăderi a ductilității metalului. .

Prin aliarea titanului cu aluminiu și vanadiu, este posibil să se obțină o gamă largă de proprietăți mecanice ale aliajului, superioare proprietăților titanului tehnic pur de grad tehnic Tg. Astfel de aliaje de titan sunt un amestec de faze a și P, unde faza oc este relativ moale și plastică, iar faza P este din ce în ce mai dură, deși are o oarecare plasticitate. Astfel, prin modificarea proporțiilor relative ale fazelor se poate obține o mare varietate de proprietăți mecanice.

Aliajul Ti - 6% Al -4% V poate atinge o rezistență la tracțiune mai mare (-1030 MPa) decât titanul pur, ceea ce extinde gama de aplicații ale aliajului, inclusiv atunci când este expus la sarcini grele, de exemplu, la fabricarea parțială. proteza dentara .

O proprietate importantă a aliajelor de titan este rezistența la oboseală. Atât titan pur de calitate tehnică T1, cât și aliajul Ti - 6% Al - 4%V au o limită de oboseală clar definită, cu o curbă S - N (stres - număr de cicluri) care se nivelează după 10 - 10 cicluri de solicitare alternativă, valoarea din care este stabilit cu 40-50% sub rezistența la tracțiune. Astfel, tehnologia. h. Ti nu trebuie utilizat în cazurile în care este necesară rezistența la oboseală peste 175 MPa. Dimpotrivă, pentru aliajul Ti - 6% Al - 4% V, această cifră este de aproximativ 450 MPa.

După cum se știe, coroziunea metalului este cauza principală a distrugerii protezei, precum și apariția reacțiilor alergice la pacienții sub influența componentelor toxice eliberate. Titanul a devenit utilizat pe scară largă tocmai pentru că este unul dintre cele mai rezistente la coroziune metale. Aceste calități pot fi pe deplin atribuite aliajelor sale. Titanul are o reactivitate ridicată, care este în acest caz punct forte, deoarece oxidul format la suprafață (TiO2) este extrem de stabil și are un efect de pasivizare asupra restului metalului. Rezistența ridicată la coroziune a titanului în aplicații biologice a fost bine studiată și confirmată de multe studii.

Turnarea aliajelor de titan reprezintă o provocare tehnologică serioasă. Titanul are un punct de topire ridicat (~1670°C), ceea ce face dificilă compensarea contracției turnării în timpul răcirii. Datorită reactivității ridicate a metalului, turnarea trebuie efectuată sub vid sau într-un mediu inert, ceea ce necesită utilizarea unor echipamente speciale. O altă problemă este aceea că topitura tinde să reacţioneze cu matriţa refractară, formând un strat de calcar pe suprafaţa turnării, ceea ce reduce potrivirea protezei. La proiectarea protezelor (suprastructurilor) susținute pe implant, trebuie menținute toleranțe foarte strânse pentru a obține o potrivire bună la implant. În caz contrar, retenția implantului în os poate fi afectată. Porozitatea internă este, de asemenea, comună în turnările de titan. Prin urmare, pentru fabricarea protezelor din titan sunt utilizate și alte tehnologii, de exemplu, precum tehnologiile CAD/CAM în combinație cu rularea și metoda eroziunii prin scânteie.

Unele proprietăți ale aliajelor nu sunt metale nobile discutate mai sus sunt prezentate în Tabelul 3.3.7.

concluzii

În prezent, multe aliaje diferite sunt utilizate în stomatologie. Pentru a face o alegere rațională din varietatea existentă de aliaje cu conținut ridicat de aur sau alte tipuri de aliaje, medicul dentist, mai mult ca niciodată, trebuie să cunoască natura aliajelor, proprietățile lor fizice și mecanice.

Costul aliajului este o parte semnificativă din costul total al protezelor. Cu toate acestea, aliajele ieftine, de regulă, necesită costuri suplimentare pentru fabricarea protezelor și, în cele din urmă, costul mai mic al aliajului este adesea compensat de costul crescut de producere a protezei. De asemenea, este important de menționat că conținutul ridicat de aur din aliaj oferă o oportunitate excelentă pentru fabricarea de proteze dentare de înaltă calitate.

Semnificație clinică

Stomatologul, nu tehnicianul dentar, poartă întreaga responsabilitate pentru selectarea materialelor pentru fabricarea protezelor dentare.

Fundamentele științei materialelor dentare
Richard van Noort

480 de ruble. | 150 UAH | 7,5 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Disertație - 480 RUR, livrare 10 minute, non-stop, șapte zile pe săptămână și sărbători

240 de ruble. | 75 UAH | 3,75 USD ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Rezumat - 240 de ruble, livrare 1-3 ore, de la 10-19 (ora Moscovei), cu excepția zilei de duminică

Muşeev Ilya Urievici. Utilizarea aliajelor de titan în clinica de stomatologie ortopedică și implantologie (studiu clinic experimental): teză... Doctor în științe medicale: 14.00.21 / Musheev Ilya Urievich; [Locul de apărare: Instituția de Învățământ de Stat „Institutul de Studii Avansate al Agenției Federale Medicale și Biologice”] - Moscova, 2008. - 216 p.: ill.

Introducere

Capitolul 1. Revizuirea literaturii

1.1. Aliaje metalice utilizate la fabricarea protezelor dentare 12

1.2. Utilizarea implanturilor în reabilitarea ortopedică a pacienților cu defecte de dentiție 25

1.3. Titanul și aliajele sale: proprietăți și aplicații 31

1.4. Reacții clinice toxico-chimice și alergice la utilizarea aliajelor dentare 41

1.5. Teoria proceselor de coroziune 53

Capitolul 2. Material şi metode de cercetare

2.1. Metode de studiere a compoziției, structurii și caracteristicilor fizice și mecanice ale aliajelor dentare 75

2.2.1. Studiul proprietăților mecanice prin nanodentație 75

2.1.2. Studii tribologice ale rezistenței la uzură a aliajelor 77

2.1.3. Metode pentru compararea titanului turnat și măcinat 79

2.1.4. Metodologie pentru studierea compoziției, structurii și proprietăților fizice și mecanice ale unui aliaj după topire 80

2.2. Metode de studiere a parametrilor electrochimici ai aliajelor dentare 83

2.2.1. Măsurarea potențialelor electrozilor de bază ale aliajelor dentare 83

2.2.2. Tratamentul termic al aliajelor dentare în timpul studiilor electrochimice 85

2.2.3. Măsurarea EMF și a densității de curent a perechilor de contact ale aliajelor dentare 86

2.2.4. Studiul efectului reînnoirii suprafeței aliajului dentar 87

2.2.5. Studiul influenței caracteristicilor mediului coroziv și a sarcinii asupra potențialelor electrice ale aliajului 87

2.2.6. Estimarea vitezei de coroziune în condiţiile de internare pe baza rezultatelor măsurării curenților perechilor de contacte 91

2.3. Metode pentru studierea răspunsului celulelor stem mezenchimale umane la aliajele dentare 92

2.4. Caracteristicile materialului și metodelor clinice studii clinice 96

2.5. Prelucrarea statistică a rezultatelor cercetării 97

Capitolul 3. Rezultatele cercetării noastre

3.1. Studiu comparativ al proprietăților structurale, mecanice și tribologice ale aliajelor dentare98

3.1.1. Evaluarea comparativă a proprietăților mecanice ale aliajelor dentare 98

3.1.2. Studiu comparativ al rezistenței la uzură a aliajelor dentare 103

3.1.3. Studiu comparativ al structurii și proprietăților titanului frezat și turnat 114

3.1.4. Influența ciclării termice și a topirii asupra structurii aliajului... 120

3.2. Caracteristicile electrochimice comparative ale aliajelor dentare în diferite condiții de funcționare a protezelor 131

3.2.1. Cinetica stabilirii potentialelor electrice stationare ale aliajelor dentare 131

3.2.2. Caracteristicile electrochimice ale aliajelor după tratament termic la aplicarea acoperirilor ceramice 141

3.2.3. Influența pH-ului, temperaturii și aerării unui mediu corosiv asupra comportării electrochimice a aliajelor dentare 146

3.2.4. Influența sarcinii dinamice ciclice asupra comportamentului la coroziune a aliajului de titan 166

3.3. Interacțiunea electrochimică a aliajelor dentare cu implanturile dentare 181

3.3.1. Caracteristicile electrochimice ale perechilor de contact „cadru implant-proteză din titan” 181

3.3.1.1. Măsurarea EMF și a curenților perechilor de contacte 181

3.3.1.2. Măsurarea impulsurilor potențiale și curenti de contact la actualizarea suprafeței elementelor perechilor de contact și studierea cineticii repasivării suprafeței reînnoite la utilizarea implanturilor de titan 183

3.3.2. Caracteristicile electrochimice ale perechilor de contact „cadru implant nichel-titan-proteză” 190

3.3.2.1. Măsurarea EMF și a curenților perechilor de contacte 190

3.3.2.2. Măsurarea curenților de impuls la reînnoirea suprafeței elementelor perechilor de contact și studierea cineticii repasivării suprafeței reînnoite la utilizarea implanturilor de nichel-titan 194

3.4. Evaluarea experimentală a proliferării celulelor stem mezenchimale umane pe aliaje metalice 206

3.4.1. Evaluarea citotoxicității probelor folosind testul MTT 206

3.4.2. Studiul influenței probelor studiate asupra eficienței proliferării MSC 207

3.5. Evaluarea clinică a structurilor ortopedice pe cadre metalice 211

Capitolul 4. Discutarea rezultatelor cercetării 222

Referințele 242

Introducere în lucrare

Relevanța cercetării.În ortopedie modernă

În stomatologie, aliajele metalice sunt utilizate pe scară largă ca rame solide pentru protezele dentare fixe și amovibile. În Rusia, aliajele cobalt-crom și nichel-crom sunt comune ca materiale structurale metalice; utilizarea aliajelor care conțin aur este nesemnificativă. Aliajele de titan bioinerte sunt folosite mult mai rar, deoarece turnarea titanului necesită echipamente speciale; Experiența clinică și tehnologică cu aliajele de titan este insuficientă.

Între timp, proprietățile excelente de biocompatibilitate ale titanului, ușurința și rezistența structurilor de titan sunt bine cunoscute; Este posibil să furnizezi rame de titan cu ceramică. Cererea de aliaje care conțin titan pentru proteze dentare crește în paralel cu creșterea ratei de utilizare a implanturilor dentare, care sunt fabricate în mare parte din titan.

Recent, pe lângă turnare, a devenit posibilă frezarea titanului folosind echipamente CAD/CAM după scanarea modelului și modelarea virtuală a protezei. Există informații insuficiente în literatura de specialitate cu privire la eficacitatea clinică a tehnologiei CAD/CAM în comparație cu turnarea de titan.

Funcționarea protezelor dentare din aliaje metalice este asociată cu
posibile procese de coroziune electrochimică, deoarece
saliva are proprietăți electrolitice.
În ceea ce privește titanul, aceste procese au fost puțin studiate. a lua legatura
interacțiunea electrochimică a implanturilor dentare de titan cu
alte aliaje dentare au fost analizate în

puţine studii folosind tehnici standard. Recent, au apărut noi oportunități și abordări metodologice în evaluarea rezistenței anticorozive a aliajelor metalice,

de exemplu, în studiile tribologice de rezistență la uzură; măsurarea parametrilor electrochimici în timpul reînnoirii suprafeței, la modificarea caracteristicilor salivei artificiale, în timpul ciclării termice și, în special, a încărcării dinamice a structurilor metalice. A devenit posibil să se studieze reacția culturilor de celule umane la diferite aliaje dentare.

De mare interes este un aliaj de titan cu efect de refacere a formei - nicheliură de titan, din care se pot realiza proteze și implanturi fixe și detașabile. Proprietățile sale în raport cu scopurile stomatologiei ortopedice și implantologiei nu au fost pe deplin studiate, mai ales sub aspect comparativ. Din punct de vedere al electrochimiei, nu a existat nicio justificare pentru alegerea aliajelor optime pentru protezele dentare susținute pe implanturi din nicheliură de titan cu efect de refacere a formei.

Scopul studiului: justificarea clinică și de laborator pentru utilizarea aliajelor de titan și a tehnologiilor de prelucrare a acestora în clinica de stomatologie ortopedică și implantologie.

Obiectivele cercetării:

Comparați proprietățile fizice, mecanice și tribologice (rezistența la uzură) ale aliajelor dentare și ale aliajelor de titan.

Pentru a compara compoziția, structura și proprietățile unui aliaj de titan pentru frezarea protezelor folosind tehnologia CAD/CAM și titanul turnat, precum și proprietățile aliajelor după retopire.

Pentru a identifica efectul aliajelor dentare asupra caracteristicilor proliferative ale culturii de celule stem mezenchimale umane.

Să studieze în condiții de laborator indicatorii de rezistență la coroziune ai turnării solide și proteze metalo-ceramice când se folosesc aliaje dentare comune și aliaje de titan.

Pentru a stabili caracteristicile electrochimice ale utilizării implanturilor din titan și nicheliură de titan, inclusiv atunci când suprafața protezelor și a implanturilor este deteriorată (reînnoită) în timpul funcționării acestora.

Să stabilească diferențe în comportamentul electrochimic al aliajelor dentare cu modificări experimentale ale caracteristicilor mediului electro-coroziv (pH, grad de aerare).

Pentru a studia efectul încărcării dinamice a protezelor și implanturilor din titan asupra performanței lor electrochimice.

Efectuează un subiectiv și evaluare obiectivă structuri protetice realizate din diferite aliaje dentare, inclusiv cele pe implanturi si fabricate folosind tehnologia CAD/CAM, pe termen lung dupa terminarea tratamentului ortopedic.

Științific noutate cercetare. Pentru prima dată folosind metoda

nanoindentarea, principalele proprietăți mecanice ale aliajelor dentare comune, aliajelor de titan și nicheliură de titan au fost studiate în condiții experimentale similare: duritate, modul elastic, procent de deformare recuperabilă. În același timp, au fost efectuate pentru prima dată studii tribologice ale aliajelor dentare, inclusiv ale celor care conțin titan; S-a făcut o comparație între rezistența lor la uzură și natura distrugerii aliajelor conform datelor de microfotografie.

Pentru prima dată, a fost efectuată o comparație a compoziției, structurii, caracteristicilor fizice și mecanice ale semifabricatelor standard de titan pentru turnare și frezare (folosind tehnologia CAD/CAM) utilizând analiză metalografică, structurală cu raze X și măsurarea nanoindentării. Pentru prima dată, utilizând analiza locală de dispersie a energiei și determinarea semi-cantitativă a compoziției chimice, metalografie și analiza fazei structurale cu raze X, a fost dezvăluit efectul retopirii repetate a unui aliaj dentar asupra proprietăților acestuia.

Pentru prima dată, electropotențialele ale aliajelor de titan și nicheliură de titan au fost studiate în dinamică în comparație cu aliajele dentare de bază și nobile din saliva artificială, inclusiv după ciclul termic al acestora în timpul furnizării ceramice a protezelor dentare. Pentru prima dată, a fost stabilită o modificare a potențialelor electrice ale aliajelor cu modificări ale parametrilor (pH, aerare) ai salivei artificiale și cu încărcarea dinamică a structurilor metalice.

Pentru prima dată, performanța electrochimică a perechilor de contact „cadru proteză - implant de susținere” a fost studiată în comparație atunci când se utilizează implanturi de nichel-titan și titan și aliaje structurale de bază pentru proteze dentare. Pentru prima dată, au fost efectuate calcule ale pierderilor de coroziune în cazul deteriorării suprafeței implanturilor de titan și oxid de nichel, precum și a cadrelor metalice ale protezelor dentare fixate pe acestea.

Pentru prima dată, toxicitatea aliajelor dentare a fost studiată în cultura celulelor stem mezenchimale umane în ceea ce privește proliferarea celulară, aderența și viabilitatea.

Pentru prima dată, a fost efectuată o comparație clinică a manifestărilor de coroziune ale protezelor din aliaje neprețioase, titan turnat și frezat folosind tehnologia CAD/CAM.

Semnificația practică a studiului.

A fost stabilită identitatea compoziției, structurii și proprietăților fizice și mecanice de bază ale semifabricatelor de titan certificate pentru turnarea și frezarea protezelor folosind tehnologia CAD/CAM; Au fost identificate anumite defecte metalurgice ale semifabricatelor standard de titan. Folosind exemplul unui aliaj dentar de bază, s-a confirmat efectul negativ al retopirii repetate asupra structurii și proprietăților sale fizice și mecanice în timp ce se menține compoziția.

Sunt date principalele caracteristici fizice și mecanice

aliaje dentare, aliaje de titan și nicheliură de titan

rezultatele testelor pe banc identice. Sunt prezentate diferențe importante din punct de vedere clinic în gradul și natura uzurii aliajelor dentare studiate. O proprietate importantă a nichelidei de titan pentru implantologie a fost confirmată - valoarea ridicată a recuperării elastice la încărcare.

Din punct de vedere al electrochimiei, avantajele și dezavantajele diferitelor aliaje dentare (inclusiv care conțin titan) sunt prezentate în diferite condiții de funcționare: în prezența protezelor solid-turnate sau metalo-ceramice, inclusiv cele bazate pe implanturi de titan sau nichel-titan. , și când suprafața lor este deteriorată. S-a demonstrat că fezabilitatea protezelor metalo-ceramice cu căptușeală completă de cadre metalice reduce riscul de a dezvolta reacții electrochimice în cavitatea bucală și reduce durata de viață a protezelor dentare.

A fost demonstrată indiferența tuturor aliajelor dentare față de cultura celulară a țesutului mezenchimal uman, precum și anumite diferențe în reacția celulelor stem mezenchimale.

Sunt date statistici privind scăderea proprietăților funcționale și estetice ale protezelor dentare pe bază de rame metalice din diverse aliaje dentare, precum și complicațiile toxice și chimice. Eficacitatea utilizării protezelor pe cadre din titan turnate și frezate la înlocuirea defectelor de dentiție și la utilizarea implanturilor de titan a fost dovedită clinic.

Dispoziții de bază depuse spre apărare.

1. Din punct de vedere al electrochimiei și al prevenirii efectelor toxico-chimice asupra țesuturilor bucale, cele mai optime pentru protezarea pe implanturi de titan și nichel-titan sunt protezele fixe cu căptușeală integrală din ceramică pe rame din orice aliaj dentar; producerea de proteze solide necăptusite pe implanturi de titan este recomandabilă când

utilizarea de titan și aliaje care conțin aur, iar pe implanturi de nichel-titan - aliaje de nichel-titan sau crom-colbalt.

Factorii care reduc rezistența la coroziune a aliajelor dentare sunt modificările pH-ului și dezaerarea salivei, rezistența scăzută la uzură și deteriorarea integrității suprafeței protezei în timpul funcționării acesteia, precum și retopirea aliajului.

Încărcarea funcțională a protezelor și implanturilor metalice determină fluctuații semnificative ale parametrilor electrochimici ai aliajelor dentare, ca urmare a întreruperii continuității filmelor de oxid de suprafață.

Compoziția și proprietățile aliajelor de titan pentru turnare și frezare sunt similare; protezele din titan fabricate folosind tehnologia CAD/CAM au avantaje tehnologice și clinice.

Aliajele dentare comune, aliajele de titan și nichelida de titan nu au efecte toxice asupra celulelor stem mezenchimale umane.

Potrivit clinicii, manifestările toxico-chimice obiective și subiective la utilizarea aliajelor dentare neprețioase sunt mai frecvente în comparație cu aliajele care conțin titan; prezența implanturilor de titan ca suport pentru proteze nu duce la manifestări clinice de coroziune de contact dacă se respectă o igienă orală atentă.

Aprobarea rezultatelor cercetării. Rezultatele studiului au fost raportate la Conferința All-Russian „Aliajele cu memorie de formă superelastică în stomatologie”, I Congresul All-Russian „Implantare dentară” (Moscova, 2001); la Congresul I al Conferinţei Europene privind

probleme de implantologie dentară (Lvov, 2002); la a VIII-a Conferință științifică panrusă și a VII-a Congres al StAR al Rusiei (Moscova, 2002); la cel de-al 5-lea forum științific rus „Stomatologie - 2003” (Moscova, 2003); la Conferința Internațională „Aspecte moderne ale reabilitării în medicină” (Erevan, 2003); la Forumul științific al VI-lea rus „Stomatologie 2004”, (Moscova); la Conferința internațională privind materialele medicale cu memorie de formă și noile tehnologii în medicină (Tomsk, 2007); la Conferința științifico-practică dedicată împlinirii a 35 de ani de la formarea Centrului de Tratament Medical Nr. 119 (Moscova, 2008); la V All-Rusian conferinta stiintific-practica„Educație, știință și practică în stomatologie” pe tema „Implantologie în stomatologie” (Moscova, 2008); la o întâlnire a angajaților Departamentului de Stomatologie Clinică și Implantologie al Institutului de Studii Avansate al Agenției Federale Medicale și Biologice din Rusia (Moscova, 2008).

Implementarea rezultatelor cercetării. Rezultatele studiului au fost introduse în practica Centrului Clinic de Stomatologie al FMBA din Rusia, Institutul Central de Cercetare de Stomatologie și Chirurgie Maxilo-facială, Centrul Național Medical și Chirurgical, Clinica KARAT (Novokuznetsk) și TsSP- Clinica Lux (Moscova); în procesul educațional al Departamentului de Stomatologie Clinică și Implantologie al Institutului de Studii Avansate al Agenției Federale Medicale și Biologice din Rusia, al Departamentului de Medicină Dentară Generală cu un curs de tehnicieni dentari la MSMSU și al Laboratorului de Materiale Medicale de la MISiS.

Domeniul și structura disertației. Lucrarea este prezentată pe 265 de foi de text dactilografiat și constă dintr-o introducere, o trecere în revistă a literaturii de specialitate, trei capitole de cercetare proprie, concluzii, recomandări practice și un index al literaturii de specialitate. Teza este ilustrată cu 78 de figuri și 28 de tabele. Indicele literaturii include 251 de surse, dintre care 188 sunt interne și 63 sunt străine.

Aliaje metalice utilizate la fabricarea protezelor dentare

Există diferențe fundamentale în proprietățile chimice și fizice între cele două grupuri. Aceste diferențe trebuie luate în considerare în timpul lucrărilor dentare. Titanul pur ocupă o poziție dublă. Din punct de vedere chimic și din punct de vedere al prelucrărilor dentare, acesta, aparținând aliajelor de metale comune, are proprietăți mecanice care sunt mai caracteristice aliajelor de metale nobile.

Compoziția aliajelor care conțin aur include aur (39-98%), platină (până la 29%), paladiu (până la 33%), argint (până la 32%), cupru (până la 13%) și un mic cantitatea de elemente de aliere. Compoziția aliajelor de paladiu include (35-86%) paladiu, până la 40% argint, până la 14% cupru, până la 8% indiu etc. Aliajele care conțin argint conțin 36-60% argint, 20-40% paladiu , până la 18% cupru și etc.

Compoziția aliajelor de bază, în special aliajele cobalt-crom, include 33-75% cobalt, 20-32% crom, până la 10% molibden și alți aditivi. Aliajele nichel-crom conțin 58-82% nichel, 12-27% crom și până la 16% molibden. Nichelida de titan conține aproximativ părți egale de nichel și titan. Aliajele care conțin fier (oțeluri) conțin până la 72% fier, până la 18% crom, până la 8% nichel, până la 2% carbon. Aliajele de titan conțin cel puțin 90% titan, până la 6% aluminiu, până la 4% vanadiu și mai puțin de 1% fier, oxigen și azot.

Aproape toate aliajele de cobalt conțin impurități de nichel. Dar conținutul de nichel din ele ar trebui să fie la un nivel care să nu prezinte un pericol. Astfel, conținutul de nichel din proteza cu fermoar, care este realizată din aliaj cobalt-crom de înaltă calitate, corespunde aproximativ cu cantitatea de nichel consumată zilnic în alimente.

În prezent, aliajele de cobalt-crom fără carbon sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea coroane metalo-ceramice si poduri, de exemplu, companiile occidentale produc: aliaj KRUPP - Bondi-Loy, BEGO - Wirobond, DENTAURUM - aliaj CD. In SUA, compania MINEOLA A.ROSENS ON INC produce aliajul Arobond. În Rusia, sunt produse aliaje similare „KH-DENT” și „Cellit-K”.

În prezent, aliajele nichel-crom sunt utilizate pe scară largă pentru prelucrarea metalo-ceramică, împreună cu aliajele cobalt-crom. Prototipul acestor aliaje a fost aliajul rezistent la căldură „NICHROM”-X20N80, care este utilizat în industrie pentru fabricarea elementelor de încălzire. Pentru o mai mare rigiditate, este aliat cu molibden sau niobiu, iar pentru a îmbunătăți calitățile de turnare - cu siliciu.

Cel mai popular dintre aceste aliaje este aliajul „Wiron 88” de la BEGO; aliaje similare sunt produse în Rusia: „Dental NSAvac”, „NH-DENT NSvac”, „Cellit-N”.

Titanul este elementul cel mai greu de obținut în formă absolut pură. Pe baza reactivității sale ridicate, leagă mai multe elemente, în primul rând oxigenul, azotul și fierul. Prin urmare, titanul pur (numit nealiat) este împărțit în diferite grupuri de purificare (de la categoria 1 la categoria 4). Datorită proprietăților mecanice, nu este întotdeauna recomandabil să se folosească metal de cea mai înaltă categorie. Impuritățile care conțin titan au proprietăți mecanice mai bune.

Dezvoltatorii de aliaje recomandă fabricarea anumitor structuri ortopedice din diferite aliaje dentare. Deci, pentru realizarea incrustațiilor, aurul este recomandat cu referința producătorului - „perfect potrivit”; cu referința „aplicație posibilă” sunt aliajele pe bază de paladiu, argint, cobalt, nichel și titan. Pentru fabricarea de coroane și punți cu căptușeală din plastic, aliajele de aur, paladiu, argint, cobalt, nichel și titan sunt „perfect potrivite”, iar cu căptușeală ceramică - aur, paladiu, cobalt, nichel, titan (este posibil să se utilizeze aliaje pe bază de argint). Pentru protezele dentare, aliajele pe bază de cobalt sunt „excelent” și „pot fi utilizate” aliajele pe bază de aur, paladiu, cobalt, nichel și titan. Potrivit producătorilor, implanturile sunt excelente pentru fabricarea din titan, dar poate dintr-un aliaj cobalt-crom. Se recomandă realizarea suprastructurilor marcate „excelent potrivit” din aur, paladiu, cobalt, nichel, titan. Autorul acestei lucrări de cercetare nu este de acord cu materialele care vor fi utilizate pentru implanturi și suprastructuri, deoarece consideră că este corect să se folosească principiul unui monometal (titan) în implantologie.

Pe lângă caracteristicile fizice și mecanice, atunci când alegeți un aliaj, compatibilitatea sa biologică este importantă. Criteriul de referință pentru siguranța biologică este comportamentul coroziv al unui material. În aliajele de metale nobile, conținutul de metale nobile în sine (aur, platină, paladiu și argint) ar trebui să fie cât mai mare posibil. Atunci când se ia în considerare comportamentul la coroziune a aliajelor de metale de bază (aliaje de cobalt-crom și nichel-crom), trebuie luat în considerare conținutul de crom. Conținutul de crom trebuie să fie peste 20% pentru a asigura o stabilitate suficientă în mediul oral. Conținuturi mai mici de 20 (15%) pot cauza eliberare mare de ioni. Este bine cunoscut faptul că există diferențe între funcțiile biologice ale unui metal. Acestea sunt așa-numitele elemente esențiale, elemente neesențiale și metale toxice. Elementele din primul grup sunt necesare pentru funcționarea corpului uman. Astfel de elemente sunt componente ale enzimelor, vitaminelor (ex. cobaltul pentru vitamina B12) sau alte molecule importante (ex. fierul din hemoglobina pentru transportul oxigenului). Elementele neesențiale nu dăunează organismului, dar organismul nu are nevoie de ele. Ultimul grup este reprezentat de elementele periculoase pentru organism. Astfel de metale nu trebuie utilizate în aliajele dentare.

Reacții clinice toxico-chimice și alergice la utilizarea aliajelor dentare

Relevanța problemei reacțiilor toxic-chimice și alergice la utilizarea aliajelor dentare nu dispare.

Deci Dartsch R.S., Drysch K., Froboess D. au studiat toxicitatea prafului industrial într-un laborator dentar, în special, care conține aliaje de aliaje dentare nobile și neprețioase. Studiul a folosit culturi de celule L-929 (fibroblaste de șoarece) pentru a determina numărul de celule vii și a calcula rata de creștere a celulelor în prezența prafului metalic timp de trei zile. În acest caz, au fost modelate trei opțiuni de expunere: când praful intră în gură (o soluție de salivă sintetică conform EN ISO 10271 - pH 2,3), când vine în contact cu pielea mâinilor (o soluție acidă de sudoare sintetică). conform EN ISO 105-E04 - pH 5,5), atunci când este expus la soluții de detergent pentru spălarea mâinilor (soluție acidă de sudoare sintetică conform EN ISO 105-E04 - pH 5,5) în combinație cu aditivi antibiotici (Penicilină/Streptomicina).

În timp ce pentru cultura de celule de control rata de creștere a fost de 1,3 dublări ale populației (adică fiecare celulă a coloniei împărțită în două de aproximativ 1,3 ori pe zi), nivelul de scădere a ratei de creștere a celulelor cu extracte de probă depindea de gradul de diluție. . Proba colectată direct la locul de muncă al tehnicianului, care conține praf de metale nobile și de bază, are toxicitatea maximă. Aceasta înseamnă că prelucrarea aliajelor în producția de cermet este asociată cu riscuri evidente pentru sănătate. Acest lucru se aplică pe deplin unei probe prelevate din sistemul central de ventilație al laboratorului.

Intoleranța la materialele dentare structurale se bazează pe particularitățile reacției organismului la compoziția lor; Au fost propuse diferite metode pentru a diagnostica aceste afecțiuni. Tsimbalistov A.V., Trifonov B.V., Mikhailova E.S., Lobanovskaya A.A. lista: analiza pH-ului salivar, studiul compozitiei si parametrilor salivei, analiza sangelui, utilizarea metodei de diagnosticare a acupuncturii conform R. Voll, diagnosticarea punctuala continua, masurarea indicelui de reactivitate bioelectromagnetica a tesuturilor, testele de expunere si provocatoare, leucopenica si teste trombopenice, teste epicutanate, metode de cercetare imunologică . Autorii au dezvoltat teste intraorale de alergie epimucoase, care evaluează starea microvasculaturii folosind biomicroscopie de contact folosind un microscop MLK-1. Pentru a procesa caracteristicile calitative și cantitative ale microcirculației, microscopul este completat cu o cameră video analogică color și un computer personal.

Marenkova M.L., Zholudev S.E., Novikova V.P. a efectuat un studiu al nivelului de citokine din lichidul oral la 30 de pacienți cu proteze dentare și manifestări de intoleranță la acestea. A fost utilizat un test imunosorbent legat de enzime cu seturile adecvate de reactivi de la JSC Vector-Best. S-a stabilit o creștere a conținutului de citokine proinflamatorii din salivă la pacienții cu simptome de intoleranță la proteze, activarea răspunsului imun celular fără activarea autoimunizării și procesele alergice. Astfel, la persoanele cu intoleranță la proteze dentare se detectează un proces inflamator nespecific și modificări distructive ale mucoasei bucale.

Oleshko V.P., Zholudev S.E., Bankov V.I. a propus un complex de diagnostic „SEDC” pentru a determina toleranța individuală a materialelor structurale. Mecanism fiziologic diagnosticul se bazează pe analiza modificărilor parametrilor câmpurilor electromagnetice de joasă frecvență cu pulsații slabe, modulate complex, care sunt cele mai adecvate unui organism viu. O caracteristică specială a complexului este procesarea semnalului de răspuns de la senzor la frecvențe purtătoare de la 104 Hz la 106 Hz. Semnalul de răspuns de la senzor conține întotdeauna informații despre microcirculație și metabolism în țesut la nivel celular. Proba de testat de material dentar este plasată între buzele pacientului, ceea ce determină o microreacție chimică și o modificare a compoziției chimice a mediului de la interfață. Apariția componentelor care sunt inadecvate compoziției chimice a mediului oral irită receptorii mucoasei buzelor, ceea ce se reflectă în citirile dispozitivului. In plus, aparatul are 2 ghidaje de lumina; În starea inițială, ghidajul de lumină este aprins, corespunzător absenței proceselor galvanice.

Lebedev K.A., Maksimovsky Yu.M., Sagan N.N., Mitronin A.V. descrie principiile determinării curenților galvanici în cavitatea bucală și rațiunea lor clinică. Autorii au examinat 684 de pacienți cu diverse incluziuni metalice în cavitatea bucală și semne de galvanism în comparație cu 112 indivizi cu proteze dentare și fără semne de galvanism; grupul de control de 27 de persoane nu a avut incluziuni metalice. Diferența de potențial în cavitatea bucală a fost măsurată cu un voltmetru digital APRA-107.

Metode de studiere a compoziției, structurii și caracteristicilor fizice și mecanice ale aliajelor dentare

Indentarea continuă a aliajelor pentru studiul proprietăților mecanice a fost efectuată pe un dispozitiv automat de testare a nanodurității (CSM Instr.) la sarcini de 5 și 10 mN în aer cu un indentor de diamant Vickers (Fig. 1). La sarcini atât de mici, metoda poate fi considerată nedistructivă la scară macro, deoarece adâncimea de penetrare a indentorului nu a depășit 0,5 μm, ceea ce a făcut posibilă efectuarea de teste de rezistență la uzură pe aceleași probe. Avantajul metodei de nanoindentare este că analiza unei serii de curbe experimentale „încărcare-descărcare” permite cuantificarea proprietăților mecanice atât ale materialelor relativ moi, cât și ale materialelor superdure (mai mult de 40 GPa), folosind o probă de geometrie simplă cu un suprafață plană de câțiva mm2. Calculele durității și modulului de elasticitate au fost efectuate folosind metoda Oliver-Pharr folosind programul de calcul și control „Indentation 3.0”. Pe baza datelor experimentale, recuperarea elastică a materialului a fost calculată și ca raportul dintre deformarea elastică și totalul R=(hm-hf)/hm-100%, unde hm este cea mai mare adâncime de imersie, hf este adâncimea de indentare după îndepărtare. încărcătura. Fiecare valoare a fost mediată pe 6-12 măsurători.

Vedere generală a instalării Nano-Hardness Tester. Proba studiată este așezată pe scenă, apoi se coboară pe suprafața probei un inel de safir, care rămâne în contact cu materialul studiat în timpul ciclului de încărcare și descărcare (Fig. 2). Sarcina normală este aplicată cu ajutorul unui electromagnet și transmisă la indentor printr-o tijă verticală. Mișcarea tijei în raport cu poziția inelului este măsurată de un senzor capacitiv, care este conectat la computer printr-o placă de interfață.

Schema de testare a nanoindentației Ciclul de încărcare-descărcare are loc la o anumită viteză și rezistență. Datele rezultate sunt prezentate sub forma unui grafic al sarcinii în funcție de adâncimea indentării (Fig. 3).

Pentru a calibra un tester de nanoduritate, testele sunt efectuate mai întâi pe o probă standard și abia apoi pe materialul studiat. Cuarțul topit cu duritatea cunoscută și modulul Young (E = 72 GPa, H = 9,5 GPa) este luat ca probă standard.

Studii tribologice ale rezistenței la uzură a aliajelor.

Testele de rezistență la uzură folosind schema „tijă-disc” au fost efectuate pe o instalație automată „Tribometru” (CSM Instr.) (în soluție biologică (Fig. 4, 5, Tabel 2). Această schemă permite aducerea cercetărilor de laborator mai aproape de interacțiunea reală a unui produs turnat cu smalțul dentar.Contracorpul fix a fost o bilă certificată cu diametrul de 3 mm din oxid de aluminiu (modulul Young E = 340 GPa, raportul Poisson 0,26, duritate 19 GPa).Oxidul de aluminiu a fost ales ca material nemetalic, neconductor, asemănător ca structură cu smalțul dinților, a cărui duritate depășește duritatea aliajelor studiate.Mingea a fost fixată cu un suport din oțel inoxidabil, care a transferat o sarcină dată bilei. și a fost conectat la un senzor de forță de frecare.Zona de contact a fost situată în interiorul unei cuve umplute cu o soluție biologică.

Un studiu tribologic cuprinzător a inclus înregistrarea continuă a coeficientului de frecare (cof) în timpul testului staționar al discului rotativ al tijei pe un Tribometru automat (CSM Instr.), precum și examinarea fractografică a canelurii de uzură (inclusiv măsurătorile profilului canelurii) și a uzurii. cicatrici pe contracorp, pe baza rezultatelor cărora s-a calculat uzura probei și a contracorpului. Structura canelurilor de uzură (pe discuri) și diametrul petelor de uzură (pe bile) au fost studiate folosind un microscop optic AXIOVERT CA25 (Karl Zeiss) la mărire x (100-500) și un stereomicroscop MBS-10 (LZOS) la x mărire (10-58 ).

Măsurătorile secțiunii verticale a șanțurilor au fost efectuate în 2-4 puncte diametral și ortogonal opuse pe un profilometru Alpha-Step200 (Tensor Instr.) la o sarcină de 17 mg și valoarea medie a ariei secțiunii transversale și adâncimii de s-a determinat canelura de uzura. O evaluare cantitativă a uzurii probei și a contracorpului a fost efectuată după cum urmează. Uzura bilei a fost calculată folosind următoarea formulă: V = 7i h2(r l/3h), unde I = r-(-[(W]2)1/2, d este diametrul punctului de uzură, r este raza bila, h este înălțimea segmentului.Uzura probei a fost calculată folosind formula: V= S% unde / este circumferința, 5 este aria secțiunii transversale a canelurii de uzură.Rezultatele testului și observațiile fractografice au fost prelucrate cu ajutorul programului informatic InsrtumX pentru Tribometru, CSM Instr.

Metode de comparare a titanului turnat și măcinat.

S-a făcut o comparație între structura și proprietățile semifabricatelor standard pentru frezarea cadrelor protetice din titan folosind tehnologia CAD/CAM și titanul produs prin turnare.

Analiza macro și microstructurii probelor de aliaj de titan sub formă de plăci de 2-3 mm grosime a fost efectuată folosind metode moderne Fotografie digitală macro și micro MBS-10 (LZOS) și AXIOVERT25CA (Karl Zeiss). Studiile au fost efectuate pe secțiuni lustruite, care, pentru a dezvălui micro și macrostructura, au fost tratate cu un agent de gravare din compoziția 2%HF + 2%NZh)z + apă distilată (reziduală).

Proprietățile mecanice (duritate și modulul Young) au fost evaluate prin metoda Oliver-Pharr folosind măsurători de nanoindentație (ISO 14577) efectuate pe un tester de duritate de precizie NanoHardnessTester (CSM Instr.) la sarcini de 10 și 20 mN folosind un indentor diamant Berkovich. Pe baza datelor experimentale, recuperarea elastică a materialului R a fost calculată și ca raport dintre deformarea elastică și totalul R-(hm-hf)/hm-100%, unde hm este cea mai mare adâncime de imersie a indentorului, h/ este adâncimea adânciturii după îndepărtarea sarcinii. Rezultatele calculului au fost mediate pe 6-12 măsurători folosind metoda analizei varianței.

Caracteristicile electrochimice ale perechilor de contact „cadru implant-proteză din titan”

Curbele experimentale tipice care reflectă rezistența aliajelor la pătrunderea unui indentor de diamant cu o creștere (ramură superioară) și scădere (ramură inferioară) a sarcinii aplicate YumN sunt prezentate în Figura 11, iar rezultatele calculării proprietăților mecanice ale aliajelor. sunt prezentate în tabelul 6.

Duritatea aliajelor dentare conform rezultatelor nanoindentării se află în intervalul 2,6 - 8,2 GPa (Fig. 12, Tabelul 6). Proprietățile cele mai apropiate de smalțul dinților (conform datelor din literatură Н = 3,5-4,5 GPa) sunt aliajele care conțin titan, inclusiv nicheliură de titan (4,2-5,2 GPa), precum și un aliaj pe bază de Nichel Cellite N.

Duritatea aliajelor de zirconiu și aur-platină este de aproape 2 ori mai mică (până la 2,6 GPa), iar duritatea aliajelor de cobalt-crom și a aliajului de nichel-crom Remanium 2000 este aproape de două ori mai mare (până la 8,2 GPa).

Modulul de elasticitate al smalțului dentar este de aproximativ 100 GPa; pentru aliajele dentare acesta variază între 65,9 și 232,2 GPa. Zirconiul are proprietăți similare, puțin mai mari pentru titanul aliat și aliajul aur-platină. Toate celelalte aliaje, cu excepția nichelidei de titan, au un modul elastic mai mare.

După cum se știe, pentru os este mult mai mică și se ridică la E = 10 -g 40 GPa.

Judecând după valoarea foarte scăzută a lui E (65,9 ± 2,5 GPa), aliajul de nicheliură de titan în condiții de testare se află în apropierea domeniului de transformare martensitică într-o stare structurală specială, care se caracterizează prin

Aliajele rămase prezintă valori de recuperare elastică de 10-20% caracteristice metalelor. Un ușor exces de acest nivel pentru aliajele de cobalt-crom, aliajul de titan aliat și nichel-crom Remanium 2000 și valori crescute ale modulului elastic pot fi asociate cu formarea de faze intermetalice (ordonare), textura sau câmpuri reziduale de tensiuni interne după turnare sau laminare.

Astfel, parametrii fizici și mecanici de bază ai aliajelor de titan ocupă o poziție medie între aliajele dentare comune ale altor compoziții. Aliajul de nicheliură de titan prezintă interes datorită valorii sale de recuperare elastică deosebit de ridicată. Datele de nanoindentație ale aliajelor sunt importante pentru selectarea materialelor structurale pentru proteze și implanturi.

Cercetarea tribologică cuprinzătoare și fractografia canelurilor de uzură au stat la baza rezistenței la uzură a aliajelor dentare. Măsurătorile modulului elastic au făcut posibilă estimarea tensiunii Hertz în perechea de frecare.

Figura 14 prezintă valorile calculate ale presiunii care apare atunci când o probă plată din aliajul studiat intră în contact cu un indentor sferic cu diametrul de 3 mm realizat din oxid de aluminiu (denumirile aliajelor corespund compoziției lor în conform tabelului 1).

1 Pe baza valorilor tensiunilor de contact, se pot distinge 2 grupe de aliaje. Primul include aliaje de nichel- și cobalt-crom, care se caracterizează prin valori de 1,36-1,57 GPa, ceea ce corespunde unui modul Young de 167-232 GPa. Toate aceste aliaje se caracterizează printr-o rezistență ridicată la uzură (6,75106 mm3/N/m), iar uzura pare să urmeze același mecanism.

Un alt grup cu valori ale tensiunii de contact (1,07-1,28) este format din aliajele de titan și zirconiu, care au prezentat o uzură semnificativă (3,245-10"4 mm3/N/m). În afara acestei clasificări se află aliajele de nichel-titan și aur-platină. , care formal pot fi clasificate în a doua grupă.Aceste aliaje au propriul mecanism de uzură.Probele de aliaje cobalt-crom, nichel-crom și aur-platină au trecut testul în condițiile specificate, pentru restul testul

După cum se poate observa din ilustrațiile din figurile 16-17 și tabelul 7, cea mai mică uzură (2,45-10" mm / N/m) se observă la aliajul aur-platină, precum și la aliajul cobalt-crom Remanium 2000 - 1,75-10-6 mm /N/m Cea mai mare uzură a fost prezentată de mostre de Rematitan și zirconiu -8,244-10-4 și, respectiv, 8,465-10"4 mm /N/m.

Când comparăm figurile 16-20, putem concluziona că există un mecanism special de uzură pentru aliajul de aur-platină și nicheliură de titan. Cel mai rezistent la uzură aliaj de aur-platină are un mecanism special de uzură asociat cu suprafața sa inertă din punct de vedere chimic într-un mediu de biosoluție.

În ciuda modulului scăzut de elasticitate, prezintă o uzură scăzută record și valori minime ale coeficientului inițial și final de frecare. Există, de asemenea, un mecanism special de uzură pentru proba de nicheliură de titan, în care se observă unul dintre cei mai mici coeficienți inițiali de frecare (coeficient de frecare) (0,107) și cel mai mare coeficient de frecare final. (0.7), care este asociat cu apariția unei transformări martensitice reversibile în nicheliură de titan inițiată de o sarcină externă. Acest lucru este dovedit de amplitudinea mare a c.t. și creșterea acestuia până la sfârșitul testului de 7 ori.

Trebuie remarcat faptul că uzura crescută a aliajelor care conțin titan este asociată cu aderența metalului la suprafața bilei, ceea ce duce la o modificare a geometriei contactului (zona de contact scade) și a proprietăților contracorpului (formarea de un compus intermetalic de tip TIA1, care are un modul Young ridicat), ceea ce duce în final la o creștere bruscă a tensiunilor de contact față de cele calculate.

Astfel, testele efectuate asupra rezistenței la uzură a aliajelor dentare în soluție biologică au arătat că cea mai mare uzură o au metalele pure titan (DA2) și zirconiu (DA7) (8,24-8,47-10"4mm3/N/m), ca precum și nicheliură de titan (DA1) (5,09-10" 4mm3/N/m). Aliarea titanului (DA8 și DA9) crește rezistența la uzură: uzura aliajelor VT5 (sistem Ti-Al-Sn) și VT 14 (Ti-Al-Mo-V) este redusă de aproximativ 2,5 ori comparativ cu titanul pur.

Cel mai rezistent la uzură este aliajul DA10 pe bază de Au-Pt (2,45-10 7mm3/N/m).

Aliajul DA5 (Remanium 2000) bazat pe sistemul Co-Cr-Mo-Si (1,7540-6 mm3/N/m) a prezentat o rezistență la uzură destul de mare, dar cu un ordin de mărime mai rău decât aurul-platină. Aliajele rămase DA2, DA4, DA11 (nichel-crom și Cellite K) au o rezistență satisfăcătoare la uzură în intervalul (4,25-7,35)-10"6 mm3/N/m.

Titanul și tantalul - metale „de compromis” pentru medicină
Utilizarea diferitelor produse metalice în medicină a fost practicată din cele mai vechi timpuri. O combinație a acestora proprietăți benefice metalele și aliajele lor, cum ar fi rezistența, durabilitatea, flexibilitatea, ductilitatea, elasticitatea, nu au alternative, în special, în fabricarea structurilor ortopedice, a instrumentelor medicale, a dispozitivelor pentru vindecarea rapidă a fracturilor. Și în ultimele decenii, datorită descoperirii efectului de „memorie a formei” și introducerii altor inovații, metalele au devenit, de asemenea, utilizate pe scară largă în chirurgie vasculară și neurochirurgie pentru fabricarea materialului de sutură, stenturi cu plasă pentru dilatarea venelor și arterelor, endoproteze mari. , și în implantologie oftalmologică și dentară.

Cu toate acestea, nu toate metalele sunt potrivite pentru utilizare în domeniul medical, iar principalele motive distructive aici sunt susceptibilitatea la coroziune și reacția cu țesuturile vii - factori care au consecințe distructive atât pentru metal, cât și pentru organismul însuși.

Desigur, metalele din grupa aurului și a platinei (platină, iridiu, osmiu, paladiu, rodiu etc.) ies în afara concurenței. Cu toate acestea, posibilitatea utilizării metalelor prețioase pentru utilizare în masă este practic absentă din cauza prohibiției lor cost ridicat, iar combinația de proprietăți utile care sunt solicitate în anumite situații clinice specifice nu este întotdeauna inerentă metalelor nobile.

Un loc semnificativ în acest domeniu îl ocupă până astăzi oțelurile inoxidabile, aliate cu anumiți aditivi pentru a obține caracteristicile cerute. Dar astfel de materiale metalice, care sunt de sute de ori mai ieftine decât metalele prețioase, nu rezistă eficient la coroziune și alte influențe agresive, ceea ce limitează semnificativ posibilitatea utilizării lor pentru o serie de nevoi medicale. În plus, un obstacol în calea grefei produselor din oțel inoxidabil implantate în interiorul corpului este conflictul acestora cu țesuturile vii, provocând Risc ridicat respingere și alte complicații.

Un fel de compromis între acești doi poli sunt metale precum titanul și tantalul: puternice, maleabile, aproape nesupuse coroziunii, având un punct de topire ridicat și, cel mai important, complet neutre din punct de vedere biologic, datorită cărora sunt percepute de către organismul ca țesut propriu și practic nu provoacă respingere. În ceea ce privește costul, acesta nu este mare pentru titan, deși îl depășește semnificativ pe cel al oțelurilor inoxidabile. Tantalul, fiind un metal destul de rar, este de peste zece ori mai scump decât titanul, dar este totuși mult mai ieftin în comparație cu metalele prețioase. Deși majoritatea proprietăților operaționale de bază sunt similare, în unele dintre ele este încă inferioară titanului, deși în unele este superior acestuia, ceea ce, de fapt, determină relevanța aplicației.

Din aceste motive, titanul și tantalul, adesea denumite „metale medicale”, precum și o serie de aliaje ale acestora, au devenit larg răspândite în multe domenii medicale. Diferă într-un număr de caracteristici și, astfel, se completează reciproc, ele deschid perspective cu adevărat imense pentru medicina modernă.

Mai jos vom vorbi mai detaliat despre caracteristicile unice ale titanului și tantalului, principalele domenii ale utilizării lor în medicină și utilizarea diferitelor forme de producție a acestor metale pentru fabricarea de instrumente, echipamente ortopedice și chirurgicale.

Titan și tantal – definiție, proprietăți actuale

Titan pentru medicină

Titanul (Ti), un metal ușor cu o nuanță argintie care arată ca oțel, este unul dintre elemente chimice Tabelul periodic, plasat în grupa a patra a perioadei a patra, numărul atomic 22 (Fig. 1).

Figura 1. Pepită de titan.

Are o masă atomică de 47,88 cu o densitate specifică de 4,52 g/cm 3 . Punct de topire – 1669°C, punctul de fierbere –3263°C. În clasele industriale cu stabilitate ridicată este tetravalent. Caracterizat prin ductilitate și maleabilitate bună.

Fiind atât ușor cât și având o rezistență mecanică mare, de două ori mai mare decât Fe și de șase ori față de Al, titanul are, de asemenea, un coeficient scăzut de dilatare termică, ceea ce îi permite să fie utilizat într-un interval larg de temperatură.

Titanul se caracterizează printr-o conductivitate termică scăzută, de patru ori mai mică decât fierul și cu un ordin de mărime mai mică decât aluminiul. Coeficientul de dilatare termică la 20°C este relativ mic, dar crește odată cu încălzirea ulterioară.

Acest material se distinge și printr-o rezistivitate electrică foarte mare, care, în funcție de prezența elementelor străine, poate varia în intervalul 42·11 -8 ...80·11 -6 Ohm cm.

Titanul este un metal paramagnetic, având o conductivitate electrică scăzută. Și deși în metalele paramagnetice susceptibilitatea magnetică, de regulă, scade pe măsură ce se încălzește, titanul în acest sens poate fi clasificat ca o excepție, deoarece susceptibilitatea sa magnetică, dimpotrivă, crește odată cu creșterea temperaturii.

Datorită sumei proprietăților de mai sus, titanul este absolut indispensabil ca materie primă pentru diverse zone medicina practică și fabricarea instrumentelor medicale. Și totuși, cea mai valoroasă calitate a titanului pentru utilizare în acest scop este cea mai mare rezistență la coroziune și, ca urmare, hipoalergenicitatea.

Titanul își datorează rezistența la coroziune faptului că la temperaturi de până la 530-560 °C suprafața metalului este acoperită cu cel mai puternic film protector natural de oxid de TiO 2, complet neutru față de mediile chimice și biologice agresive. În ceea ce privește rezistența la coroziune, titanul este comparabil cu platina și metalele platină și chiar depășește aceste metale nobile. În special, este extrem de rezistent la mediile acido-bazice, nedizolvându-se nici măcar într-un „cocktail” atât de agresiv precum aqua regia. Este suficient de remarcat că intensitatea distrugerii corozive a titanului din apa de mare, care are o compoziție chimică în multe privințe similară cu limfa umană, nu depășește 0,00003 mm/an sau 0,03 mm pe parcursul unui mileniu!

Datorită inerției biologice a structurilor de titan față de corpul uman, atunci când sunt implantate, acestea nu sunt respinse și nu provoacă reacții alergice, devenind rapid acoperite cu țesuturi musculo-scheletice, a căror structură rămâne constantă pe tot parcursul vieții ulterioare.

Un avantaj semnificativ al titanului este accesibilitatea sa, ceea ce face posibilă utilizarea în masă.

Calități de titan și aliaje de titan
Cele mai populare clase medicale de titan sunt pur tehnic VT1-0, VT1-00, VT1-00sv. Aproape că nu conțin impurități, a căror cantitate este atât de nesemnificativă încât fluctuează în limitele erorii zero. Astfel, gradul VT1-0 conține aproximativ 99,35-99,75% metal pur, iar gradele VT1-00 și, respectiv, VT1-00sv, conțin 99,62-99,92% și 99,41-99,93%.

Astăzi, o gamă largă de aliaje de titan sunt utilizate în medicină, variind în compoziția lor chimică și parametrii mecanotehnologici. Ta, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn sunt cel mai adesea folosiți ca aditivi de aliere. Cei mai eficienți stabilizatori includ Zr, Au și metale din grupa platinei. Când până la 12% Zr este introdus în titan, rezistența sa la coroziune crește cu ordine de mărime. Obține cel mai mare efect reușește prin adăugarea unei cantități mici de Pt și platinoizi Pd, Rh, Ru la titan. Introducerea a doar 0,25% din aceste elemente în Ti face posibilă reducerea activității interacțiunii acestuia cu H 2 SO 4 și HCl concentrat la fierbere cu zeci de ordine de mărime.

Aliajul Ti-6Al-4V a devenit larg răspândit în implantologie, ortopedie și chirurgie, semnificativ superior în parametrii de performanță față de „concurenții” pe bază de cobalt și oțeluri inoxidabile. În special, modulul de elasticitate al aliajelor de titan este de două ori mai mic. Pentru aplicații medicale (implanturi pentru osteosinteză, endoproteze articulare etc.) acesta este un mare avantaj, deoarece asigură o compatibilitate mecanică mai mare a implantului cu structurile osoase dense ale corpului, la care modulul elastic este de 5¸20 GPa. Chiar mai mult performanta scazutaÎn acest sens (până la 40 GPa și mai jos) sunt caracterizate aliajele de titan-niobiu, a căror dezvoltare și implementare sunt deosebit de relevante. Cu toate acestea, progresul nu stă pe loc, iar astăzi tradiționalul Ti-6Al-4V este înlocuit cu noi aliaje medicale Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr și Ti-12Mo-6Zr, care nu conțin aluminiu și vanadiu - elemente care, deși minore, dar totuși efecte toxice asupra țesuturilor vii.

Recent, implanturile compatibile biomecanic, materialul pentru care este nicheliură de titan TiNi, devin din ce în ce mai solicitate pentru nevoi medicale. Motivul pentru popularitatea în creștere a acestui aliaj este așa-numitul său inerent. Efect de memorie de formă (SME). Esența sa constă în faptul că o probă de control, fiind deformată la temperaturi scăzute, este capabilă să-și păstreze constant forma nou dobândită și, la încălzirea ulterioară, să-și restabilească configurația inițială, demonstrând în același timp superelasticitatea. Structurile de nichelid-titan sunt indispensabile, în special, în tratamentul leziunilor coloanei vertebrale și a distrofiei sistemului musculo-scheletic.

Tantal pentru medicină

Definiție și caracteristici utile
Tantalul (Ta, lat. Tantal) este un metal greu, refractar, cu o nuanță de „plumb” argintiu-albăstruie, care se datorează filmului de pentoxid de Ta 2 O 5 care îl acoperă. Este unul dintre elementele chimice ale Tabelului Periodic, situat într-un subgrup secundar al grupului a cincea din perioada a șasea, numărul atomic 73 (Fig. 2).

Figura 2. Cristale de tantal.

Tantalul are o masă atomică de 180,94 cu o densitate specifică mare de 16,65 g/cm3 la 20 °C (pentru comparație: densitatea specifică a Fe este de 7,87 g/cm3, Pv este de 11,34 g/cm3). Punct de topire – 3017 °C (doar W și Re sunt mai refractare). 1669°C, punctul de fierbere – 5458°C. Tantalul se caracterizează prin proprietatea paramagneticității: susceptibilitatea sa magnetică specifică la temperatura camerei este de 0,849·10 -6.

Acest material structural, care combină niveluri ridicate de duritate și plasticitate, în forma sa pură se pretează bine prelucrării mecanice prin orice mijloace (ștanțare, laminare, forjare, trefilare, răsucire, tăiere etc.). La temperaturi scăzute se prelucrează fără întărire puternică, supus efectelor de deformare (nivel de compresie 98,8%) și fără a fi nevoie de preardere. Tantalul nu își pierde ductilitatea chiar dacă este înghețat la –198 °C.

Modulul de elasticitate al tantalului este de 190 H/m2 sau 190·102 kgf/mm2 la 25 °C, datorită căruia este ușor de prelucrat în sârmă. De asemenea, producem cea mai subțire foaie de tantal (grosime de aproximativ 0,039 mm) și alte semifabricate structurale.

Un fel de „geamăn” al lui Ta este Nb, caracterizat prin multe proprietăți similare.

Tantalul se remarcă prin rezistență excepțională la mediile agresive. Aceasta este una dintre cele mai valoroase proprietăți ale sale pentru utilizare în multe industrii, inclusiv în medicina. Este rezistent la astfel de acizi anorganici agresivi precum HNO3, H2SO4, HCl, H3PO4, precum și la acizi organici de orice concentrație. În acest parametru, este depășit doar de metalele nobile și chiar și atunci nu în toate cazurile. Astfel, Ta, spre deosebire de Au, Pt și multe alte metale prețioase, „ignoră” chiar și acva regia HNO 3 +3HCl. Tantalul este puțin mai puțin rezistent la alcalii.

Rezistența ridicată la coroziune a Ta se manifestă și în raport cu oxigenul atmosferic. Procesul de oxidare începe doar la 285 °C: pe metal se formează o peliculă protectoare de pentoxid de tantal Ta 2 O 5. Prezența unei pelicule din aceasta, singura stabilă dintre toți oxizii de Ta, este cea care face metalul imun la reactivii agresivi. Prin urmare, o caracteristică atât de valoroasă a tantalului pentru medicină este biocompatibilitatea ridicată cu corpul uman, care percepe structurile de tantal implantate în el ca un țesut propriu, fără respingere. Utilizarea medicală a Ta în domenii precum chirurgia reconstructivă, ortopedia și implantologia se bazează pe această calitate valoroasă.

Tantalul este unul dintre metalele rare: rezervele sale în scoarța terestră sunt de aproximativ 0,0002%. Acest lucru determină costul ridicat al acestui material structural. De aceea, este atât de răspândită utilizarea tantalului sub formă de pelicule subțiri de acoperiri protectoare anticoroziune aplicate pe metalul de bază, care, apropo, au o duritate de trei până la patru ori mai mare decât tantalul recoapt pur.

Chiar mai des, tantalul este utilizat sub formă de aliaje ca aditiv de aliere în metale mai puțin costisitoare pentru a conferi compușilor rezultați un complex de proprietăți fizice, mecanice și chimice necesare. Oțelul, titanul și alte aliaje metalice cu adaos de tantal sunt foarte solicitate în fabricarea de instrumente chimice și medicale. Dintre acestea, în special, practică fabricarea de bobine, distilatoare, aeratoare, echipamente cu raze X, dispozitive de control etc. În medicină, tantalul și compușii săi sunt utilizați și pentru fabricarea echipamentelor pentru sălile de operație.

Este de remarcat faptul că, într-o serie de domenii, tantul, fiind mai puțin costisitor, dar având multe caracteristici de performanță adecvate, poate înlocui cu succes metalele prețioase din grupa platină-iridiu.

Grade de tantal și aliaje ale acestuia
Principalele clase de titan nealiat cu conținut de impurități în cadrul erorii statistice sunt:

• HDTV: Ta - 99,9%, (Nb) - 0,2%. Alte impurități, cum ar fi (Ti), (Al), (Co), (Ni), sunt conținute în miimi și zece miimi de procent.
• HDTV 1: Compoziția chimică a gradului specificat constă din 99,9% Ta. Niobiul (Nb), care este întotdeauna prezent în tantalul industrial, corespunde doar la 0,03%.
• TC: Da – 99,8%. Impurități (nu mai mult de %): Nb - 0,1%, Fe - 0,005%, Ti, H - 0,001% fiecare, Si - 0,003%, W+Mo, O - 0,015% fiecare, Co - 0,0001%, Ca - 0,002% , Na, Mg, Mn - 0,0003% fiecare, Ni, Zr, Sn - 0,0005% fiecare, Al - 0,0008%, Cu, Cr - 0,0006% fiecare, C, N - fiecare 0,01%.
• T: Ta - 99,37%, Nb - 0,5%, W - 0,05%, Mo - 0,03%, (Fe) - 0,03%; (Ti) - 0,01%, (Si) - 0,005%.

Valorile ridicate ale durității Ta fac posibilă producerea de aliaje dure structurale pe baza acestuia, de exemplu, Ta cu W (TV). Înlocuirea aliajului TiC cu analogul de tantal TaC optimizează semnificativ caracteristicile mecanice ale materialului structural și extinde posibilitățile de aplicare a acestuia.

Relevanța utilizării Ta în scopuri medicale
Aproximativ 5% din tantul produs în lume este cheltuit pentru nevoi medicale. În ciuda acestui fapt, importanța utilizării sale în această industrie nu poate fi supraestimată.

După cum sa menționat deja, tantalul este unul dintre cele mai bune materiale metalice bioinerte datorită peliculei subțiri, dar foarte puternice și rezistente chimic de pentoxid de Ta 2 O 5 care se auto-formează pe suprafața sa. Datorită ratelor mari de aderență, care facilitează și accelerează procesul de fuziune a implantului cu țesutul viu, există un procent scăzut de respingere a implanturilor de tantal și absența reacțiilor inflamatorii.

Produsele semifabricate de tantal, cum ar fi foile, tijele, firele și alte forme sunt utilizate pentru a face structuri care sunt solicitate în plastic, cardiac, neuro- și osteochirurgie pentru sutura, fuziunea fragmentelor osoase, stentarea și tăierea vaselor (Fig. 3) .

Figura 3. Structura de prindere cu tantal în articulația umărului.

Utilizarea plăcilor subțiri de tantal și a structurilor de plasă se practică în chirurgia maxilo-facială și pentru tratamentul leziunilor traumatice ale creierului. Fibrele din fire de tantal înlocuiesc țesutul muscular și al tendonului. Folosirea tantalului Chirurgii folosesc fibre de tantal în timpul operațiilor abdominale, în special, pentru a întări pereții cavității abdominale. Ochiurile de tantal sunt indispensabile în domeniul proteticelor oftalmice. Cele mai fine fire de tantal sunt chiar folosite pentru a regenera trunchiurile nervoase.

Și, desigur, Ta și compușii săi, împreună cu Ti, sunt utilizate pe scară largă în ortopedie și implantologie pentru fabricarea de endoproteze articulare și protetice dentare.

De la începutul noului mileniu, domeniul inovator al medicinei a devenit din ce în ce mai popular, bazat pe principiul utilizării câmpurilor electrice statice pentru a activa corpul uman bioprocesele dorite. Prezența proprietăților de electret ridicate ale acoperirii cu pentoxid de tantal Ta 2 O 5 a fost dovedită științific. Filmele electret de oxid de titan au devenit deja răspândite în chirurgia vasculară, endoprotezarea și crearea de instrumente și dispozitive medicale.

Aplicarea practică a titanului și tantalului în ramuri specifice ale medicinei

Traumatologie: structuri pentru vindecarea fracturilor

În prezent, tehnologia inovatoare, cum ar fi osteosinteza metalelor, este din ce în ce mai utilizată pentru a vindeca rapid fracturile. Pentru a asigura o poziție stabilă a fragmentelor osoase se folosesc diverse structuri de fixare, atât externe cât și interne, implantate în corp. Cu toate acestea, produsele din oțel utilizate anterior prezintă o eficiență scăzută datorită susceptibilității lor la coroziune sub influența mediului agresiv al corpului și a fenomenului de galvanizare. Ca urmare, are loc atât distrugerea rapidă a fixativelor în sine, cât și o reacție de respingere, provocând procese inflamatorii pe fondul durerii severe din cauza interacțiune activă Ioni de Fe cu mediul fiziologic al țesuturilor musculo-scheletice din câmpul electric al corpului.

Consecințele nedorite pot fi evitate prin fabricarea implanturilor fixative de titan și tantal, care sunt biocompatibile cu țesuturile vii (Fig. 4).

Figura 4. Structuri de titan și tantal pentru osteosinteză.

Astfel de modele de configurații simple și complexe pot fi utilizate pentru implementare pe termen lung sau chiar permanentă în corpul uman. Acest lucru este deosebit de important pentru pacienții mai în vârstă, deoarece elimină necesitatea unei intervenții chirurgicale pentru a îndepărta ancora.

Endoprotetice

Mecanismele artificiale implantate chirurgical în țesutul osos se numesc endoproteze. Cel mai răspândit au primit endoprotetice ale articulațiilor - șold, umăr, cot, genunchi, gleznă etc. Procesul de înlocuire a endoprotezei este întotdeauna operație complexă, atunci când o parte a unei articulații care nu poate fi restaurată în mod natural este îndepărtată și apoi înlocuită cu un implant endoprotetic.

O serie de cerințe serioase sunt impuse componentelor metalice ale endoprotezelor. Ele trebuie să posede simultan proprietățile de rigiditate, rezistență, elasticitate, capacitatea de a crea structura necesară a suprafeței, rezistența la efectele corozive ale corpului, eliminarea riscului de respingere și alte calități utile.

Pentru fabricarea de endoproteze pot fi utilizate diferite metale bioinerte. Locul de frunte printre acestea este ocupat de titan, tantal și aliajele lor. Aceste materiale durabile, puternice și ușor de prelucrat asigură o osteointegrare eficientă (percepută țesut osos ca țesuturi naturale ale corpului și nu provoacă reacții negative din partea acestuia) și fuziunea rapidă a oaselor, garantând stabilitatea protezei pe perioade lungi, estimată în decenii. În fig. Figura 5 arată utilizarea titanului în artroplastia de șold.

Figura 5. Artroplastia de sold din titan.

În endoproteză, ca alternativă la utilizarea structurilor integral metalice, este utilizată pe scară largă metoda de pulverizare cu plasmă a acoperirilor biocompatibile de protecție pe baza de oxizi de Ti și Ta pe suprafața componentelor nemetalice ale protezei.

Titan pur și aliajele sale. În domeniul endoproteticelor sunt utilizate pe scară largă atât Ti pur (ex. CP-Ti cu un conținut de Ti de 98,2-99,7%), cât și aliajele acestuia. Cel mai comun dintre ele este Ti-6AI-4V cu valori ridicate de rezistență, caracterizat prin rezistență la coroziune și inerție biologică. Aliajul Ti-6A1-4V se caracterizează printr-o rezistență mecanică deosebit de ridicată, având caracteristici torsio-axiale extrem de apropiate de cele ale osului.

Până în prezent, au fost dezvoltate o serie de aliaje moderne de titan. Astfel, compoziția chimică a aliajelor de Niobiu Ti-5AI-2.5Fe și Ti-6AI-17 nu conține V toxic, în plus, acestea sunt caracterizate printr-un modul elastic scăzut. Iar aliajul Ti-Ta30 se caracterizează prin prezența unui modul de dilatare termică comparabil cu cel al metalo-ceramice, care determină stabilitatea acestuia în timpul interacțiunii pe termen lung cu componentele metalo-ceramice ale implantului.

Aliaje de tantal-zirconiu. Aliajele Ta+Zr combină proprietăți importante pentru endoprotetice precum biocompatibilitatea cu țesuturile corpului pe baza rezistenței la coroziune și galvanică, rigiditatea suprafeței și structura trabeculară (poroasă) a suprafeței metalice. Datorită proprietății trabeculare, este posibilă o accelerare semnificativă a procesului de osteointegrare - creșterea țesutului osos viu pe suprafața metalică a implantului.

Endoproteze elastice din plasă de sârmă de titan. Datorită plasticității și ușurinței lor ridicate, chirurgia reconstructivă modernă și alte industrii medicale folosesc în mod activ endoproteze elastice inovatoare sub forma celei mai fine plase de sârmă din titan - „pânză de păianjen”. Elastică, puternică, elastică, durabilă și menținând proprietățile bioinerte, plasa este un material ideal pentru endoprotezele de țesut moale (Fig. 6).

Figura 6. Endoproteză din plasă din aliaj de titan pentru materiale plastice pentru țesuturi moi.

„Webul” a fost deja testat cu succes în domenii precum ginecologie, chirurgie maxilo-facială și traumatologie. Potrivit experților, endoprotezele din plasă de titan nu au egal în ceea ce privește stabilitatea, cu risc aproape zero de efecte secundare.

Aliaje medicale titan-nichel cu efect de memorie a formei

Astăzi, în diverse domenii ale medicinei, aliajele din nicheliură de titan sunt utilizate pe scară largă, având așa-numitul. cu efect de memorie a formei (SME). Acest material este utilizat pentru endoprotezarea țesutului ligamento-cartilaginos al sistemului musculo-scheletic uman.

Nichelida de titan (termen internațional nitinol) este un compus intermetalic TiNi, care se obține prin alierea Ti și Ni în proporții egale. Cea mai importantă caracteristică a aliajelor de nicheliură-titan este proprietatea superelasticității, pe care se bazează EFM.

Esența efectului este că proba, atunci când este răcită într-un anumit interval de temperatură, se deformează ușor, iar deformarea se autocorectează atunci când temperatura crește la valoarea inițială cu apariția proprietăților superelastice. Cu alte cuvinte, dacă o placă de aliaj de nitinol este îndoită la o temperatură scăzută, atunci în același regim de temperatură își va păstra noua formă pentru o perioadă nedeterminată de timp. Totuși, de îndată ce temperatura crește la cea inițială, placa se va îndrepta din nou ca un arc și își va lua forma inițială.

Mostre de produse medicale din aliaj de nitinol sunt prezentate în figurile de mai jos. 7, 8, 9, 10.

Figura 7. Un set de implanturi din nicheliură de titan pentru traumatologie (sub formă de agrafe, cleme, cleme etc.).

Figura 8. Un set de implanturi de nicheliură de titan pentru intervenții chirurgicale (sub formă de cleme, dilatatoare, instrumente chirurgicale).

Figura 9. Probe de materiale poroase și implanturi din nicheliură de titan pentru vertebrologie (sub formă de endoproteze, produse în formă de placă și cilindrice).

Figura 10. Materiale și endoproteze din nicheliură de titan pentru chirurgie maxilo-facială și stomatologie.

În plus, aliajele de nicheliură-titan, ca majoritatea produselor pe bază de titan, sunt bioinerte datorită rezistenței lor ridicate la coroziune și galvanic. Astfel, este un material ideal în raport cu corpul uman pentru fabricarea implanturilor compatibile biomecanic (BCI).

Aplicarea Ti și Ta pentru fabricarea de stenturi vasculare

Stenturi (din engleză stent) - în medicină se numesc rame cilindrice speciale, cu plasă elastică, structuri metalice plasate în interiorul vaselor mari (vene și artere), precum și alte organe goale (esofag, intestine, canale biliar-urinar etc.) pe zone îngustate patologic pentru a le extinde la parametrii necesari și a restabili permeabilitatea.

Cea mai populară aplicare a metodei de stentare este în domenii precum chirurgia vasculară și, în special, angioplastia coronariană (Fig. 11).

Figura 11. Probe de stenturi vasculare din titan și tantal.

Până în prezent, peste cinci mii de stenturi vasculare au fost dezvoltate științific și introduse în practica reală. tipuri variateși desene. Ele diferă în ceea ce privește compoziția aliajului original, lungimea, configurația găurilor, tipul de acoperire a suprafeței și alți parametri de funcționare.

Cerințele pentru stenturile vasculare sunt concepute pentru a le asigura funcționalitatea impecabilă și, prin urmare, sunt variate și foarte ridicate.

Aceste produse trebuie să fie:

• biocompatibil cu țesuturile corpului;
• flexibil;
• elastic;
• durabil;
• radioopace etc.

Principalele materiale utilizate astăzi la fabricarea stenturilor metalice sunt compozițiile de metale nobile, precum și Ta, Ti și aliajele sale (VT6S, VT8, VT 14, VT23, nitinol), care sunt complet biointegrate cu țesuturile corpului și combină un complex a tuturor celorlalte proprietăţi fizice şi mecanice necesare.proprietăţi.

Cusătura oaselor, vaselor de sânge și fibrelor nervoase

Trunchiurile nervoase periferice deteriorate ca urmare a diferitelor leziuni mecanice sau complicații ale anumitor boli necesită restaurare serioasă intervenție chirurgicală. Situaţia este agravată de faptul că de obicei patologii similare sunt observate pe fondul leziunilor organelor însoțitoare, cum ar fi oasele, vasele de sânge, mușchii, tendoanele etc. În acest caz, un program cuprinzător tratament cu aplicarea unor suturi specifice. Ca materie primă pentru fabricarea materialului de sutură - fire, elemente de fixare, elemente de fixare etc. – titanul, tantalul și aliajele lor sunt utilizate ca metale care au biocompatibilitate chimică și toată gama de proprietăți fizice și mecanice necesare.

Figurile de mai jos prezintă exemple de astfel de operațiuni.

Figura 12. Sutura osoasa cu cleme de titan.

Figura 13. Cusătura unui mănunchi de fibre nervoase folosind cele mai fine fire de tantal.

Figura 14. Sigilarea vaselor folosind capse de tantal.

În prezent, sunt dezvoltate tehnologii din ce în ce mai avansate pentru neuro-osteo- și vasoplastie, dar materialele de titan-tantal folosite pentru aceasta continuă să țină palma peste toate celelalte.

Chirurgie Plastică

Chirurgia plastică este îndepărtarea chirurgicală a defectelor de organ pentru a recrea proporțiile anatomice ideale ale acestora. Adesea, astfel de reconstrucții sunt efectuate folosind diverse produse metalice implantate în țesut sub formă de plăci, ochiuri, arcuri etc.

Deosebit de indicativă în acest sens este cranioplastia - o operație de corectare a deformărilor craniene. În funcție de indicațiile din fiecare situație clinică specifică, cranioplastia poate fi efectuată prin aplicarea de plăci rigide de titan sau plase elastice de tantal pe zona operată. În ambele cazuri este permisă utilizarea ambelor metale pure fără aditivi de aliere și aliajele lor bioinerte. Exemple de utilizare a cranioplastiei placa de titanși plasă de tantal sunt prezentate în figurile de mai jos.

Figura 15. Cranioplastie folosind o placă de titan.

Figura 16. Cranioplastie cu plasă de tantal.

Structurile de titan-tantal pot fi folosite și pentru restaurarea cosmetică a feței, pieptului, feselor și a multor alte organe.

Neurochirurgie (aplicarea de microclipuri)

Clipping (în engleză clip clamp) este o operație neurochirurgicală asupra vaselor creierului, care vizează oprirea sângerării (în special, atunci când se rupe un anevrism) sau oprirea circulației sanguine a pacienților răniți. vase mici. Esența metodei de tăiere este că pe zonele deteriorate se aplică cleme metalice în miniatură - cleme.

Cererea pentru metoda de tăiere, în primul rând în domeniul neurochirurgical, se explică prin imposibilitatea ligaturii mici. vasele cerebrale moduri traditionale.

Datorită diversității și specificității situațiilor clinice emergente, practica neurochirurgicală folosește o gamă extinsă de clipuri vasculare, care diferă prin scop specific, metoda de fixare, dimensiune și alți parametri funcționali (Fig. 17).

Figura 17. Clipuri pentru deconectarea anevrismelor cerebrale.

În fotografii, clipurile par mari, dar în realitate nu sunt mai mari decât unghia unui copil și sunt instalate la microscop (Fig. 18).

Figura 18. Intervenție chirurgicală pentru tăierea unui anevrism cerebral.

Pentru a face cleme, de regulă, se folosește sârmă plată din titan pur sau tantal și, în unele cazuri, argint. Astfel de produse sunt absolut inerte în raport cu materia creierului, fără a provoca contrareacții.

Ortopedie dentara

Titanul, tantalul și aliajele lor și-au găsit o largă utilizare medicală în stomatologie, și anume în domeniul proteticii dentare.

Cavitatea bucală este un mediu deosebit de agresiv care afectează negativ materialele metalice. Chiar și metalele prețioase utilizate în mod tradițional în protetica dentară, cum ar fi aurul și platina, cavitatea bucală nu poate rezista complet coroziunii și respingerii ulterioare, ca să nu mai vorbim de costul ridicat și de masa mare care provoacă disconfort pacienților. Pe de altă parte, structurile ortopedice ușoare din plastic acrilic, de asemenea, nu rezistă criticilor serioase din cauza fragilității lor. O adevărată revoluție în stomatologie a fost producția de coroane individuale, precum și de punți și proteze amovibile pe bază de titan și tantal. Aceste metale, datorită calităților lor valoroase inerente, cum ar fi inerția biologică și rezistența ridicată la un relativ ieftin, concurează cu succes cu aurul și platina și chiar le depășesc într-o serie de parametri.

În special, coroanele din titan ștanțate și solide sunt foarte populare (Fig. 19). Și coroanele acoperite cu plasmă din nitrură de titan TiN sunt practic imposibil de distins de cele de aur ca aspect și proprietăți funcționale (Fig. 19)

Figura 19. Coroană solidă din titan și coroană acoperită cu nitrură de titan.

In ceea ce priveste protezele dentare, acestea pot fi fixe (ca o punte) pentru a reface mai multi dinti adiacenti sau amovibile, folosite atunci cand se pierde intreaga dentitie (maxilarul complet edentat). Cele mai comune proteze dentare sunt protezele cu clema (din germanul der Bogen „arc”).

Proteza cu fermoar se distinge prin prezența unui cadru metalic pe care este atașată partea de bază (Fig. 20).

Figura 20. Proteză cu clemă a maxilarului inferior.

Astăzi, partea de închizătoare a protezei și închizătoarele sunt realizate, de regulă, din titan pur medical de înaltă puritate de calitate HDTV.

O adevărată revoluție în stomatologie a fost tehnologia din ce în ce mai populară a implanturilor dentare protetice. Proteza pe implanturi este cea mai fiabilă modalitate de atașare a structurilor ortopedice, care în acest caz durează zeci de ani sau chiar o viață.

Un implant dentar (dentar) este o structură din două părți care servește drept suport pentru coroane, precum și pentru punți și proteze dentare amovibile, a cărei parte de bază (implantul însuși) este un știft filetat conic care este înșurubat direct în maxilar. os. Pe platforma superioară a implantului este instalat un bont, care servește la fixarea coroanei sau protezei (Fig. 21).

Figura 21. Implant dentar Nobel Biocare realizat din titan pur de grad medical 4 (G4Ti).

Cel mai adesea, pentru fabricarea părții șurubului implantului, se folosește titan medical pur cu o acoperire de suprafață cu tantal-niobiu, care ajută la activarea procesului de osteointegrare - fuziunea metalului cu osul vii și țesuturile gingivale.

Cu toate acestea, unii producători preferă să producă implanturi nu din două piese, ci dintr-o singură bucată, în care partea șurubului și bontul au o structură monolitică mai degrabă decât separată. În același timp, de exemplu, compania germană Zimmer produce implanturi solide din tantal poros, care, în comparație cu titanul, are o flexibilitate mai mare și este încorporat în țesutul osos cu risc aproape zero de complicații (Fig. 22).

Figura 22. Implanturi dentare de tantal poroase solide Zimmer.

Tantalul, spre deosebire de titan, este un metal mai greu, astfel încât structura poroasă ușurează semnificativ produsul, fără a cauza necesitatea unei acoperiri externe suplimentare a unei acoperiri osteointegrante.

În Fig. 23.

Figura 23. Exemple de utilizare a implanturilor de titan-tantal în protetica dentară.

În zilele noastre, pe lângă cele existente, se dezvoltă noi metode de protezare pe implanturi, prezentând o eficiență ridicată în diverse situații clinice.

Fabricarea instrumentelor medicale

Astăzi în lume practica clinica sunt utilizate sute de varietăți de diverse instrumente chirurgicale și endoscopice și echipamente medicale, fabricate folosind titan și tantal (GOST 19126-79 „Instrumente metalice medicale. General specificatii tehnice" Se compară favorabil cu alți analogi în ceea ce privește rezistența, ductilitatea și rezistența la coroziune, ceea ce determină inerția biologică.

Instrumentele medicale din titan sunt aproape de două ori mai ușoare decât omologii lor din oțel, fiind în același timp mai convenabile și mai durabile.

Figura 24. Instrumente chirurgicale, realizat pe o bază de titan-tantal.

Principalele industrii medicale în care instrumentele din titan-tantal sunt cele mai solicitate sunt oftalmologice, dentare, otolaringologice și chirurgicale. Gama extinsă de instrumente include sute de tipuri de spatule, cleme, retractoare, oglinzi, cleme, foarfece, pense, bisturii, sterilizatoare, tuburi, dalte, pensete și tot felul de plăci.

Caracteristicile biochimice și fizico-mecanice ale instrumentelor ușoare din titan sunt de o valoare deosebită pentru chirurgia militară de teren și diverse expediții. Aici sunt absolut de neînlocuit, deoarece în condiții extreme, literalmente, fiecare 5-10 grame de greutate în exces este o povară semnificativă, iar rezistența la coroziune și fiabilitatea maximă sunt cerințe obligatorii.

Titanul, tantalul și aliajele lor sub formă de produse monolitice sau acoperiri de protecție subțiri sunt utilizate în mod activ în fabricarea instrumentelor medicale. Ele sunt utilizate la fabricarea de distilatoare, pompe pentru pomparea mediilor agresive, sterilizatoare, componente ale echipamentelor de anestezie-respirație și dispozitive complexe pentru duplicarea muncii vitale. organe importante precum „inima artificială”, „plămânul artificial”, „ rinichi artificial" si etc.

Capetele din titan ale aparatelor cu ultrasunete au cea mai lungă durată de viață, în timp ce analogii fabricați din alte materiale, chiar și cu expunerea neregulată la vibrații ultrasonice, devin rapid inutilizabile.

În plus față de cele de mai sus, se poate observa că titanul, precum tantalul, spre deosebire de multe alte metale, au capacitatea de a desorbi („respinge”) radiațiile de la izotopii radioactivi și, prin urmare, sunt utilizate în mod activ în producția de diferite dispozitive de protecție și radiologice. echipamente.

Concluzie

Dezvoltarea și producția de produse medicale este unul dintre domeniile cu cea mai rapidă dezvoltare a progresului științific și tehnologic. Odată cu începutul mileniului al treilea, știința și tehnologia medicală au devenit una dintre principalele forţe motrice civilizația lumii moderne.

Importanța metalelor în viața umană crește constant. Schimbări revoluționare au loc pe fundalul dezvoltării intensive a științei materialelor științifice și a metalurgiei practice. Și în ultimele decenii, metalele industriale precum titanul și tantalul au fost ridicate „pe scutul istoriei”, care, cu toate motivele întemeiate, pot fi numite materialele structurale ale noului mileniu.

Importanța titanului în vindecarea modernă nu poate fi supraestimată. În ciuda istoricului său relativ scurt de utilizare în scopuri practice, a devenit unul dintre materialele de vârf într-o varietate de industrii medicale. Titanul și aliajele sale au suma tuturor caracteristicilor necesare pentru aceasta: rezistența la coroziune (și, în consecință, bioinertitatea), precum și ușurința, rezistența, duritatea, rigiditatea, durabilitatea, neutralitatea galvanică etc.

Tantalul nu este inferior titanului în ceea ce privește semnificația practică. În ciuda asemănării generale a celor mai multe proprietăți benefice, în unele calități sunt inferioare, iar în altele sunt superioare una față de alta. De aceea, este dificil și puțin rezonabil să judecăm în mod obiectiv prioritatea oricăruia dintre aceste metale pentru medicină: ele se completează mai degrabă organic, decât să intre în conflict între ele. Este suficient să rețineți că acum se dezvoltă și găsesc în mod activ aplicație reală structuri medicale pe bază de aliaje de titan-tantal, combinând toate avantajele Ti și Ta. Și nu este o coincidență că în ultimii ani s-au făcut tot mai multe încercări de succes de a crea dispozitive cu drepturi depline implantate direct în corpul uman. organe artificiale din titan, tantal și compușii acestora. Se apropie momentul în care, să zicem, conceptele de „inimă de titan” sau „nervi de tantal” vor trece cu încredere de la categoria figurilor de stil la un plan pur practic.

Aliaje cobalt-crom

Aliaje cobalt-crom grad KHS

cobalt 66-67%, care confera aliajului duritate, imbunatatind astfel calitatile mecanice ale aliajului.

crom 26-30%, introdus pentru a conferi duritate aliajului și pentru a crește rezistența anticorozivă, formând o peliculă de pasivizare pe suprafața aliajului.

nichel 3-5%, crescând ductilitatea, duritatea și maleabilitatea aliajului, îmbunătățind astfel proprietățile tehnologice ale aliajului.

molibden 4-5,5%, având de mare valoare pentru a crește rezistența aliajului făcându-l cu granulație fină.

mangan 0,5%, care crește rezistența și calitatea turnării, scade punctul de topire și ajută la îndepărtarea compușilor granulari toxici din aliaj.

carbon 0,2%, care reduce punctul de topire și îmbunătățește fluiditatea aliajului.

siliciu 0,5%, care îmbunătățește calitatea turnărilor și crește fluiditatea aliajului.

fier 0,5%, creșterea fluidității, creșterea calității turnării.

azot 0,1%, care reduce punctul de topire și îmbunătățește fluiditatea aliajului. În același timp, o creștere a azotului cu peste 1% înrăutățește ductilitatea aliajului.

beriliu 0-1,2%

aluminiu 0,2%

PROPRIETĂȚI: KHS are proprietăți fizice și mecanice ridicate, densitate relativ scăzută și fluiditate excelentă, permițând turnarea produselor dentare ajurate de înaltă rezistență. Punctul de topire este 1458C, vâscozitatea mecanică este de 2 ori mai mare decât cea a aurului, rezistența minimă la tracțiune este de 6300 kgf/cm2. Un modul mare de elasticitate si o densitate mai mica (8 g/cm3) permit realizarea unor proteze mai usoare si mai durabile. De asemenea, sunt mai rezistente la abraziune și păstrează strălucirea ca oglindă a suprafeței, dată de lustruire pentru o perioadă mai lungă de timp. Datorită proprietăților sale bune de turnare și anticoroziune, aliajul este utilizat în stomatologia ortopedică pentru fabricarea de coroane turnate, punți, diferite modele de proteze dentare turnate solide, cadre de proteze metalo-ceramice, proteze detașabile cu baze turnate, atele. dispozitive, cleme turnate.

FORMA DE LANSAREA: produs sub forma de semifabricate rotunde cu o greutate de 10 si 30 g, ambalate in 5 si 15 buc.

Toate aliajele metalice produse pentru stomatologia ortopedică sunt împărțite în 4 grupe principale:

Bygodents sunt aliaje pentru proteze dentare turnate.

KH-Dents - aliaje pentru proteze metalo-ceramice.

NX-Dents - aliaje de nichel-crom pentru proteze metalo-ceramice.

Dentanele sunt aliaje fier-nichel-crom pentru proteze dentare.

1. Byugodents. Sunt un aliaj multicomponent.

COMPOZIȚIE: cobalt, crom, molibden, nichel, carbon, siliciu, mangan.

PROPRIETATI: densitate - 8,35 g/cm 3, duritate Brinell - 360-400 HB, punctul de topire al aliajului - 1250-1400C.

APLICAȚIE: utilizat pentru fabricarea protezelor dentare turnate, agrafe, dispozitive de atelă.

Bygodent CCS vac (moale)- contine 63% cobalt, 28% crom, 5% molibden.

Bygodent CCN vac (normal) - conține 65% cobalt, 28% crom, 5% molibden și continut crescut carbon și nu conține nichel.

Bygodent CCH vac (solid)- baza este cobalt - 63%, crom - 30% și molibden - 5%. Aliajul are continut maxim carbon - 0,5%, aliat suplimentar cu niobiu - 2% și nu conține nichel. Are parametri de elasticitate și rezistență excepțional de înalți.

Byugodent CCC vac (cupru)- baza este cobalt - 63%, crom - 30%, molibden - 5%.Compoziția chimică a aliajelor include cupru și un conținut ridicat de carbon - 0,4%. Ca rezultat, aliajul are proprietăți elastice și de rezistență ridicate. Prezența suprafețelor de adâncime în aliaj facilitează lustruirea, precum și alte prelucrări mecanice ale protezelor realizate din acesta.

Bygodent CCL vac (lichid)- pe lângă cobalt - 65%, crom - 28% și molibden - 5%, aliajul conține bor și siliciu. Acest aliaj are o fluiditate excelentă și proprietăți echilibrate.

2. KH-Dents

APLICAȚIE: Folosit pentru realizarea ramelor metalice turnate cu căptușeală de porțelan. Film de oxid, format pe suprafata aliajelor, permite aplicarea de acoperiri ceramice sau vitroceramice. Există mai multe tipuri de acest aliaj: CS, CN, CB, CC, CL, DS, DM.

KH-Dent CN aspirator (normal) conține 67% cobalt, 27% crom și 4,5% molibden, dar nu conține carbon și nichel. Acest lucru îmbunătățește semnificativ caracteristicile plastice și reduce duritatea.

KH-Dent CB aspirator (Bondy) are următoarea compoziție: 66,5% cobalt, 27% crom, 5% molibden. Aliajul are buna combinatie turnare și proprietăți mecanice.

3. NH-Dents

COMPOZIȚIE: nichel - 60-65%; crom - 23-26%; molibden - 6-11%; siliciu - 1,5-2%; nu contin carbon.

Aliaje NH-Dent pe bază de nichel-crom

APLICARE: pentru coroane metalo-ceramice de înaltă calitate și punți mici, au duritate și rezistență ridicate. Cadrele pentru proteze pot fi ușor șlefuite și lustruite.

PROPRIETĂȚI: aliajele au proprietăți bune de turnare și conțin aditivi de rafinare, ceea ce permite nu numai obținerea unui produs de înaltă calitate la turnarea în mașini de topire prin inducție de înaltă frecvență, dar și reutilizarea până la 30% din porți în topituri noi. Există mai multe tipuri de acest aliaj: NL, NS, NH.

NH-Dent NS aspirator (moale) - conține nichel - 62%, crom - 25% și molibden - 10%. Are stabilitate dimensională ridicată și contracție minimă, ceea ce face posibilă turnarea podurilor lungi într-o singură etapă.

NH-Dent NL vac (lichid) - conține 61% nichel, 25% crom și 9,5% molibden. Acest aliaj are proprietăți bune de turnare, făcând posibilă obținerea de piese turnate cu pereți subțiri, ajurati.

4.Dentans

PROPRIETATI: Aliajele de tip Dentan sunt dezvoltate pentru a inlocui otelurile inoxidabile turnate. Au o ductilitate și o rezistență la coroziune semnificativ mai mare datorită faptului că conțin de aproape 3 ori mai mult nichel și cu 5% mai mult crom. Aliajele au proprietăți bune de turnare - contracție scăzută și fluiditate bună. Foarte maleabil la prelucrare.

APLICAȚIE: utilizat pentru realizarea turnării coroane simple, coroane turnate cu căptușeală din plastic. Există mai multe tipuri de acest aliaj: DL, D, DS, DM.

Dentan D conține 52% fier, 21% nichel, 23% crom. Are o ductilitate ridicată și rezistență la coroziune, are o contracție scăzută și o fluiditate bună.

Dentan DM conține 44% fier, 27% nichel, 23% crom și 2% molibden. Molibdenul a fost introdus suplimentar în aliaj, ceea ce a crescut rezistența acestuia în comparație cu aliajele anterioare, când se compară același nivel de prelucrabilitate, fluiditate și alte proprietăți tehnologice.

Pentru unele aliaje de nichel-crom, prezența unei pelicule de oxid poate fi negativă deoarece temperatura ridicataÎn timpul arderii, oxizii de nichel și crom se dizolvă în porțelan, colorându-l. O creștere a cantității de oxid de crom din porțelan duce la o scădere a coeficientului său de dilatare termică, ceea ce poate determina desprinderea ceramicii de metal.

Aliaje de titan

PROPRIETĂȚI: aliajele de titan au proprietăți tehnologice și fizico-mecanice înalte, precum și inerție biologică. Punctul de topire al aliajului de titan este 1640C. Produsele fabricate din titan au inerție absolută față de țesuturile bucale, absența completă a efectelor toxice, termoizolante și alergice, grosime și greutate reduse cu o rigiditate suficientă a bazei datorită rezistenței specifice ridicate a titanului, precizie ridicată a reproducerii celor mai mici detalii ale relieful patului protetic.

Foaie VT-100- folosit la fabricarea coroanelor stantate (grosime 0,14-0,28mm), a bazelor stantate (0,35-0,4mm) a protezelor amovibile.

VT-5L - turnare prin injecție - folosit pentru fabricarea coroanelor turnate, podurilor, ramelor de proteze cu atelă, baze metalice turnate.