Implant de titan. Implanturi cilindrice, conice și plăci

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

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

Acest material are o istorie interesantă, care a adus numeroase descoperiri, căreia îi datorează succesul actual, realizat într-un timp foarte scurt. Astăzi, titanul este utilizat cu succes în industria auto și aeronautică, în nave spațiale și construcții navale, oriunde este necesară o protecție eficientă împotriva coroziunii și, bineînțeles, în medicină.

Odată cu creșterea reacțiilor alergice la diferite metale și aliaje metalice utilizate în medicină și stomatologie, titanul este văzut ca 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, carcasele pentru stimulatoare cardiace și aparate auditive sunt 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 căruia nu se corodează și nu eliberează ioni metalici liberi, care sunt capabili să provoace procese patologice în jurul implantului sau protezei. Astăzi, titanul ne oferă posibilitatea de a folosi un singur metal în cavitatea bucală. Putem realiza aproape orice design. Nu există reacții electrochimice între diferitele părți ale protezelor, iar țesuturile din jurul protezei rămân libere de ioni metalici.

Inlay-uri și onlay-uri, coroane și punți turnate și furniruite, proteze clasp și baze turnate pentru proteze complete detașabile, proteze combinate și protetice pe implanturi (inclusiv implanturile în sine) - aceasta este gama de aplicații de titan la care nici cei mai optimiști nu visau .

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 titanului și procesării acestuia într-un laborator dentar.

Orez. unu

Orez. 2

Orez. 3

Orez. patru

Orez. 5

Orez. 6

Orez. 7

Orez. opt

Orez. 9

Orez. zece

Orez. unsprezece

În medicină, primele experimente privind utilizarea titanului au început în anii 40 cu implantarea cilindrilor de titan în țesuturile moi ale animalelor, care au decurs fără o reacție a corpului.

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

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

Primele experimente cu turnarea titanului în domeniul stomatologic au fost făcute de Dr. Waterstraat în 1977.

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

Metodele de prelucrare la rece a titanului - cum ar fi frezarea - fabricarea implanturilor sau frezarea cadrelor de 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, din cauza costului său nu foarte mare, în raport cu tehnologiile CAD/CAM în curs de dezvoltare și, în al doilea rând, ca singura metodă de fabricare a cadrelor de proteză cu închizătoare în prezent.

Turnare de titan

După cum am observat reactivitatea ridicată a titanului, este necesar un punct de topire ridicat, o densitate scăzută necesită o mașină de turnare specială și 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 Schutzdental (Germania) și sistemul de la compania japoneză Morita. Astăzi ne vom familiariza cu sistemul de turnare Rematitan în detaliu. În primul rând, pentru că, în opinia noastră, acesta este cel mai bun sistem care vă permite să obțineți turnare de o calitate foarte înaltă și stabilă, 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 turnătoria Rematitan-Autocast sau Autocast-Universal.

Mașinile de turnare autoturnată se bazează pe principiul topirii titanului într-o atmosferă protectoare de argon pe un creuzet de cupru prin intermediul unui arc voltaic, la fel cum buretele de titan este aliat în industrie pentru a obține titan pur. Turnarea metalului în cuvă are loc cu ajutorul vidului în camera de turnare și a presiunii crescute a argonului în camera de topire - în timpul răsturnării creuzetului.

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

La începutul procesului, atât camerele de topire (în partea de sus) cât și camerele de turnare (în partea de jos) sunt spălate cu argon, apoi un amestec de aer și argon este evacuat din ambele camere, după care camera de topire este umplută cu argon. iar în turnătorie se formează un vid. Arcul voltaic este pornit și începe procesul de topire a titanului. După ce a trecut un anumit timp, creuzetul de topire se răstoarnă brusc și metalul este aspirat în formă în vid, greutatea proprie și presiunea crescândă a argonului în acest punct contribuie, de asemenea, 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, necesită materiale speciale de investiție, care sunt fabricate pe bază de oxizi de aluminiu și magnezie, care, la rândul lor, fac posibilă reducerea stratului de reacție al titanului la minim. Dentaurum oferă mai multe astfel de mase, de exemplu Rematitan Plus - o masă de investiție pentru turnarea protezelor cu fermoar, Rematitan Ultra și mase de investiție Trinell pentru turnarea coroanelor și punților (Fig. 3, 4). Trinell, de exemplu, este o nouă generație de materiale de investiții pentru titan. Prima investiție de mare viteză din lume pentru titan, care economisește mult timp și oferă o suprafață metalică foarte curată, practic fără un strat de reacție.

Titan - metal de turnătorie

Tritan 1 și Rematitan M. Min. 99,5% puritate chimică. 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 aparține titanului de gradul 4, o rezistență la tracțiune și o elasticitate semnificativ crescute, fac posibilă utilizarea în protezele cu fermoar și pentru lucrări de pod de mare lungime.

Ce trebuie să știți când lucrați cu titan?

Caracteristici de simulare

Rama realizată pentru furnir ceramic trebuie să aibă o formă anatomică redusă a dintelui. Suportul intern al ceramicii de cadru este foarte important, in plus, pentru un schimb 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 de mare lungime este necesară și prezența unei ghirlande pentru a întări cadrul. Grosimea capacelor trebuie să fie de cel puțin 0,4-0,5 mm. Cadrele protezelor cu fermoar sunt modelate și ele ceva mai groase, în raport cu ramele din aliaje de crom-cobalt.

prinderea

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

Canalele de canalizare subacvatice către obiectul turnat cu un diametru de 3 mm și o înălțime 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 îmbinările 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 sprue pentru protezele clasp, și în special pentru baze turnate pentru proteze complete amovibile, este, de asemenea, diferit de sistemele sprue 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, 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 prin vid sau presiune de argon. Distinctive sunt metoda de conducere 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 este realizat materialul de investiție și de reacțiile rezultate cu titanul lichid.

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

Modificarea structurii cristaline

Pentru aplicațiile dentare, trecerea titanului la o temperatură de 882,5 ° C de la o stare cristalină la alta este de mare importanță. Titanul trece la această temperatură de la titanul alfa cu o rețea cristalină hexagonală la titanul Wetta cu una cubică. Ceea ce presupune nu este doar o modificare a parametrilor săi fizici, ci și o creștere cu 17% a volumului acestuia.

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 protector subțire de oxid, care îl protejează în viitor de coroziune și provoacă o bună toleranță a titanului 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 cu abur a cadrului, este necesar să lăsați cadrul pentru cel puțin 5 minute. fi pasivat. O proteză proaspăt lustruită trebuie pasivată timp de cel puțin 10-15 minute, altfel nu există garanția unui luciu bun al lucrării finite.

Cerințe de prelucrare în funcție de material

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

Prelucrarea corectă poate fi realizată cu succes numai cu freze speciale pentru titan, cu o tăietură transversală specială (Fig. 10). Unghiul redus al suprafeței de lucru face posibilă îndepărtarea optimă a metalului destul de moale, în același timp o bună răcire a instrumentului. Prelucrarea titanului trebuie făcută fără presiune puternică asupra unealtei.

Cu o unealtă greșită sau o presiune puternică, este posibilă supraîncălzirea locală a metalului, însoțită de o formare puternică de oxid și o schimbare a rețelei cristaline. Vizual, pe obiectul prelucrat, are loc o schimbare a culorii și suprafața se asprește ușor. În aceste locuri, nu va exista aderența necesară la ceramică (posibilitatea de fisuri și așchii), dacă acestea nu sunt zone furniruite, atunci procesarea 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 orice reziduuri de titan.

Utilizarea diferitelor discuri și pietre de carborundum, sau capete de diamant în prelucrarea titanului, 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 cadrelor de proteză cu închidere, iar utilizarea capetelor de diamant ar trebui exclusă complet. Slefuirea și lustruirea ulterioară a zonelor expuse de titan este posibilă numai folosind cauciucuri abrazive 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 munca mea zilnică folosesc instrumente de prelucrare de la Dentaurum (Fig. 11).

Parametri de prelucrare potriviți pentru titan:

– Viteză mică de rotație a piesei de mână – max. 15.000 rpm

– Presiune scăzută a sculei

– Prelucrare periodică.

– Prelucrarea cadrului într-o singură direcție.

– Evitați colțurile ascuțite și suprapunerile metalice.

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

– Curățarea periodică a tăietorilor cu jet de abur și perie din fibră de sticlă.

Sablarea titanului

Sablarea înainte de aplicarea stratului de lipire pentru acoperirea ceramică, precum și pentru placarea cu materiale compozite trebuie să respecte următoarele cerințe:

– Pur, numai oxid de aluminiu de unică folosință.

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

– Presiunea maximă a creionului 2 bar.

– Direcția curgerii nisipului în unghi drept față de suprafață.

După procesare, este necesar să lăsați obiectul prelucrat timp de 5-10 minute. pasivată, iar apoi curăță suprafața cu abur.

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

În cea de-a doua parte a articolului nostru, care va fi publicat într-unul din numerele următoare, vom lua în considerare aspectele din titan - fatete ceramice, fațete cu materiale compozite, posibilitatea de fabricare a protezelor cu închizător și închizător combinat din titan.

Informații importante:

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

· Numărul ordinal în sistemul periodic 22;

Titanul are capacitatea de a rămâne inert mult timp în organism;

· Titanul pur este utilizat în proteze dentare în patru clase (de la T1 la T4);

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

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

Placările ceramice necesită ceramică specială;

· Punct de topire 1 668 °С, reactivitate ridicată;

Utilizarea mașinilor speciale de turnare și a materialelor de investiții;

Densitate 4,51 g/cm3;

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 fost utilizate pentru prima dată în practica stomatologică în anii 1930 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 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; un exces 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, prevenind formarea unei a doua faze fragile. Molibdenul este introdus pentru a forma o structură cu granulație fină a materialului prin crearea mai multor centre de cristalizare în timpul procesului de solidificare. Acest lucru are avantajul suplimentar că molibdenul, împreună cu fierul, asigură o întărire semnificativă a soluției solide. Cu toate acestea, boabele sunt destul de mari, deși limitele lor sunt foarte greu de definit din cauza structurii dendritice grosiere a aliajului.

Carbonul, care este 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 foarte mult rezistența și duritatea aliajului. Cu toate acestea, prea multă carbură poate duce la fragilitatea excesivă a aliajului. Acest lucru prezintă o problemă pentru tehnicianul dentar care trebuie să se asigure că aliajul nu absoarbe excesul de carbon în timpul topirii și turnării. Distribuția carburilor depinde și de temperatura de turnare și de gradul de răcire, deoarece monocristalele de carburi de-a lungul granițelor de cereale sunt mai bune decât stratul lor continuu din jurul bobului.

Proprietăți

Pentru tehnicianul dentar, aceste aliaje sunt mai dificil de lucrat decât aliajele cu aur, deoarece trebuie încălzite la temperaturi foarte ridicate înainte de a fi turnate. 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 în mare măsură rezolvată 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 care sunt 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 o suprafață lustruită curat durează mai mult, ceea ce reprezintă un avantaj semnificativ pentru protezele dentare amovibile.

Lipsa ductilității, exacerbată de incluziunile de carbon, este o problemă specială și în special pentru că aceste aliaje sunt predispuse la formarea porilor în timpul turnării. Atunci când sunt combinate, aceste neajunsuri pot duce la ruperea clemelor dentare amovibile.

Cu toate acestea, există mai multe proprietăți ale acestor aliaje care le fac aproape ideale pentru cadrele de proteză parțială. Modulul de elasticitate al aliajului 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 prindere, pot fi realizate cu o secțiune transversală mai subțire, păstrând în același timp rigiditatea necesară.

Combinația unui modul de elasticitate atât de mare cu o densitate care este de aproximativ jumătate din cea a aliajelor purtătoare de aur ușurează foarte mult greutatea piesei turnate. Acesta este, fără îndoială, un mare avantaj pentru confortul pacientului. Adăugarea de crom oferă aliaje rezistente la coroziune care sunt utilizate în multe implanturi, inclusiv articulațiile șoldului și genunchiului. Prin urmare, se poate afirma cu încredere că aceste aliaje au un grad ridicat de biocompatibilitate.

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

aliaje de titan

Interesul pentru titan în ceea ce privește utilizarea sa în fabricarea protezelor dentare amovibile și neamovibile a apărut odată cu introducerea titanului.

Implanturi dentare Vyh. Titanul are o serie de proprietăți unice, inclusiv rezistență ridicată la densitate scăzută și biocompatibilitate. În plus, s-a presupus că, dacă pentru fabricarea coroanelor și punților pe bază de implanturi de titan se folosea un alt metal decât titanul, acest lucru ar putea duce la 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 (de exemplu rutil) în prezența carbonului sau a clorului. TiCl4 obținut în urma încălzirii este redus de sodiu topit pentru a forma un burete de titan, care este apoi topit sub vid sau în argon pentru a obține o țagla (lingotă) de metal.

Compus

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

Titan pur comercial

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 sunt mai solubile în structura hexagonală compactă a fazei α decât în ​​structura cubică a fazei 3. Aceste elemente formează soluții solide intermediare cu titan și contribuie la stabilizarea fazei α. Elemente precum molibdenul, niobiul și vanadiul acționează ca stabilizatori P.

Aliaj 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 stabilizator a, iar vanadiul acționează ca un stabilizator B. Când sunt adăugate la titan, temperatura la care are loc tranziția rx-P este scăzută, astfel încât ambele forme să poată 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 rezistenței lor ridicate la tracțiune (-500 MPa) și capacității de a rezista la temperaturi ridicate. Modulul elastic al tech.h.T titan pur 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 depind în mare măsură de conținutul de oxigen și, deși rezistența la tracțiune, indicele de deformare permanentă și duritatea cresc odată cu creșterea concentrației de oxigen, toate acestea vin în detrimentul unei scăderi a ductilității metal.

Prin aliarea titanului cu aluminiu și vanadiu, este posibil să se obțină o gamă largă de proprietăți mecanice ale aliajului care depășesc proprietățile titanului pur comercial de gradul de puritate tehnică. Astfel de aliaje de titan sunt un amestec de faze a și P, în care faza oc este relativ moale și ductilă, iar faza P este din ce în ce mai dura, deși are o oarecare plasticitate. Astfel, prin modificarea proporțiilor relative ale fazelor se poate obține o mare varietate de proprietăți mecanice.

Pentru aliajul Ti - 6% Al -4% V, se poate obține o rezistență la tracțiune mai mare (-1030 MPa) decât pentru titanul pur, care extinde domeniul de aplicare al aliajului, inclusiv atunci când este expus la sarcini mari, de exemplu, în fabricarea protezelor dentare parţiale .

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 bine definită cu o curbă S - N (stres - număr de cicluri), stabilizându-se după 10 - 10 cicluri de solicitare alternativă, a cărui valoare este stabilită cu 40-50% mai mică decât rezistența la tracțiune. Astfel, acelea 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 știți, 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 este foarte reactiv, ceea ce în acest caz este rezistența sa, deoarece oxidul format la suprafață (TiO2) este extrem de stabil și are un efect de pasivizare asupra restului metalului. Rezistența ridicată a titanului la coroziune în domeniul biologic de aplicare este bine studiată și confirmată de multe studii.

Turnarea aliajelor de titan este o problemă tehnologică serioasă. Titanul are un punct de topire ridicat (~1670°C), ceea ce face dificilă compensarea contracției de turnare în timpul răcirii. Datorită reactivității ridicate a metalului, turnarea trebuie efectuată sub vid sau în atmosferă inertă, ceea ce necesită utilizarea unor echipamente speciale. O altă problemă este că topitura tinde să reacţioneze cu matriţa materialului de turnare refractar, formând un strat de calcar pe suprafaţa turnării, ceea ce reduce potrivirea protezei. La construirea de proteze (suprastructuri) suportate de implanturi, trebuie menținută o toleranță foarte strânsă pentru a obține o potrivire bună la implant. În caz contrar, retenția implantului în os poate fi afectată. În turnările de titan, porozitatea internă poate fi observată adesea. Prin urmare, pentru fabricarea protezelor din titan sunt folosite și alte tehnologii, cum ar fi tehnologiile CAD/CAM în combinație cu rularea și eroziunea prin scânteie.

Unele dintre proprietățile aliajelor de metal de bază discutate mai sus sunt prezentate în Tabelul 3.3.7.

concluzii

Există multe aliaje diferite folosite în stomatologie astăzi. 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 protezelor. Cu toate acestea, aliajele cu costuri reduse tind să necesite costuri suplimentare pentru fabricarea protezelor și, în final, costul mai mic al aliajului este adesea compensat de costul crescut de fabricație a protezei. De asemenea, este important să rețineți că conținutul ridicat de aur din aliaj deschide o mare posibilitate de fabricare a unei proteze dentare de înaltă calitate.

Semnificație clinică

Stomatologul, nu tehnicianul dentar, este singurul responsabil pentru alegerea 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();"> Teză - 480 de ruble, transport 10 minute 24 de ore pe zi, șapte zile pe săptămână și de 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 (cercetare clinică experimentală): disertație ... Doctor în științe medicale: 14.00.21 / Musheev Ilya Ureevich; [Locul de apărare: GOU „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 la nivelul dentiției 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 de comparare a titanului turnat și măcinat 79

2.1.4. Metodă de studiere a compoziției, structurii și proprietăților fizice și mecanice ale aliajului 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 studii electrochimice 85

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

2.2.4. Investigarea efectului refacerii suprafețelor din aliaje dentare 87

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

2.2.6. Estimarea vitezei de coroziune în condiții staționare 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. Caracterizarea materialului clinic și a metodelor de cercetare clinică 96

2.5. Prelucrarea statistică a rezultatelor cercetării 97

Capitolul 3. Rezultatele cercetării proprii

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 potenţialelor electrice staţionare ale aliajelor dentare 131

3.2.2. Caracteristicile electrochimice ale aliajelor după tratamentul termic în timpul depunerii 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. Efectul 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 a curenților de contact în timpul reînnoirii suprafeței elementelor perechilor de contact și studiul 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 în timpul reînnoirii suprafeței elementelor perechilor de contact și studiul 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 construcțiilor ortopedice pe rame metalice 211

Capitolul 4. Discutarea rezultatelor studiului 222

Referințele 242

Introducere în muncă

Relevanța cercetării.În ortopedie modernă

Aliajele metalice sunt utilizate pe scară largă în stomatologie ca cadre turnate ale protezelor dentare fixe și amovibile. În Rusia, aliajele cobalt-crom și nichel-crom sunt comune ca materiale structurale metalice; utilizarea aliajelor purtătoare de aur este neglijabilă. Aliajele de titan bioinerte sunt folosite mult mai rar deoarece turnarea titanului necesită echipamente speciale; experiența clinică și tehnologică cu aliajele de titan nu este suficientă.

Între timp, proprietățile excelente de biocompatibilitate ale titanului, ușurința și rezistența structurilor de titan sunt bine cunoscute; este posibilă furnirarea cadrelor din titan cu ceramică. Cererea de aliaje care conțin titan pentru protezele 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 pe echipamente CAD/CAM după scanarea modelului și modelarea virtuală a protezei. Există informații insuficiente în literatura de specialitate cu privire la performanța 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 analizate în

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

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

De mare interes este aliajul de titan cu efect de restaurare 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 sunt pe deplin înțelese, mai ales sub aspect comparativ. Din punctul de vedere al electrochimiei, nu a existat nicio justificare pentru alegerea aliajelor optime pentru protezele dentare bazate pe implanturi de nicheliură de titan cu efect de restaurare a formei.

Scopul studiului: fundamentarea clinică și de laborator a utilizării aliajelor și tehnologiilor de titan pentru prelucrarea acestora în clinica de stomatologie ortopedică și implantologie.

Obiectivele cercetării:

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

Comparați compoziția, structura și proprietățile aliajului de titan pentru frezarea protezelor CAD/CAM și a titanului turnat, precum și proprietățile aliajelor după retopire.

Pentru a dezvălui influența aliajelor dentare asupra caracteristicilor proliferative ale culturii de celule stem mezenchimale umane.

Studierea în condiții de laborator a indicatorilor rezistenței la coroziune a protezelor turnate și metalo-ceramice utilizând aliaje dentare uzuale și aliaje de titan.

Pentru a stabili caracteristicile electrochimice ale utilizării implanturilor din titan și nicheliură de titan, inclusiv în cazul încălcării (reînnoirii) suprafeței protezelor și implanturilor în timpul funcționării acestora.

Stabiliți diferențe în comportamentul electrochimic al aliajelor dentare cu o modificare experimentală a caracteristicilor unui mediu electro-coroziv (pH, grad de aerare).

Pentru a studia efectul încărcării dinamice a protezelor și implanturilor din titan asupra parametrilor lor electrochimici.

Efectuați o evaluare subiectivă și obiectivă a structurilor protetice din diverse aliaje dentare, inclusiv a celor pe implanturi și a celor realizate folosind tehnologia CAD/CAM, pe termen lung după terminarea tratamentului ortopedic.

Științific noutate cercetare. Pentru prima dată

Nanoindentația a studiat în condiții experimentale similare principalele proprietăți mecanice: duritatea, modulul de elasticitate, procentul de deformare recuperabilă - aliaje dentare uzuale, aliaje de titan și nicheliură de titan. În același timp, au fost efectuate pentru prima dată studii tribologice ale aliajelor dentare, inclusiv ale aliajelor care conțin titan; a fost efectuată o comparație a rezistenței lor la uzură și a naturii distrugerii aliajelor conform microfotografiilor.

Pentru prima dată, compoziția, structura, caracteristicile fizice și mecanice ale semifabricatelor standard de titan pentru turnare și frezare (folosind tehnologia CAD/CAM) au fost comparate utilizând analiza metalografică, prin difracție de raze X și măsurarea nanoindentației. 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, potențialele electrice ale aliajelor de titan și ale nichelidei de titan au fost studiate în dinamică în comparație cu aliajele dentare nenobile și nobile din salivă artificială, inclusiv după ciclul lor termic cu căptușeala ceramică a protezelor. Pentru prima dată, a fost stabilită o modificare a potențialelor electrice ale aliajelor cu o modificare a parametrilor (pH, aerare) ai salivei artificiale și cu o încărcare dinamică a structurilor metalice.

Pentru prima dată, parametrii electrochimici ai perechilor de contact „cadru proteză - implant de susținere” au fost studiați 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 nichel-titan și titan, precum și a cadrelor metalice ale protezelor dentare fixate pe acestea.

Pentru prima dată în cultura de celule stem mezenchimale umane, toxicitatea aliajelor dentare a fost studiată 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, turnate și titan CAD/CAM 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 dezvăluite anumite defecte metalurgice ale semifabricatelor standard de titan. Pe exemplul unui aliaj dentar neprețios, s-a confirmat efectul negativ al topirii repetate asupra structurii și proprietăților sale fizice și mecanice, menținând în același timp compoziția.

Sunt date principalele caracteristici fizice și mecanice

aliaje dentare, aliaje de titan și nicheliură de titan conform

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

Din punct de vedere al electrochimiei, avantajele și dezavantajele diferitelor aliaje dentare (inclusiv aliaje cu conținut de titan) sunt prezentate în diferite condiții de funcționare: în prezența protezelor solide sau metalo-ceramice, inclusiv a celor bazate pe implanturi de titan sau nichel-titan, și cu încălcarea suprafeței lor. Se demonstrează că oportunitatea protezelor metalo-ceramice cu căptușeală completă de cadre metalice reduce riscul dezvoltării reacțiilor electrochimice în cavitatea bucală și reduce resursele operaționale ale protezelor.

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 statisticile scăderii proprietăților funcționale și estetice ale protezelor dentare pe bază de rame metalice din diferite aliaje dentare, precum și complicațiile toxice și chimice. Eficacitatea utilizării protezelor pe cadre din titan turnat și frezat a fost fundamentată clinic la înlocuirea defectelor din dentiție și la utilizarea implanturilor de titan.

Dispoziții de bază pentru apărare.

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

utilizarea aliajelor care conțin titan și 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 încălcarea integrității suprafeței protezei în timpul funcționării acesteia, precum și retopirea repetată a aliajului.

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

Compoziția și proprietățile aliajelor de titan pentru turnare și frezare sunt similare; Protezele CAD/CAM din titan 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 dentare nu duce la manifestări clinice de coroziune de contact, cu condiția respectării unei igiene orale atente.

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 primul congres 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 Școlii Centrale de Medicină Nr. 119 (Moscova, 2008); la a V-a Conferință științifică și practică panrusă „Educație, știință și practică în stomatologie” pe tema „Implantologie în stomatologie” (Moscova, 2008); la o întâlnire a personalului 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 Agenției Federale Medicale și Biologice din Rusia, Institutul Central de Cercetare de Stomatologie și Chirurgie Maxilo-facială, Centrul Național Medical și Chirurgical, clinica KARAT (Novokuznetsk) , clinica CSP-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, Departamentul de Stomatologie de Practică Generală cu un curs de tehnicieni dentari al Universității Medicale de Stat din Moscova, Laboratorul de Materiale Medicale ale MISiS.

Volumul și structura disertației. Lucrarea este prezentată pe 265 de coli de text dactilografiat, constă dintr-o introducere, o trecere în revistă a literaturii, trei capitole de cercetare proprie, concluzii, recomandări practice și un index de literatură. 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 aceste două grupuri. În procesul lucrărilor dentare, aceste diferențe trebuie luate în considerare. 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 cu 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 altele

Compoziția aliajelor neprețioase, în special, 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, 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 dintr-o proteză cu fermoar, care este realizată dintr-un aliaj cobalt-crom de înaltă calitate, corespunde aproximativ cu cantitatea de nichel consumată zilnic cu alimente.

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

În prezent, aliajele de nichel-crom sunt utilizate pe scară largă pentru prelucrarea metalo-ceramică împreună cu aliajele de cobalt-crom. Prototipul acestor aliaje a fost aliajul rezistent la căldură „NIKhROM” -Kh20N80, care este utilizat în industrie pentru fabricarea elementelor de încălzire. Pentru o rigiditate mai mare, este aliat cu molibden sau niobiu, pentru a îmbunătăți calitățile de turnare - cu siliciu.

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

Titanul este cel mai greu element de obținut într-o formă absolut pură. Pe baza reactivității sale ridicate, leagă unele 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). Din cauza proprietăților mecanice, nu este întotdeauna recomandabil să folosiți un metal de cea mai înaltă categorie. Impuritățile care conțin titan au proprietăți mecanice mai bune.

Dezvoltatorii de aliaje recomandă fabricarea anumitor structuri ortopedice din diverse aliaje dentare. Deci, pentru fabricarea inlay-urilor, aurul este recomandat cu referința producătorului - „excelent”; cu referința „utilizare posibilă” se referă la aliaje 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 „excelent”, iar cu căptușeală ceramică - aur, paladiu, cobalt, nichel, titan (este posibil să se folosească argint aliaje pe bază). Pentru protezele cu fermoar, aliajele pe bază de cobalt sunt „excelent” iar aliajele pe bază de aur, paladiu, cobalt, nichel și titan sunt „posibile de utilizat”. Potrivit producătorilor, implanturile sunt excelente pentru fabricarea din titan, dar posibil dintr-un aliaj cobalt-crom. Supraconstrucțiile sunt recomandate să fie realizate cu marcajul „potrivire excelentă” din aur, paladiu, cobalt, nichel, titan. Autorul acestei disertații nu este de acord cu materialele care vor fi folosite pentru implanturi și suprastructuri, întrucât consideră corectă utilizarea principiului monometalului (titanului) în implantologie.

Pe lângă caracteristicile fizice și mecanice, alegerea aliajului este importantă pentru compatibilitatea sa biologică. 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. Având în vedere comportamentul la coroziune a aliajelor de metale de bază (aliaje 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 corpului uman pentru funcționarea sa. 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

Urgența problemei reacțiilor toxico-chimice și alergice la utilizarea aliajelor dentare nu dispare.

Deci Dartsch RS, Drysch K., Froboess D. au studiat toxicitatea prafului industrial într-un laborator dentar, în special, care conține aliaje de aliaje dentare nobile și neprețioase. Pentru studiu, culturile celulare L-929 (fibroblaste de șoarece) au fost utilizate pentru a determina numărul de celule vii și pentru a calcula factorul de creștere celulară în prezența prafului metalic timp de trei zile. În acest caz, au fost modelate trei opțiuni de expunere: când praful a intrat în gură (soluție de salivă sintetică conform EN ISO 10271 - pH 2,3), când a intrat pe pielea mâinilor (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 transpirație 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, factorul de creștere a fost de 1,3 dublari ale populației (adică, fiecare celulă a coloniei împărțită în două de aproximativ 1,3 ori pe zi), nivelul de scădere a factorului de creștere al celulelor cu extracte de probă depindea de gradul de diluarea lor. Toxicitatea maximă are o probă colectată direct la locul de muncă al tehnicianului, a cărei compoziție include praf de metale nobile și de bază. Aceasta înseamnă că prelucrarea aliajelor în producția de cermet este asociată cu riscuri evidente pentru sănătate. Acest lucru se aplică pe deplin eșantionului prelevat din sistemul central de ventilație al laboratorului.

Intoleranța la materialele dentare structurale se bazează pe caracteristicile 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 salivei, studiul compoziției și parametrilor salivei, analize de sânge, utilizarea metodei de diagnosticare a acupuncturii conform R. Voll, diagnosticarea punctului continuu, măsurarea indicelui de reactivitate bioelectromagnetică a țesuturilor, teste de expunere și provocatoare, teste leucopenice și trombopenice, teste epicutanate, metode imunologice de cercetare . Autorii au dezvoltat teste alergologice epimucoase intraorale, în care starea microvasculaturii este evaluată folosind biomicroscopia 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. Testul imunosorbent legat de enzime a fost utilizat cu kiturile corespunzătoare de reactivi ZAO Vector-Best. S-a stabilit o creștere a conținutului de citokine proinflamatorii din salivă la pacienții cu intoleranță la proteze, activarea răspunsului imun celular fără activarea autoimunizării și a proceselor 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. Mecanismul fiziologic de diagnosticare 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 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 microcirculația și metabolismul în țesut la nivel celular. Proba de material dentar studiat 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 s-a reflectat în citirile dispozitivului. In plus, aparatul are 2 ghidaje de lumina; în starea inițială, ghidajul de lumină este pornit, corespunzătoare 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 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 APPA-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 Nano-Hardness Tester automat (CSM Instr.) la sarcini de 5 și 10 mN în aer folosind un indentor cu 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 testarea rezistenței la uzură pe aceleași probe. Avantajul metodei de nanoindentare este că analiza unei serii de curbe experimentale „încărcare-descărcare” face posibilă 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 o suprafață plană de câțiva mm2. Calculele durității și modulului de elasticitate au fost efectuate conform metodei Oliver-Farr folosind programul de calcul și control „Indentation 3.0”. Conform datelor experimentale, recuperarea elastică a materialului este calculată și ca raport dintre deformarea elastică și totalul R=(hm-hf)/hm-100%, unde hm este adâncimea maximă de imersie, hf este adâncimea de amprentă. după ce sarcina este îndepărtată. Fiecare valoare a fost mediată pe 6-12 măsurători.

Vedere generală a setării Nano-Hardness Tester. Proba de testat este plasată pe masa obiectului, apoi un inel de safir este coborât pe suprafața probei, care rămâne în contact cu materialul de testat 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 în timpul nanoindentării Ciclul de încărcare-descărcare are loc la o anumită viteză și expunere. Datele rezultate sunt prezentate ca un grafic al dependenței sarcinii de adâncimea indentării (Fig. 3).

Pentru a calibra testerul 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 conform schemei „tijă-disc” au fost efectuate pe o instalație automată „Tribometru” (CSM Instr.) (în mediu de soluție biologică (Fig. 4, 5, Tabelul 2). Această schemă face posibilă apropie studiile de laborator de interacțiunea reală a unui produs turnat cu smalțul dinților. O bilă certificată cu diametrul de 3 mm din oxid de aluminiu (modulul Young E = 340 GPa, raportul Poisson 0,26, duritate 19 GPa) a servit drept contracorp fix Oxidul de aluminiu a fost ales ca material nemetalic, neconductor, asemănător ca structură cu smalțul dinților, a cărui duritate depășește duritatea aliajelor studiate. Bila a fost fixată cu un suport din oțel inoxidabil, care a transferat sarcina dată către mingea și a fost conectată la un senzor de forță de frecare. Zona de contact se afla în interiorul unei cuve umplute cu o soluție biologică.

Un studiu tribologic cuprinzător a inclus înregistrarea continuă a coeficientului de frecare (c.f.) în timpul testării conform testului „tijă fixă ​​- disc rotativ” pe un Tribometru automat (CSM Instr.), precum și un studiu fractografic al canelurii de uzură (inclusiv măsurători ale profilului canelurii) și pete de uzură pe contracorp, ale căror rezultate au fost utilizate pentru a calcula uzura probei și a contracorpului. Structura canelurilor de uzură (pe discuri) și diametrul petelor de uzură (pe bile) au fost studiate sub observație într-un microscop optic AXIOVERT CA25 (Karl Zeiss) la o mărire de x (100-500) și un stereomicroscop MBS-10 ( LZOS) la o mărire de x (10-58 ).

Măsurătorile secțiunii verticale a șanțurilor au fost efectuate în 2-4 puncte diametral și ortogonal opuse pe profilometrul 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. Evaluarea 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 cicatricii de uzură, r este raza bilei, h este înălțimea segmentului.Uzura eșantionului a fost calculată prin formula: V= S% unde / este circumferința, 5 este aria secțiunii transversale a canelurii de uzură. , CSM Instr.

Metode de comparare a titanului turnat și măcinat.

S-au comparat structura și proprietățile semifabricatelor standard pentru frezarea cadrelor de titan ale protezelor folosind tehnologia CAD/CAM și titanul obținut prin turnare prin investiție.

Analiza macro și microstructurii mostrelor de aliaj de titan sub formă de plăci cu grosimea de 2-3 mm a fost efectuată folosind metode moderne de macro și microfotografie digitală MBS-10 (LZOS) și AXIOVERT25CA (Karl Zeiss). S-au efectuat studii pe secțiuni lustruite, care au fost tratate cu un agent de gravare din compoziția 2% HF + 2% NZh)3 + apă distilată (remăsătoare) pentru a dezvălui micro și macrostructura.

Evaluarea proprietăților mecanice (duritate și modulul Young) a fost realizată prin metoda Oliver-Pharr conform nanoindentației de măsurare (ISO 14577) efectuată pe un tester de duritate de precizie NanoHardnessTester (CSM Instr.) la sarcini de 10 și 20 mN folosind un indentor de diamant Berkovich. Conform 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 de adâncime după descărcare. Rezultatele calculului au fost mediate pe 6-12 măsurători prin metoda ANOVA.

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 descreștere (ramura 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). Cele mai apropiate proprietăți de smalțul dinților (conform datelor din literatură H = 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), în timp ce aliajele de cobalt-crom și aliajul de nichel-crom Remanium 2000 sunt aproape de două ori mai mari (până la 8,2 GPa).

Modulul de elasticitate al smalțului dentar este de aproximativ 100 GPa, pentru aliajele dentare - de la 65,9 la 232,2 GPa. Proprietăți similare pentru zirconiu, puțin mai mari pentru titanul aliat și aliajul aur-platină. Toate celelalte aliaje, cu excepția nichelidei de titan, au un modul de elasticitate mai mare.

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

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

Restul aliajelor prezintă valori de recuperare elastică de 10-20% tipice pentru metale. Un ușor exces al acestui nivel pentru aliajele de cobalt-crom, titanul aliat și aliajul de nichel-crom Remanium 2000 și valorile crescute ale modulului elastic pot fi asociate cu formarea de faze intermetalice (ordonare), textura sau câmpuri de tensiuni interne reziduale după turnare sau laminare.

Astfel, parametrii fizici și mecanici de bază ai aliajelor de titan ocupă o poziție de mijloc între aliajele dentare comune cu o compoziție diferită. Aliajul de nicheliură de titan prezintă interes datorită valorii deosebit de ridicate a recuperării elastice. Datele de nanodentație ale aliajului sunt importante pentru alegerea materialelor structurale pentru proteze și implanturi.

Studiu tribologic cuprinzător, fractografia canelurilor de uzură a stat la baza rezistenței la uzură a aliajelor dentare. Măsurătorile modulului elastic au făcut posibilă estimarea tensiunilor hertziene în perechea de frecare.

Figura 14 prezintă valorile calculate ale presiunii rezultate din contactul unei probe plate din aliajul studiat cu un indentor sferic de 3 mm din oxid de aluminiu (denumirile aliajelor corespund compoziției lor conform tabelului 1).

1 În funcție de valorile 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 alcătuit din aliaje de titan și zirconiu, care au prezentat o uzură semnificativă (3,245-10 "4 mm3/N/m). În afara acestei clasificări sunt nichel-titan și aliaje de aur-platină, care în mod oficial pot fi atribuite grupului al doilea. Aceste aliaje au propriul mecanism de uzură. Exemplarele de aliaje de cobaltcrom, nichelcrom și aurplatină au trecut testul în condițiile specificate, pentru restul testului

După cum se poate observa din ilustrațiile din figurile 16-17 și din 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 mostrele de Rematitan și zirconiu - 8.244-10-4 și respectiv 8.465-10 "4 mm / N / m.

Când comparăm figurile 16-20, se poate 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 coeficienți minimi de frecare inițială și finală. Există, de asemenea, un mecanism special de uzură pentru proba de nicheliură de titan, în care unul dintre cel mai mic coeficient inițial de frecare (c.f.) (0,107) și cel mai mic c.f. 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 lipirea metalului de suprafața bilei, ceea ce duce la o modificare a geometriei de contact (scăderea zonei de contact) și a proprietăților contracorpului (formarea unui compus intermetalic de tip TIA1 cu un modul Young ridicat), ceea ce duce în cele din urmă la o creștere bruscă a tensiunilor de contact în comparație cu cele calculate.

Astfel, testele efectuate asupra rezistenței la uzură a aliajelor dentare într-un mediu de soluție biologică au arătat că metalele pure titanul (DA2) și zirconiul (DA7) prezintă cea mai mare uzură (8,24-8,47-10"4 mm3/N/m), 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 aliaj la uzură este DA10 bazat pe Au-Pt (2,45-10 7 mm3/N/m).

Rezistența la uzură suficient de mare, dar un ordin de mărime mai rău decât aurul-platină, a fost demonstrată de aliajul DA5 (Remanium 2000) bazat pe sistemul Co-Cr-Mo-Si (1,7540-6 mm3/N/m). Aliajele rămase DA2, DA4, DA11 (nichelcrom 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. Combinația de proprietăți utile ale metalelor și aliajelor lor, cum ar fi rezistența, durabilitatea, flexibilitatea, plasticitatea, elasticitatea, nu are alternative, în special, în fabricarea de structuri ortopedice, instrumente medicale, dispozitive 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 chirurgia vasculară și neurochirurgie pentru fabricarea materialului de sutură, stenturi cu plasă pentru dilatarea venelor și arterelor, endoproteze mari. , în implantologie oftalmică și dentară.

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

Desigur, metalele din grupa aurului și a platinei (platină, iridiu, osmiu, paladiu, rodiu etc.) sunt în afara competiției. Cu toate acestea, posibilitatea de a utiliza metale prețioase pentru utilizare în masă este practic absentă din cauza costului lor prohibitiv de ridicat, iar combinația de proprietăți utile care sunt solicitate în anumite situații clinice specifice este departe de a fi întotdeauna inerentă metalelor prețioase.

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, ceea ce provoacă un risc ridicat de respingere și alte complicații.

Un fel de compromis între acești doi poli sunt metalele 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 organism ca fiind propriul țesut și practic nu provoacă respingere. În ceea ce privește costul, pentru titan nu este mare, 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 totuși mult mai ieftin decât metalele prețioase. Cu asemănarea majorității principalelor proprietăți operaționale, în unele dintre ele este încă inferior titanului, deși în unele îl depășește, 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, sunt utilizate pe scară largă în multe industrii 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, utilizarea diferitelor forme de producție a acestor metale pentru fabricarea de instrumente, echipamente ortopedice și chirurgicale.

Titan și tantal - definiție, proprietăți reale

Titan pentru medicină

Titanul (Ti) - un metal ușor de o nuanță argintie care arată ca oțelul - este unul dintre elementele chimice ale Tabelului Periodic, plasat în a patra grupă 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. Se caracterizează printr-o bună plasticitate și maleabilitate.

Fiind atât ușor cât și având o rezistență mecanică ridicată, de două ori față de 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 cea a fierului și cu un ordin de mărime mai mică decât cea a aluminiului. 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 cu o conductivitate electrică scăzută. Și, deși în metalele paramagnetice, susceptibilitatea magnetică, de regulă, scade pe măsură ce este încălzită, 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 domenii ale medicinei practice și instrumentelor medicale. Și totuși, cea mai valoroasă calitate a titanului utilizat în acest scop este cea mai mare rezistență la efectele corozive 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, care este complet neutru în ceea ce privește mediile chimice și biologice agresive. În ceea ce privește rezistența la coroziune, titanul este comparabil și chiar superior cu platina și metalele de platină. 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 să spunem că intensitatea distrugerii prin coroziune 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 pentru un mileniu!

Datorită inerției biologice a structurilor de titan față de corpul uman, în timpul implantării acestea nu sunt respinse și nu provoacă reacții alergice, fiind 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 lui la scară largă.

Calități de titan și aliaje de titan
Calitățile de titan cele mai solicitate de medicină sunt VT1-0, VT1-00, VT1-00sv din punct de vedere tehnic pur. Aproape că nu conțin impurități, a căror cantitate este atât de nesemnificativă încât fluctuează în limitele erorii zero. Deci, 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%.

Până în prezent, medicina folosește o gamă largă de aliaje de titan, diferite prin compoziția lor chimică și parametrii mecanotehnologici. Ta, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn sunt cel mai adesea folosiți ca aditivi de aliere în ele. Cei mai eficienți stabilizatori includ Zr, Au și metale din grupa platinei. Odată cu introducerea a până la 12% Zr în titan, rezistența sa la coroziune crește cu ordine de mărime. Cel mai mare efect poate fi obținut prin adăugarea unei cantități mici de platinoizi Pt și Pd, Rh și 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 utilizat pe scară largă în implantologie, ortopedie și chirurgie, depășindu-și semnificativ „concurenții” bazați pe cobalt și oțeluri inoxidabile din punct de vedere al parametrilor operaționali. 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. Indicatorii chiar mai mici în acest sens (până la 40 GPa și mai jos) sunt caracteristici aliajelor 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 nesemnificative, au efect totuși toxic asupra țesuturilor vii.

Recent, implanturile compatibile biomecanic, al căror material pentru fabricarea este nicheliură de titan TiNi, au devenit din ce în ce mai solicitate pentru nevoi medicale. Motivul pentru popularitatea în creștere a acestui aliaj este așa-numitul său inerent. efectul memoriei formei (SME). Esența sa constă în faptul că proba de control, fiind deformată la temperaturi scăzute, este capabilă să păstreze constant forma nou dobândită, iar la încălzirea ulterioară, să restabilească configurația inițială, demonstrând în același timp superelasticitatea. Structurile de nichel-titan sunt indispensabile, în special, în tratamentul leziunilor coloanei vertebrale și al 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 peliculei de pentoxid de Ta 2 O 5 care îl acoperă. Este unul dintre elementele chimice ale Tabelului Periodic, plasat 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/cm 3 la 20 °C (pentru comparație: densitatea specifică a Fe este 7,87 g/cm 3 , Pv este 11,34 g/cm 3 ). Punctul de topire este de 3017 °C (doar W și Re sunt mai refractare). 1669°C, punctul de fierbere - 5458°C. Tantalul se caracterizează prin proprietatea paramagnetismului: susceptibilitatea sa magnetică specifică la temperatura camerei este de 0,849·10 -6 .

Acest material structural, care combină duritatea și ductilitatea ridicată, în forma sa pură se pretează bine prelucrării prin orice mijloace (ștanțare, laminare, forjare, broșare, răsucire, tăiere etc.). La temperaturi scăzute, se prelucrează fără călire puternică prin muncă, fiind supus unor efecte de deformare (punct de compresie 98,8%) și fără a fi necesară arderea prealabilă. Tantalul nu își pierde plasticitatea chiar dacă este înghețat la -198 °C.

Valoarea modulului de elasticitate al tantalului este de 190 Gn/m 2 sau 190 102 kgf/mm 2 la 25 °C, datorită căruia este ușor de prelucrat în sârmă. Se realizează și producția celei mai subțiri foi de tantal (aproximativ 0,039 mm grosime) și a altor 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 acizii anorganici agresivi precum HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl, H 3 PO 4 , precum si la acizi organici de orice concentratie. În acest parametru, este depășit doar de metalele nobile și chiar și atunci nu în toate cazurile. Deci, Ta, spre deosebire de Au, Pt și multe alte metale prețioase, „ignoră” chiar și acva regia HNO 3 + 3HCl. Se observă o stabilitate oarecum mai scăzută a tantalului în raport cu 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 astfel de caracteristică a tantalului, deosebit de valoroasă pentru medicină, ca biocompatibilitate 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 cea mai 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 anticorozive depuse pe metalul de bază, care, apropo, este de trei până la patru ori mai mare decât tantalul pur recoapt.

Chiar mai des, tantalul este utilizat sub formă de aliaje ca adiție de aliere la metale mai puțin costisitoare pentru a da compușilor rezultați un complex de proprietăți fizice, mecanice și chimice necesare. Oțelul, titanul și alte aliaje metalice cu adaos de tantal sunt la mare căutare în instrumentele chimice și medicale. Dintre acestea, în special, se 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, tantalul, fiind mai puțin costisitor, dar având multe caracteristici de performanță adecvate, este capabil să înlocuiască cu succes metalele prețioase din grupul platină-iridiu.

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

• HDTV: Ta - 99,9%, (Nb) - 0,2%. Alte impurități precum (Ti), (Al), (Co), (Ni) sunt conținute în miimi și zece miimi de procent.
• HDTV 1: Compoziția chimică a gradului indicat este de 99,9% Ta. Niobiul (Nb), care este întotdeauna prezent în tantalul industrial, corespunde doar la 0,03%.
• PM: Ta - 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%.

Duritatea mare a Ta face posibilă fabricarea aliajelor dure structurale pe baza sa, de exemplu, Ta cu W (TV). Înlocuirea aliajului TiC cu un analog de tantal al TaC optimizează semnificativ caracteristicile mecanice ale materialului structural și extinde posibilitățile de aplicare a acestuia.

Relevanța aplicației 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 filmului de pentoxid Ta 2 O 5 cel mai subțire, dar foarte puternic și rezistent chimic, care se autoforma pe suprafața sa. Datorită aderenței ridicate, 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.

Din produse semifabricate de tantal, cum ar fi foi, tije, sârmă și alte forme de eliberare, sunt realizate structuri care sunt solicitate în plastic, cardio-, neuro- și osteochirurgie pentru sutura, fuziunea fragmentelor osoase, stentarea și tăierea. a vaselor (fig. 3).

Figura 3. Structura de atașare a tantalului în articulația umărului.

Utilizarea plăcilor subțiri de tantal și a structurilor de plasă se practică în chirurgia maxilo-facială și pentru tratamentul leziunilor cerebrale traumatice. Fibrele din fire de tantal înlocuiesc țesutul muscular și al tendonului. Folosirea tantalului Chirurgii folosesc fibre de tantal pentru operațiile abdominale, în special, pentru a întări pereții cavității abdominale. Ochiurile de tantal sunt indispensabile în domeniul proteticelor oftalmice. Cele mai subțiri fire de tantal sunt folosite chiar și pentru regenerarea trunchiurilor 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 bioprocesele dorite în corpul uman. 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 ale șarpelui au devenit larg răspândite în chirurgia vasculară, endoproteza și crearea de instrumente și dispozitive medicale.

Aplicarea practică a titanului și tantalului în ramuri specifice ale medicinei

Traumatologie: structuri pentru fuziunea fracturilor

În prezent, pentru fuziunea rapidă a fracturilor, o tehnologie atât de inovatoare precum osteosinteza metalelor este din ce în ce mai utilizată. 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, au loc atât distrugerea rapidă a fixatorilor înșiși, cât și reacția de respingere, provocând procese inflamatorii pe fondul durerii severe datorită interacțiunii active a ionilor de Fe cu mediul fiziologic al țesuturilor musculo-scheletice din câmpul electric al corpului. .

Fabricarea de fixative-implant de titan și tantal, care au proprietatea de biocompatibilitate cu țesuturile vii, face posibilă evitarea consecințelor nedorite (Fig. 4).

Figura 4. Construcții din titan și tantal pentru osteosinteză.

Modele similare de configurații simple și complexe pot fi utilizate pentru introducerea 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 îndepărtarea dispozitivului de reținere.

Endoprotetice

Mecanismele artificiale care sunt implantate chirurgical în țesutul osos se numesc endoproteze. Cea mai utilizată artroplastie articulară - șold, umăr, cot, genunchi, gleznă etc. Procesul de artroplastie este întotdeauna o operație complexă, când o parte a unei articulații care nu este supusă refacerii naturale este îndepărtată și apoi înlocuită cu un implant de endoproteză.

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

Pentru fabricarea endoprotezelor se pot folosi diverse metale bioinerte. Locul de frunte printre acestea este ocupat de titan, tantal și aliajele lor. Aceste materiale durabile, puternice și ușor de prelucrat asigură osteointegrare eficientă (sunt percepute de țesutul osos ca țesuturi naturale ale corpului și nu provoacă reacții negative din partea acestuia) și fuziune osoasă rapidă, garantând stabilitatea protezei pt. perioade lungi de decenii. Pe fig. 5 prezintă utilizarea titanului în artroplastia de șold.

Figura 5. Artroplastia de sold din titan.

În artroplastie, 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 Ti-6AI-4V cu rezistență ridicată, se caracterizează prin rezistență la coroziune și inerție biologică. Aliajul Ti-6A1-4V se remarcă prin rezistența mecanică deosebit de ridicată, având caracteristici axiale de torsiune 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 se disting printr-o valoare scăzută a modulului elastic. Iar aliajul Ti-Ta30 se caracterizează prin prezența unui modul de dilatare termică comparabil cu cel al metalo-ceramicului, 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 atât de importante pentru artroplastie precum biocompatibilitatea cu țesuturile corpului pe baza rezistenței la coroziune și galvanică, rigiditatea suprafeței și structura trabeculară (poroasă) a suprafeței metalice. Datorită proprietății trabecularității, 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 ridicate în chirurgia reconstructivă modernă și în alte industrii medicale, sunt utilizate în mod activ endoproteze elastice inovatoare sub forma celei mai subțiri plase de sârmă de titan. Rezilientă, puternică, elastică, durabilă și bioinertă, plasa este un material ideal pentru endoprotezele de țesut moale (Fig. 6).

Figura 6. Endoproteză din plasă din aliaj de titan pentru plastia țesuturilor moi.

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

Aliaje medicale cu memorie de formă cu nichel titan

Astăzi, în diverse domenii ale medicinei, aliajele de nicheliură de titan, care au așa-numitele. cu efect de memorie a formei (SME). Acest material este utilizat pentru înlocuirea endoprotezelor a țesutului ligamento-cartilaginos al sistemului musculo-scheletic uman.

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

Esența efectului este că proba este ușor deformată la răcire într-un anumit interval de temperatură, iar deformarea se autoelimină 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 un timp arbitrar lung. Cu toate acestea, este necesar doar să ridicați temperatura 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 de nicheliură de titan pentru traumatologie (sub formă de agrafe, agrafe, fixatoare 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 de nicheliură de titan pentru vertebrologie (sub formă de endoproteze, produse lamelare și cilindrice).

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

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

Utilizarea Ti și Ta pentru fabricarea de stenturi vasculare

Stenturile (din engleză stent) - în medicină sunt numite speciale, având forma unor rame cilindrice din plasă elastică, structuri metalice plasate în interiorul vaselor mari (vene și artere), precum și alte organe goale (esofag, intestine, căi biliare, etc.) pe zone îngustate patologic pentru a le extinde la parametrii necesari și a restabili permeabilitatea.

Utilizarea metodei de stentare este cea mai solicitată într-un domeniu precum chirurgia vasculară și, în special, angioplastia coronariană (Fig. 11).

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

Până în prezent, mai mult de jumătate de mie de tipuri și modele diferite de stenturi vasculare au fost dezvoltate și puse în practică științific. Ele diferă unele de altele prin 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 diverse 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 biointegrabile cu țesuturile corpului și combină un complex a tuturor celorlalte proprietăţi fizice şi mecanice necesare.proprietăţi.

Cusătura oaselor, vaselor și fibrelor nervoase

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

Figurile de mai jos prezintă exemple de astfel de operațiuni.

Figura 12. Cusatura osului cu capse de titan.

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

Figura 14. Cusutul vaselor folosind capse de tantal.

În prezent, sunt dezvoltate tehnologii din ce în ce mai avansate de neuro-osteo- și vasoplastie, cu toate acestea, 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 țesuturi sub formă de plăci, ochiuri, arcuri etc.

Deosebit de indicativă în acest sens este cranioplastia - o operație de corectare a deformării craniului. 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 atât a metalelor pure, fără aditivi de aliere, cât și a aliajelor lor bioinerte. Exemple de cranioplastie folosind o placă de titan și o 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 (impunerea de microclipuri)

Clipping (clip clip în engleză) este o operație neurochirurgicală asupra vaselor creierului, care are ca scop oprirea sângerării (în special, atunci când se rupe un anevrism) sau oprirea vaselor mici rănite din circulația sângelui. Esența metodei de tăiere constă în faptul că pe zonele deteriorate sunt suprapuse cleme metalice în miniatură - cleme.

Cererea pentru metoda clipping, în primul rând în domeniul neurochirurgical, se explică prin imposibilitatea ligaturii vaselor cerebrale mici prin metode tradiționale.

Datorită varietății și specificității situațiilor clinice emergente, în practica neurochirurgicală sunt utilizate o gamă largă de clipuri vasculare, care diferă prin scopul lor specific, metoda de fixare, parametrii dimensionali și alți parametri funcționali (Fig. 17).

Figura 17. Clipuri pentru oprirea 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 al unui vas cerebral.

Pentru fabricarea clemelor, de regulă, sârma plată este utilizată din titan pur sau tantal, în unele cazuri din argint. Astfel de produse sunt absolut inerte față de medular, fără a provoca reacții de contracarare.

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 astfel de metale prețioase utilizate în mod tradițional în protetica dentară, cum ar fi aurul și platina, în cavitatea bucală nu pot rezista complet coroziunii și respingerii ulterioare, ca să nu mai vorbim de costul ridicat și 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 fabricarea coroanelor individuale, precum și a punților și a protezelor detașabile pe bază de titan și tantal. Aceste metale, datorită unor calități atât de valoroase inerente lor, cum ar fi inerția biologică și rezistența ridicată la un preț 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 pulverizate cu plasmă din nitrură de titan TiN sunt practic imposibil de distins de aur ca aspect și proprietăți funcționale (Fig. 19)

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

În ceea ce privește protezele, acestea pot fi fixe (punți) pentru refacerea mai multor dinți adiacenți sau detașabile, folosite în caz de pierdere a întregii dentiții (adentia maxilarului complet). Cele mai comune proteze sunt închizătoare (din germanul der Bogen „arc”).

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

Figura 20. Proteză cu clemă a maxilarului inferior.

Astăzi, partea cu închizătoare a protezei și închizătoarele sunt de obicei realizate din titan medical pur de înaltă puritate al mărcii HDTV.

O adevărată revoluție în stomatologie a fost cererea din ce în ce mai mare pentru proteze implantare. Proteza pe implanturi este cea mai fiabilă modalitate de a fixa structurile ortopedice, care în acest caz servesc decenii sau chiar pe viață.

Un implant dentar (dintar) este o structură din două piese care servește drept suport pentru coroane, precum și punți și proteze dentare amovibile, a cărei parte de bază (implantul în sine) este un știft filetat conic înșurubat direct în osul maxilarului. 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 de grad 4(G4Ti).

Cel mai adesea, pentru fabricarea părții șurubului implantului, se utilizează titan medical pur cu o acoperire de suprafață cu tantal-niobiu, care contribuie la activarea procesului de osteointegrare - fuziunea metalului cu țesuturile vii ale oaselor și gingiilor.

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

Figura 22 Implanturi dentare de tantal poroase dintr-o singură bucată Zimmer.

Tantalul, spre deosebire de titan, este un metal mai greu, astfel încât structura poroasă ușurează semnificativ produsul, fără a provoca, în plus, necesitatea depunerii exterioare suplimentare a unui înveliș osteointegrator.

În Fig. 23.

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

În prezent, pe lângă cele deja existente, se dezvoltă din ce în ce mai multe metode noi de protezare pe implant, care demonstrează o eficiență ridicată în diverse situații clinice.

Fabricarea instrumentelor medicale

Astăzi, în practica clinică mondială sunt folosite sute de varietăți de diverse instrumente chirurgicale și endoscopice și echipamente medicale, fabricate folosind titan și tantal (GOST 19126-79 „Instrumente medicale metalice. Specificații generale". Se compară favorabil cu alți analogi în ceea ce privește rezistența. , ductilitate și rezistență la coroziune, provocând inerție biologică.

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

Figura 24. Instrumente chirurgicale realizate pe 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, dilatatoare, oglinzi, cleme, foarfece, clești, bisturii, sterilizatoare, tuburi, dalte, pensete, tot felul de farfurii.

Caracteristicile biochimice și fizico-mecanice ale instrumentelor ușoare din titan sunt de o valoare deosebită pentru chirurgia militară pe teren și diverse expediții. Aici sunt absolut indispensabili, deoarece în condiții extreme, literalmente fiecare 5-10 grame de marfă 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 instrumentele medicale. Sunt folosite la fabricarea distilatoarelor, pompelor pentru pomparea mediilor agresive, sterilizatoarelor, componentelor anesteziei și echipamentelor respiratorii, cele mai complexe dispozitive pentru duplicarea activității organelor vitale precum „inima artificială”, „plămânul artificial”, „rinichiul artificial”. ", etc.

Capetele din titan ale dispozitivelor cu ultrasunete au cea mai lungă durată de viață, în ciuda faptului că analogii din alte materiale, chiar și cu expunerea neregulată la vibrații ultrasonice, devin rapid inutilizabili.

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

Concluzie

Dezvoltarea și producția de dispozitive medicale este unul dintre domeniile cele mai intens dezvoltate ale progresului științific și tehnologic. Odată cu începutul celui de-al treilea mileniu, știința și tehnologia medicală au devenit una dintre principalele forțe motrice ale civilizației mondiale moderne.

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

Importanța titanului în medicina modernă nu poate fi supraestimată. În ciuda unui istoric relativ scurt de utilizare practică, a devenit unul dintre materialele de vârf în multe industrii medicale. Titanul și aliajele sale au suma tuturor caracteristicilor necesare pentru aceasta: rezistența la coroziune (și, ca urmare, bioinertitatea), precum și ușurința, rezistența, duritatea, rigiditatea, durabilitatea, neutralitatea galvanică etc.

Nu este inferior titanului în ceea ce privește semnificația practică și tantalului. Cu asemănarea generală a majorității proprietăților utile, în unele calități sunt inferioare, iar în unele 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 intra în conflict. Este suficient să spunem că structurile medicale bazate pe aliaje de titan-tantal, care combină toate avantajele Ti și Ta, sunt dezvoltate activ și sunt folosite în practică. Și este departe de a fi întâmplător faptul că în ultimii ani s-au făcut tot mai multe încercări de succes de a crea organe artificiale cu drepturi depline implantate direct în corpul uman 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 de crom cobalt

Aliaje cobalt-crom grad KHS

cobalt 66-67%, care conferă aliajului duritate, îmbunătățind astfel proprietățile mecanice ale aliajului.

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

nichel 3-5%, care crește plasticitatea, duritatea, maleabilitatea aliajului, îmbunătățind astfel proprietățile tehnologice ale aliajului.

molibden 4-5,5%, ceea ce este de mare importanță pentru creșterea rezistenței aliajului, făcându-l cu granulație fină.

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

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

siliciu 0,5%, imbunatatind calitatea piesei turnate, crescand fluiditatea aliajului.

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

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

beriliu 0-1,2%

aluminiu 0,2%

PROPRIETĂȚI: CCS are proprietăți fizice și mecanice ridicate, densitate relativ scăzută și fluiditate excelentă, ceea ce face posibilă 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. Modulul mare de elasticitate și densitatea mai mică (8 g/cm 3 ) fac posibilă realizarea unor proteze mai ușoare și mai rezistente. De asemenea, sunt mai rezistente la abraziune și păstrează strălucirea de oglindă a suprafeței, conferită prin lustruire, pentru mai mult 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 turnate dintr-o singură piesă, cadre pentru 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 bucati.

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

Bygodents - aliaje pentru proteze dentare turnate.

KX-Dents - aliaje pentru proteze ceramico-metal.

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

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

1. Bygodents. Sunt un aliaj multicomponent.

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

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

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

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

Bygodent CCN vac (normal) - conține 65% cobalt, 28% crom, 5% molibden, precum și un conținut ridicat de carbon și nu conține nichel.

Bygodent CCH vac (hard)- baza este cobalt - 63%, crom - 30% și molibden - 5%. Aliajul are un conținut maxim de carbon de 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 adâncimii în aliaj facilitează lustruirea, precum și alte prelucrări mecanice a protezelor din acesta.

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

2. KH-Dents

APLICAȚII: utilizat pentru fabricarea cadrelor metalice turnate cu porțelan. Filmul de oxid format pe suprafața aliajelor face posibilă aplicarea acoperirilor 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.

KX-Dent CB aspirator (Bondy) are următoarea compoziție: 66,5% cobalt, 27% crom, 5% molibden. Aliajul are o combinație bună de proprietăți de turnare și 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 protezelor sunt ușor de șlefuit și lustruit.

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

HX-Dent NS aspirator (moale) - în compoziția sa conține nichel - 62%, crom - 25% și molibden - 10%. Are stabilitate dimensională ridicată și contracție minimă, ceea ce permite turnarea punților lungi într-o singură etapă.

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

4.Dunturi

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

APLICAȚII: utilizat pentru fabricarea coroanelor simple turnate, coroanelor turnate cu furnir din plastic. Există mai multe tipuri de acest aliaj: DL, D, DS, DM.

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

Dentan DM conține 44% fier, 27% nichel, 23% crom și 2% molibden. Molibdenul a fost adăugat suplimentar la compoziția aliajului, ceea ce a crescut rezistența acestuia în comparație cu aliajele anterioare, atunci 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 la temperaturi ridicate de ardere, 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 ciobirea metalului a ceramicii.

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 realizate din titan au inerție absolută față de țesuturile cavității bucale, absența completă a efectelor toxice, termoizolante și alergice, grosime mică și greutate cu suficientă rigiditate a bazei datorită rezistenței specifice ridicate a titanului, fidelitate ridicată în reproducere cele mai mici detalii ale reliefului 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 - turnat - folosit pentru fabricarea coroanelor turnate, podurilor, ramelor de proteze cu atelă, baze metalice turnate.