Titánový implantát. Cylindrické, kónické a platňové implantáty

Alexander Modestov zubný technik - majster, demonštrátor Dentaurum a Esprident, Nemecko

V súčasnosti titán zaujal svoje miesto medzi modernými materiálmi.

Tento materiál má zaujímavú históriu, ktorá priniesla množstvo objavov, ktorým vďačí za svoj súčasný úspech dosiahnutý vo veľmi krátkom čase. Dnes sa titán úspešne používa v automobilovom a leteckom priemysle, v kozmických lodiach a stavbe lodí, všade tam, kde je potrebná účinná ochrana proti korózii a samozrejme v medicíne.

S nárastom alergických reakcií na rôzne kovy a kovové zliatiny používané v medicíne a stomatológii sa titán považuje za rozhodujúcu alternatívu.

Vďaka pozoruhodnej biokompatibilite a neuveriteľnej stabilite titánu tento kov pritiahol pozornosť ortopédie. Dnes sa z titánu vyrábajú protézy bedrového a kolenného kĺbu, rôzne ihly a skrutky. Tiež puzdrá na srdcové stimulátory a sluchové pomôcky aj titán.

Vysoká biokompatibilita je spôsobená schopnosťou titánu vytvoriť ochrannú vrstvu oxidu na svojom povrchu v zlomku sekundy. Vďaka tomu nekoroduje a neuvoľňuje voľné kovové ióny, ktoré sú schopné vyvolať patologické procesy okolo implantátu alebo protézy. Dnes nám titán dáva možnosť použiť v ústnej dutine len jeden kov. Dokážeme vyrobiť takmer akýkoľvek dizajn. Medzi jednotlivými časťami protéz nedochádza k žiadnym elektrochemickým reakciám a tkanivá obklopujúce protézu zostávajú bez kovových iónov.

Inleje a onleje, masívne a fazetované korunky a mostíky, sponové protézy a pevné bázy pre kompletné snímateľné náhrady, kombinované protézy a protetiky na implantátoch (vrátane samotných implantátov) - to je rozsah titánových aplikácií, o ktorých sa nesnívalo ani najväčším optimistom. .

Vplyv titánu na modernú stomatológiu je taký rozsiahly, že aj skeptickí kolegovia právom vzdávajú hold jeho vlastnostiam, pozorne sledujú jeho vývoj, najmä v modernej implantológii. Preto dnes tento článok venujeme problematike odlievania titánu a jeho spracovania v zubnom laboratóriu.

Ryža. 1

Ryža. 2

Ryža. 3

Ryža. 4

Ryža. 5

Ryža. 6

Ryža. 7

Ryža. 8

Ryža. 9

Ryža. 10

Ryža. jedenásť

V medicíne sa prvé experimenty s použitím titánu začali v 40. rokoch implantáciou titánových valcov do mäkkých tkanív zvierat, ktoré prebiehali bez reakcie organizmu.

V zubnom lekárstve začalo používanie titánu použitím tohto kovu vo svojej výskumnej práci profesora Brenemarka v roku 1956.

Kým sa titán presadzoval v dentálnej implantológii, paralelne rástla túžba využívať tento kov aj v individuálnej protetike.

Prvé experimenty s odlievaním titánu v zubárskej oblasti uskutočnil Dr. Waterstraat v roku 1977.

Tepelná transformácia formy titánu na dentálne účely je možná od roku 1981 pomocou odlievacieho stroja na odlievanie titánu od japonskej firmy Ohara.

Metódy spracovania titánu za studena, ako je frézovanie - výroba implantátov alebo frézovanie kostry korunky alebo mostíka pomocou takzvaných CAD/CAM technológií, nespôsobujú žiadne zvláštne ťažkosti. Problémy sú pri takzvanom pretvarovaní kovu za tepla, t.j. v castingu. Tento proces nás zaujíma v prvom rade pre jeho nie príliš vysokú cenu vo vzťahu k stále sa rozvíjajúcim CAD/CAM technológiám a v druhom rade ako jediný spôsob výroby sponových protézových rámov v súčasnosti.

Titánový odliatok

Ako sme zaznamenali vysokú reaktivitu titánu, vyžaduje sa vysoká teplota topenia, nízka hustota vyžaduje špeciálny odlievací stroj a formovací materiál. V súčasnosti sú na trhu tri systémy, ktoré sa považujú za najlepšie na odlievanie titánu. Ide o systém Rematitan od spoločnosti Dentaurum (Nemecko), systém Biotan od spoločnosti Schutzdental (Nemecko) a systém od japonskej spoločnosti Morita. Dnes sa podrobne zoznámime s odlievacím systémom Rematitan. Jednak preto, že je to podľa nás najlepší systém, ktorý umožňuje dosiahnuť odlievanie veľmi vysokej a stabilnej kvality a jednak máme už 4,5 ročné skúsenosti.

Čo znamená titánový odlievací systém?

V prvom rade ide o zlieváreň Rematitan-Autocast alebo Autocast-Universal.

Autocast odlievacie stroje sú založené na princípe tavenia titánu v ochrannej atmosfére argónu na medenom tégliku pomocou elektrického oblúka, podobne ako sa v priemysle leguje titánová huba na čistý titán. K nalievaniu kovu do kyvety dochádza pomocou vákua v odlievacej komore a zvýšeného tlaku argónu v taviacej komore - pri prevrátení téglika.

Vzhľad a princíp fungovania inštalácie je znázornený na obr. 1 a 2.

Na začiatku procesu sa obe taviace komory (hore) a lejacie komory (v spodnej časti) premyjú argónom, potom sa z oboch komôr evakuuje zmes vzduchu a argónu a potom sa taviaca komora naplní argónom. a v zlievarni vzniká vákuum. Zapne sa elektrický oblúk a začne sa proces tavenia titánu. Po uplynutí určitého času sa taviaci téglik prudko prevráti a kov sa vo vákuu nasaje do formy, k jeho pohonu prispieva aj jeho vlastná váha a na tomto mieste zvyšujúci sa tlak argónu. Tento princíp umožňuje získať dobré, husté odliatky z čistého titánu.

Ďalšou zložkou odlievacieho systému je zatavovací materiál.

Pretože reaktivita titánu v roztavenom stave je veľmi vysoká, vyžaduje si špeciálne zatmelovacie hmoty, ktoré sú vyrobené na báze oxidov hliníka a horčíka, čo zase umožňuje znížiť reakčnú vrstvu titánu na minimum. Dentaurum ponúka niekoľko takýchto hmôt, napríklad Rematitan Plus - zalievacia hmota na odlievanie sponových protéz, zatmelovacie hmoty Rematitan Ultra a Trinell na odlievanie koruniek a mostíkov (obr. 3, 4). Trinell je napríklad nová generácia investičných materiálov pre titán. Prvá vysokorýchlostná investícia na svete pre titán, ktorá šetrí veľa času a poskytuje veľmi čistý kovový povrch, prakticky bez reakčnej vrstvy.

Titán - zlievarenský kov

Tritan 1 a Rematitan M. Chemická čistota minimálne 99,5 %. Tritan 1 je titán triedy 1, vhodný pre všetky typy prác, veľmi nízky obsah kyslíka v kove. Rematitan M - z hľadiska pevnosti patrí do triedy titánu 4, výrazne zvýšená pevnosť v ťahu a elasticita, č. možná aplikácia v prackových protézach a na mostné práce veľkej dĺžky.

Čo potrebujete vedieť pri práci s titánom?

Funkcie simulácie

Rám vyrobený na keramickú fazetu by mal mať zmenšený anatomický tvar zuba. Vnútorné podopretie keramiky rámom je veľmi dôležité, navyše pre priaznivú výmenu tepla medzi keramikou a kovom pri výpale je potrebná prítomnosť buď chladiacich rebier (obr. 5) alebo girlandy. Na mostoch veľkej dĺžky je tiež potrebná prítomnosť girlandy, aby sa spevnil rám. Hrúbka uzáverov by mala byť najmenej 0,4–0,5 mm. Rámy sponových protéz sú tiež modelované o niečo hrubšie, v porovnaní s rámami vyrobenými zo zliatin chrómu a kobaltu.

pripnutie

Správne prichytenie (inštalácia vtokových kanálov a vytvorenie vtokového systému), ako aj správne umiestnenie v priekope, zohráva obrovskú úlohu a vykonáva sa prísne podľa pravidiel navrhnutých výrobcom zlievarenských zariadení. Dentaurum ponúka nasledujúce požiadavky na odlievací systém Rematitan. Pri korunkách a mostíkoch použitie len špeciálneho lejacieho kužeľa, ktorý umožňuje optimálne vedenie kovu k odlievanému predmetu. Výška vtokového kanála od kužeľa po podávací nosník je 10 mm s priemerom 4–5 mm. Priemer podávacieho nosníka je 4 mm.

Podvodný kanál vedie k odlievanému predmetu s priemerom 3 mm a výškou maximálne 3 mm. Veľmi dôležité: podvodné kanály by nemali byť umiestnené oproti kanálom vstupnej brány (obr. 6 a 7), inak je možnosť vzniku plynových pórov veľmi vysoká. Všetky spoje musia byť veľmi hladké, bez ostrých rohov atď. aby sa minimalizovali turbulencie, ktoré vznikajú pri odlievaní kovu, čo vedie k tvorbe plynových pórov. Vtokový systém pre sponové protézy a najmä pre liate bázy pre kompletné zubné protézy je tiež odlišný od vtokových systémov, ktoré používame na odlievanie sponových protéz zo zliatin chrómu a kobaltu.

Vo všetkých troch vyššie uvedených zlievarenských zariadeniach, na dvojkomorovom princípe, sa titán taví v taviacej komore v prostredí argónu na medenom tégliku pomocou elektrického oblúka a vháňa sa do formy pomocou vákua alebo tlaku argónu. Charakteristický je spôsob unášania kovu a systém kolíkov, ktoré ovplyvňujú počet chýb pri odlievaní.

alfa vrstva

Reakciou a difúziou plynných a pevných prvkov (kyslík, uhlík, kremík a pod.) z atmosféry taviacej komory a zalievacej hmoty vzniká reakčná zóna a tvrdší titánový povrch. Táto zmena tvrdosti závisí od látok, z ktorých je zatavovacia hmota vyrobená, az toho vyplývajúcich reakcií s tekutým titánom.

Povrchová vrstva alebo alfa vrstva je taká krehká a znečistená, že pri predúprave titánu, najmä pri keramickej fazete, musí byť úplne odstránená.

Zmena kryštálovej štruktúry

Pre dentálne aplikácie má veľký význam prechod titánu pri teplote 882,5 °C z jedného kryštálového stavu do druhého. Titán prechádza pri tejto teplote z alfa titánu so šesťhrannou kryštálovou mriežkou na titán Wetta s kubickou. Znamená to nielen zmenu jeho fyzických parametrov, ale aj zvýšenie jeho objemu o 17 %.

Z tohto dôvodu je potrebné použiť aj špeciálnu keramiku, ktorej teplota výpalu musí byť pod 880 °C.

pasívna vrstva

Titán má veľmi silnú túžbu pri izbovej teplote so vzdušným kyslíkom okamžite vytvoriť tenkú ochrannú vrstvu oxidu, ktorá ho v budúcnosti chráni pred koróziou a spôsobuje dobrú toleranciu titánu telom.

Pasívna vrstva má schopnosť sa sama regenerovať.

Táto vrstva musí byť v rôznych fázach práce s titánom zaručená.

Po opieskovaní, pred čistením konštrukcie parou, je potrebné nechať konštrukciu aspoň 5 minút. byť pasivovaný. Novo naleštená protéza musí byť pasivovaná minimálne 10-15 minút, inak nie je zaručený dobrý lesk hotového diela.

Požiadavky na spracovanie podľa materiálu

Pri spracovaní titánu treba brať do úvahy fyzikálne vlastnosti, oxidačné fázy a zmeny kryštálovej mriežky.

Správne opracovanie je možné úspešne vykonať len so špeciálnymi frézami na titán, so špeciálnym priečnym rezom (obr. 10). Zmenšený uhol pracovnej plochy umožňuje optimálne odstraňovanie skôr mäkkého kovu pri súčasnom dobrom chladení nástroja. Spracovanie titánu sa musí vykonávať bez silný tlak k nástroju.

Pri nesprávnom nástroji alebo silnom tlaku je možné lokálne prehriatie kovu sprevádzané silnou tvorbou oxidu a zmenou kryštálovej mriežky. Vizuálne na opracovanom predmete dochádza k zmene farby a k miernemu zdrsneniu povrchu. V týchto miestach nebude potrebná priľnavosť ku keramike (možnosť prasklín a triesok), ak sa nejedná o dyhované plochy, tak ďalšie opracovanie a leštenie tiež nebude spĺňať požiadavky.

Titánové frézy by sa mali skladovať oddelene od ostatných nástrojov. Mali by sa pravidelne čistiť prúdom pary a kefami zo sklenených vlákien, aby sa odstránili zvyšky titánu.

Použitie rôznych karborundových kotúčov a kameňov, prípadne diamantových hláv, pri spracovaní titánu značne znečisťuje povrch titánu, čo následne vedie aj k prasklinám a trieskam v keramike. Preto je použitie vyššie uvedených nástrojov vhodné len na spracovanie napríklad rámov sponových protéz a použitie diamantových hlavíc by sa malo úplne vylúčiť. Brúsenie a ďalšie leštenie exponovaných oblastí titánu je možné len s použitím brúsnych gúm a leštiacich pást prispôsobených pre titán. Mnohé firmy zaoberajúce sa výrobou rotačných nástrojov v súčasnosti vyrábajú dostatočný sortiment fréz a brúsnych gúm na titán.

Napríklad v mojom denná práca Používam nástroje na spracovanie Dentaurum (obr. 11).

Vhodné parametre obrábania titánu:

– Nízka rýchlosť otáčania násadca – max. 15 000 ot./min

– Nízky tlak nástroja

- Periodické spracovanie.

– Opracovanie rámu iba v jednom smere.

– Vyhnite sa ostrým rohom a kovovým presahom.

– Pri brúsení a leštení používajte iba vhodné brúsne gumy a leštiace pasty.

– Pravidelné čistenie nožov prúdom pary a sklolaminátovou kefou.

Pieskovanie titánu

Pieskovanie pred nanesením spojovacej vrstvy pre keramický povlak, ako aj pre obklady kompozitnými materiálmi, musí spĺňať nasledujúce požiadavky:

– Čistý, len jednorazový oxid hlinitý.

– Maximálna zrnitosť piesku 150 µm, optimálna 110–125 µm.

– Maximálny tlak ceruzky 2 bary.

– Smer toku piesku v pravom uhle k povrchu.

Po spracovaní je potrebné opracovaný predmet ponechať 5-10 minút. pasivované a potom povrch očistite parou.

Vypaľovanie oxidom alebo podobné postupy pri práci s titánom sú úplne vylúčené. Úplne vylúčené je aj použitie kyselín alebo leptania.

V druhej časti nášho článku, ktorý vyjde v niektorom z nasledujúcich čísel, sa budeme zaoberať aspektmi titánu - keramickými fazetami, fazetami s kompozitnými materiálmi, možnosťou výroby sponových a kombinovaných prackových protéz z titánu.

Dôležitá informácia:

Titán nie je zliatina - je to čistý chemický prvok, kov;

· Poradové číslo v periodickom systéme 22;

Titán má schopnosť zostať inertný po dlhú dobu, kým je v tele;

· Čistý titán sa používa v zubných protézach v štyroch stupňoch (od T1 do T4);

Tvrdosť v závislosti od gradácie od 140 do 250 jednotiek,

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

Keramické obklady vyžadujú špeciálnu keramiku;

· Teplota topenia 1 668 °С, vysoká reaktivita;

Použitie špeciálnych odlievacích strojov a formovacích materiálov;

Hustota 4,51 g/cm3;

Približne štyrikrát nižšia hustota, a teda aj hmotnosť v porovnaní so zlatom, poskytuje pacientom zvýšený komfort pri používaní zubnej protézy;

Zliatiny kobaltu a chrómu

Zliatiny Co-Cr boli prvýkrát použité v stomatologickej praxi v tridsiatych rokoch 20. storočia a odvtedy úspešne nahradili zliatiny obsahujúce zlato typu IV pri výrobe čiastočných zubných protéz, predovšetkým kvôli ich relatívne nízkej cene, ktorá je významným faktorom v výrobu takýchto veľkých odliatkov.

Zlúčenina

Zliatina obsahuje kobalt (55 - 65 %) a chróm (až 30 %). Ďalšími hlavnými legovacími prvkami sú molybdén (4 – 5 %) a menej často titán (5 %) (tabuľka 3.3.6). Kobalt a chróm tvoria tuhý roztok s obsahom chrómu do 30 %, čo je hranica rozpustnosti chrómu v kobalte; prebytok chrómu tvorí druhú krehkú fázu.

Vo všeobecnosti platí, že čím vyšší je obsah chrómu, tým je zliatina odolnejšia voči korózii. Preto sa výrobcovia snažia maximalizovať množstvo chrómu, čím zabraňujú vzniku druhej krehkej fázy. Molybdén sa zavádza tak, aby vytváraním vytvára jemnozrnnú štruktúru materiálu viac centrá kryštalizácie počas procesu tuhnutia. To má ďalšiu výhodu, že molybdén spolu so železom poskytuje výrazné spevnenie tuhého roztoku. Zrná sú však pomerne veľké, hoci ich hranice je veľmi ťažké definovať kvôli hrubej dendritickej štruktúre zliatiny.

Uhlík, ktorý je prítomný len v malom množstve, je mimoriadne dôležitou zložkou zliatiny, pretože malé zmeny v jeho kvantitatívnom obsahu môžu výrazne zmeniť pevnosť, tvrdosť a ťažnosť zliatiny. Uhlík sa môže kombinovať s akýmkoľvek iným legujúcim prvkom za vzniku karbidov. Tenká vrstva karbidov v štruktúre môže výrazne zvýšiť pevnosť a tvrdosť zliatiny. Príliš veľa karbidu však môže viesť k nadmernej krehkosti zliatiny. To predstavuje problém pre zubného technika, ktorý potrebuje zabezpečiť, aby zliatina neabsorbovala nadmerný uhlík počas tavenia a odlievania. Rozloženie karbidov závisí aj od teploty odlievania a stupňa chladenia, od r monokryštály karbidov pozdĺž hraníc zŕn sú lepšie ako ich súvislá vrstva okolo zrna.

Vlastnosti

Pre zubného technika je práca s týmito zliatinami náročnejšia ako so zliatinami s obsahom zlata, pretože sa musia pred odlievaním zahriať na veľmi vysoké teploty. Teplota odlievania týchto zliatin je v rozsahu 1500-1550 °C a súvisiace zmrštenie odliatku je približne 2 %.

Tento problém bol do značnej miery vyriešený príchodom zariadení na indukčné liatie a žiaruvzdorných formovacích materiálov na báze fosfátov.

Presnosť odlievania trpí pri takých vysokých teplotách, čo značne obmedzuje použitie týchto zliatin hlavne na výrobu čiastočných zubných protéz.

Tieto zliatiny sa ťažko leštia bežnými mechanickými prostriedkami kvôli ich vysokej tvrdosti. Pre vnútorné povrchy protéz, ktoré priamo priliehajú k tkanivám ústnej dutiny, sa používa metóda elektrolytického leštenia, aby sa neznížila kvalita lícovania protézy, ale vonkajšie povrchy sa musia leštiť mechanicky. Výhodou tejto metódy je, že čisto vyleštený povrch vydrží dlhšie, čo je pri snímateľných náhradách značná výhoda.

Nedostatočná ťažnosť, umocnená uhlíkovými inklúziami, je osobitným problémom, a to najmä preto, že tieto zliatiny sú náchylné na tvorbu pórov počas odlievania. Pri kombinácii môžu tieto nedostatky viesť k prasknutiu spôn. snímateľné zubné protézy.

Existuje však niekoľko vlastností týchto zliatin, vďaka ktorým sú takmer ideálne pre čiastočné zubné protézy. Modul pružnosti zliatiny Co-Cr je zvyčajne 250 GPa, zatiaľ čo pre zliatiny diskutované vyššie je tento údaj v rozsahu 70 až 100 GPa. Takýto vysoký modul pružnosti má tú výhodu, že protéza a najmä ramená spony môžu byť vyrobené s tenším prierezom pri zachovaní požadovanej tuhosti.

Kombinácia takého vysokého modulu pružnosti s hustotou, ktorá je približne polovičná v porovnaní so zliatinami obsahujúcimi zlato, výrazne znižuje hmotnosť odliatkov. To je nepochybne veľká výhoda pre pohodlie pacienta. Pridanie chrómu poskytuje zliatiny odolné voči korózii, ktoré sa používajú v mnohých implantátoch, vrátane bedrových a kolenných kĺbov. Preto možno s istotou povedať, že tieto zliatiny majú vysoký stupeň biokompatibility.

Niektoré zliatiny obsahujú aj nikel, ktorý pridávajú výrobcovia pri výrobe zliatiny na zvýšenie húževnatosti a zníženie tvrdosti. Nikel je však známy alergén a jeho použitie môže spôsobiť alergické reakcie v ústnej sliznici.

zliatiny titánu

Záujem o titán z hľadiska jeho použitia pri výrobe snímateľných a neodstrániteľných zubných protéz sa objavil súčasne so zavedením titánu.

Vyh zubné implantáty. Titán má množstvo jedinečné vlastnosti vrátane vysokej pevnosti pri nízkej hustote a biokompatibility. Okrem toho sa predpokladalo, že ak by sa na výrobu koruniek a mostíkov na báze titánových implantátov použil iný kov ako titán, mohlo by to viesť ku galvanickému efektu.

Objav prvku titán je spojený s menom reverenda Williama Gregora v roku 1790, ale prvá vzorka čistého titánu bola získaná až v roku 1910. Čistý titán sa získava z titánovej rudy (napr. rutilu) v prítomnosti uhlíka alebo chlóru. TiCl4 získaný ako výsledok zahrievania sa redukuje roztaveným sodíkom za vzniku titánovej huby, ktorá sa potom roztaví vo vákuu alebo v argóne, čím sa získa kovový blok (ingot).

Zlúčenina

Z klinického hľadiska sú najviac zaujímavé dve formy titánu. Jedná sa o technicky čistú formu titánu a zliatiny titánu - 6% hliníka - 4% vanádu.

Komerčne čistý titán

titán- kov náchylný na alotropné alebo polymorfné premeny, s hexagonálnou úzko zbalenou štruktúrou (a) pri nízkych teplotách a bcc štruktúrou (P) pri teplotách nad 882C. Čistý titán je vlastne zliatina titánu s kyslíkom (do 0,5%). Kyslík je v roztoku, takže kov je jedinou kryštalickou fázou. Prvky ako kyslík, dusík a uhlík sú rozpustnejšie v šesťuholníkovej tesnej štruktúre α-fázy ako v kubickej štruktúre 3-fázy. Tieto prvky tvoria s titánom prechodné tuhé roztoky a prispievajú k stabilizácii α-fázy. Prvky ako molybdén, niób a vanád pôsobia ako P-stabilizátory.

Zliatina titánu - 6% hliníka - 4% vanádu

Keď sa hliník a vanád pridávajú k titánu v malých množstvách, pevnosť zliatiny je vyššia ako pevnosť čistého titánu Ti. Predpokladá sa, že hliník je a-stabilizátor a vanád pôsobí ako B-stabilizátor. Keď sa pridajú k titánu, teplota, pri ktorej dochádza k prechodu rx-P, sa zníži, takže obe formy môžu existovať pri teplote miestnosti. Teda Ti - 6% Al - 4% V má dvojfázovú štruktúru a- a 3-zŕn.

Vlastnosti

Čistý titán je biely, lesklý kov, ktorý má nízku hustotu, vysokú pevnosť a odolnosť proti korózii. Je ťažný a je legujúcim prvkom pre mnoho iných kovov. Zliatiny titánu sú široko používané v leteckom priemysle a vo vojenskej oblasti kvôli vysoká pevnosť prasknutie (-500 MPa) a schopnosť odolávať vysokým teplotám. Modul pružnosti čistého titánu tech.h.T sa rovná PO GPa, t.j. polovičný modul pružnosti nehrdzavejúcej ocele a zliatiny kobaltu a chrómu.

Ťahové vlastnosti čistého titánu Tex.4.Ti sú do značnej miery závislé od obsahu kyslíka, a hoci pevnosť v ťahu, index trvalej deformácie a tvrdosť stúpajú so zvyšujúcou sa koncentráciou kyslíka, toto všetko prichádza na úkor zníženia ťažnosti materiálu. kov.

Legovaním titánu hliníkom a vanádom je možné získať široké spektrum mechanických vlastností zliatiny, ktoré prevyšujú vlastnosti komerčne čistého titánu stupňa technickej čistoty.Takéto zliatiny titánu sú zmesou a- a P-fázy, kde oc-fáza je relatívne mäkká a ťažná a P-fáza je tvrdšia a tvrdšia, hoci má určitú plasticitu. Zmenou relatívnych pomerov fáz je teda možné získať širokú škálu mechanických vlastností.

Pre zliatinu Ti - 6% Al -4% V je možné dosiahnuť vyššiu pevnosť v ťahu (-1030 MPa) ako pre čistý titán, čo rozširuje rozsah zliatiny, a to aj pri vystavení vysokému zaťaženiu, napr. výroba čiastočných zubných protéz.

Dôležitou vlastnosťou titánových zliatin je ich únavová pevnosť. Čistý titán technickej kvality T1 aj zliatina Ti - 6% Al - 4% V majú dobre definovanú medzu únavy s krivkou S - N (napätie - počet cyklov), ktorá sa vyrovnáva po 10 - 10 cykloch striedavého namáhania. ktorej hodnota je nastavená o 40-50% nižšia ako pevnosť v ťahu. Teda tie h) Ti by sa nemal používať v prípadoch, keď sa požaduje únavová pevnosť nad 175 MPa. Naopak, pre zliatinu Ti - 6 % Al - 4 % V je tento údaj približne 450 MPa.

Ako viete, korózia kovu je hlavnou príčinou zničenia protézy, ako aj výskytu alergických reakcií u pacientov pod vplyvom uvoľnených toxických zložiek. Titán sa stal široko používaným práve preto, že je jedným z najodolnejších kovov proti korózii. Tieto vlastnosti možno plne pripísať jeho zliatinám. Titán je vysoko reaktívny, čo je v tomto prípade jeho silný bod pretože oxid tvorený na povrchu (TiO2) je extrémne stabilný a má pasivačný účinok na zvyšok kovu. Vysoká odolnosť titánu voči korózii v biologickej oblasti použitia je dobre študovaná a potvrdená mnohými štúdiami.

Odlievanie titánových zliatin je vážny technologický problém. Titán má vysokú teplotu topenia (~1670°C), čo sťažuje kompenzáciu zmršťovania odliatku počas chladenia. Vzhľadom na vysokú reaktivitu kovu sa odlievanie musí vykonávať vo vákuu alebo v inertnej atmosfére, čo si vyžaduje použitie špeciálneho zariadenia. Ďalším problémom je, že tavenina má tendenciu reagovať s formou žiaruvzdorného formovacieho materiálu, pričom vytvára šupinovú vrstvu na povrchu odliatku, čo znižuje priliehavosť protézy. Pri konštrukcii implantátom podporovaných protéz (supraštruktúr) sa musí zachovať veľmi úzka tolerancia, aby sa dosiahlo dobré prispôsobenie implantátu. V opačnom prípade môže byť retencia implantátu v kosti narušená. Pri titánových odliatkoch možno často pozorovať aj vnútornú pórovitosť. Preto sa na výrobu titánových zubných protéz využívajú aj iné technológie, ako napríklad technológie CAD/CAM v kombinácii s valcovaním a iskrou eróziou.

Niektoré vlastnosti zliatin nie sú ušľachtilé kovy diskutované vyššie sú uvedené v tabuľke 3.3.7.

závery

V súčasnosti sa v zubnom lekárstve používa veľa rôznych zliatin. Aby si zubár mohol racionálne vybrať z existujúceho množstva zliatin s vysokým obsahom zlata alebo iných typov zliatin, viac ako kedykoľvek predtým potrebuje mať znalosti o povahe zliatin, ich fyzikálnych a mechanických vlastnostiach.

Náklady na zliatinu tvoria významnú časť nákladov na protetiku. Nízkonákladové zliatiny však zvyčajne vyžadujú dodatočné náklady na výrobu protéz a v konečnom dôsledku sú nižšie náklady na zliatinu často kompenzované zvýšenými nákladmi na výrobu protézy. Je tiež dôležité poznamenať, že vysoký obsah zlata v zliatine otvára veľkú možnosť výroby kvalitnej zubnej protézy.

Klinický význam

Za výber materiálov na výrobu zubných protéz je zodpovedný výlučne zubný lekár, nie zubný technik.

Základy vedy o dentálnych materiáloch
Richard van Noort

480 rubľov. | 150 UAH | 7,5 $, MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Diplomová práca - 480 rubľov, doprava 10 minút 24 hodín denne, sedem dní v týždni a sviatky

240 rubľov. | 75 UAH | 3,75 $, MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Abstrakt - 240 rubľov, doručenie 1-3 hodiny, od 10-19 (moskovský čas), okrem nedele

Musheev Ilya Urievich. Použitie zliatin titánu na klinike ortopedickej stomatológie a implantológie (experimentálna klinická štúdia): dizertačná práca ... doktor lekárskych vied: 14.00.21 / Musheev Ilya Ureevich; [Miesto obhajoby: GOU "Inštitút pre pokročilé štúdium Federálnej lekárskej a biologickej agentúry"] - Moskva, 2008. - 216 s.: chorý.

Úvod

Kapitola 1 Prehľad literatúry

1.1. Kovové zliatiny používané pri výrobe zubných protéz 12

1.2. Využitie implantátov v ortopedickej rehabilitácii pacientov s defektmi chrupu 25

1.3. Titán a jeho zliatiny: vlastnosti a použitie 31

1.4. Klinické toxicko-chemické a alergické reakcie pri použití dentálnych zliatin 41

1.5. Teória koróznych procesov 53

Kapitola 2. Materiál a metódy výskumu

2.1. Metódy štúdia zloženia, štruktúry a fyzikálnych a mechanických vlastností dentálnych zliatin 75

2.2.1. Štúdium mechanických vlastností nanoindentáciou 75

2.1.2. Tribologické štúdie odolnosti zliatin proti opotrebovaniu 77

2.1.3. Metódy porovnávania liateho a frézovaného titánu 79

2.1.4. Metóda štúdia zloženia, štruktúry a fyzikálnych a mechanických vlastností zliatiny po pretavení 80

2.2. Metódy štúdia elektrochemických parametrov dentálnych zliatin 83

2.2.1. Meranie základných elektródových potenciálov dentálnych zliatin 83

2.2.2. Tepelné spracovanie dentálnych zliatin v elektrochemických štúdiách 85

2.2.3. Meranie EMF a prúdovej hustoty kontaktných párov dentálnych zliatin 86

2.2.4. Skúmanie vplyvu povrchovej úpravy dentálnych zliatin 87

2.2.5. Štúdium vplyvu vlastností korozívneho prostredia a zaťaženia elektrických potenciálov zliatiny 87

2.2.6. Odhadovaná rýchlosť korózie v stacionárne podmienky podľa výsledkov merania prúdov kontaktných párov 91

2.3. Metódy na štúdium odozvy ľudských mezenchymálnych kmeňových buniek na dentálne zliatiny 92

2.4. Charakterizácia klinického materiálu a metód klinický výskum 96

2.5. Štatistické spracovanie výsledkov výskumu 97

Kapitola 3. Výsledky vlastného výskumu

3.1. Porovnávacie štúdium štruktúrnych, mechanických a tribologických vlastností dentálnych zliatin98

3.1.1. Porovnávacie hodnotenie mechanických vlastností dentálnych zliatin 98

3.1.2. Porovnávacia štúdia odolnosti dentálnych zliatin proti opotrebovaniu 103

3.1.3. Porovnávacia štúdia štruktúry a vlastností frézovaného a liateho titánu 114

3.1.4. Vplyv tepelného cyklovania a pretavovania na štruktúru zliatiny... 120

3.2. Porovnávacie elektrochemické charakteristiky dentálnych zliatin v rôznych podmienkach fungovania protéz 131

3.2.1. Kinetika vzniku stacionárnych elektrických potenciálov dentálnych zliatin 131

3.2.2. Elektrochemické charakteristiky zliatin po tepelné spracovanie pri nanášaní keramických náterov 141

3.2.3. Vplyv pH, teploty a prevzdušňovania korozívneho prostredia na elektrochemické správanie dentálnych zliatin 146

3.2.4. Vplyv cyklického dynamického zaťaženia na korózne správanie titánovej zliatiny 166

3.3. Elektrochemická interakcia dentálnych zliatin so dentálnymi implantátmi 181

3.3.1. Elektrochemické charakteristiky kontaktných párov „titánový rám implantát-protéza“ 181

3.3.1.1. Meranie EMF a prúdov kontaktných párov 181

3.3.1.2. Meranie impulzov potenciálov a kontaktné prúdy pri aktualizácii povrchu prvkov kontaktných párov a štúdiu kinetiky repasivácie obnoveného povrchu pri použití titánových implantátov 183

3.3.2. Elektrochemické charakteristiky kontaktných párov "nikel-titánový implantát-rám protézy" 190

3.3.2.1. Meranie EMF a prúdov kontaktných párov 190

3.3.2.2. Meranie pulzných prúdov pri obnove povrchu prvkov kontaktných párov a štúdium kinetiky repasivácie obnoveného povrchu pri použití nikel-titánových implantátov 194

3.4. Experimentálne hodnotenie proliferácie ľudských mezenchymálnych kmeňových buniek na kovových zliatinách 206

3.4.1. Hodnotenie cytotoxicity vzoriek pomocou MTT testu 206

3.4.2. Štúdium vplyvu študovaných vzoriek na účinnosť proliferácie MSC 207

3.5. Klinické hodnotenie ortopedických konštrukcií na kovových rámoch 211

Kapitola 4. Diskusia k výsledkom štúdie 222

Referencie 242

Úvod do práce

Relevantnosť výskumu. V modernej ortopédii

kovové zliatiny sú široko používané v zubnom lekárstve ako liate rámy pevných a snímateľných protéz. V Rusku sú zliatiny kobalt-chróm a nikel-chróm bežné ako kovové konštrukčné materiály; použitie zlatonosných zliatin je zanedbateľné. Bioinertné titánové zliatiny sa používajú oveľa menej často, pretože odlievanie titánu vyžaduje špeciálne vybavenie; klinické a technologické skúsenosti so zliatinami titánu nestačia.

Medzitým sú dobre známe vynikajúce vlastnosti biokompatibility titánu, ľahkosť a pevnosť titánových štruktúr; je možné dyhovať titánové konštrukcie keramikou. Dopyt po zliatinách obsahujúcich titán pre zubné protézy sa zvyšuje súbežne s nárastom miery používania zubných implantátov, ktoré sú vyrobené prevažne z titánu.

V poslednej dobe je okrem odlievania možné frézovať titán na CAD / CAM zariadeniach po naskenovaní modelu a virtuálnom modelovaní protézy. V literatúre nie sú dostatočné informácie o klinickom výkone technológie CAD/CAM v porovnaní s titánovým odliatím.

Prevádzka zubných protéz vyrobených z kovových zliatin je spojená s
možné elektrochemické korózne procesy, keďže
sliny majú vlastnosti elektrolytov.
Pokiaľ ide o titán, tieto procesy boli málo študované. kontakt
elektrochemická interakcia zubných titánových implantátov s
iné dentálne zliatiny analyzované v

málo štúdií využívajúcich štandardné metódy. V poslednej dobe sa objavili nové možnosti a metodické prístupy pri hodnotení antikoróznej odolnosti kovových zliatin,

napríklad pri tribologických štúdiách odolnosti proti opotrebovaniu; meranie elektrochemických parametrov pri obnove povrchu, pri zmene charakteristík umelých slín, pri tepelnom cyklovaní a najmä dynamickom zaťažení kovových konštrukcií. Bolo možné študovať reakciu ľudských bunkových kultúr na rôzne dentálne zliatiny.

Veľkou zaujímavosťou je zliatina titánu s efektom obnovy formy - nikelid titánu, z ktorej sa dajú vyrobiť fixné aj snímateľné protézy a implantáty. Jeho vlastnosti vo vzťahu k cieľom ortopedickej stomatológie a implantológie nie sú úplne pochopené, najmä v komparatívnom aspekte. Z hľadiska elektrochémie nebol dôvod na výber optimálnych zliatin pre zubné protézy na báze titánových niklových implantátov s efektom obnovy tvaru.

Účel štúdie: klinické a laboratórne zdôvodnenie použitia zliatin titánu a technológií ich spracovania na klinike ortopedickej stomatológie a implantológie.

Ciele výskumu:

Porovnajte fyzikálno-mechanické a tribologické vlastnosti (odolnosť proti opotrebovaniu) dentálnych zliatin a zliatin titánu.

Porovnajte zloženie, štruktúru a vlastnosti zliatiny titánu na frézovanie CAD/CAM protéz a liateho titánu, ako aj vlastnosti zliatin po pretavení.

Odhaliť vplyv dentálnych zliatin na proliferačné charakteristiky kultúry ľudských mezenchymálnych kmeňových buniek.

Študovať v laboratórnych podmienkach ukazovatele koróznej odolnosti pevných a kovokeramické protézy pomocou bežných dentálnych zliatin a zliatin titánu.

Stanoviť elektrochemické vlastnosti použitia implantátov vyrobených z titánu a niklu titánu, a to aj v prípade porušenia (obnovy) povrchu protéz a implantátov počas ich prevádzky.

Zistiť rozdiely v elektrochemickom správaní dentálnych zliatin s experimentálnou zmenou charakteristík elektrokorozívneho média (pH, stupeň prevzdušnenia).

Študovať vplyv dynamického zaťaženia titánových protéz a implantátov na ich elektrochemické parametre.

Správať sa subjektívne a objektívne posúdenie protetické konštrukcie z rôznych dentálnych zliatin, vrátane tých na implantátoch a vyrobených technológiou CAD/CAM, dlhodobo po ukončení ortopedickej liečby.

Vedecké novinka výskumu. Prvýkrát

Nanoindentácia študovala za podobných experimentálnych podmienok hlavné mechanické vlastnosti: tvrdosť, modul pružnosti, percento návratnej deformácie – bežné dentálne zliatiny, zliatiny titánu a niklidu titánu. Zároveň sa po prvýkrát uskutočnili tribologické štúdie dentálnych zliatin, vrátane zliatin obsahujúcich titán; bolo uskutočnené porovnanie ich odolnosti proti opotrebeniu a charakteru deštrukcie zliatin podľa mikrofotografií.

Prvýkrát bolo porovnané zloženie, štruktúra, fyzikálne a mechanické vlastnosti štandardných titánových predvalkov na odlievanie a frézovanie (s využitím technológie CAD/CAM) pomocou metalografickej analýzy, röntgenovej difrakčnej analýzy a merania nanoindentácie. Pomocou lokálnej energeticko-disperznej analýzy a semikvantitatívneho stanovenia chemického zloženia, metalografie a röntgenovej štruktúrnej fázovej analýzy bol prvýkrát odhalený vplyv opakovaného pretavovania dentálnej zliatiny na jej vlastnosti.

Prvýkrát boli elektrické potenciály zliatin titánu a niklu titánu študované v dynamike v porovnaní s neušľachtilými a ušľachtilými dentálnymi zliatinami v umelých slinách, a to aj po ich tepelnom cyklovaní s keramickým obložením protéz. Prvýkrát bola stanovená zmena elektrických potenciálov zliatin so zmenou parametrov (pH, prevzdušnenie) umelých slín a pri dynamickom zaťažení kovových konštrukcií.

Prvýkrát na porovnanie boli študované elektrochemické parametre kontaktných párov "rám protézy - nosný implantát" s použitím titánových niklových a titánových implantátov a základných konštrukčných zliatin pre zubné protézy. Prvýkrát boli vykonané výpočty koróznych strát v prípade poškodenia povrchu nikel-titánových a titánových implantátov, ako aj kovových rámov zubných protéz, ktoré sú na nich pripevnené.

Prvýkrát v kultúre ľudských mezenchymálnych kmeňových buniek bola skúmaná toxicita dentálnych zliatin z hľadiska bunkovej proliferácie, adhézie a životaschopnosti.

Prvýkrát sa uskutočnilo klinické porovnanie koróznych prejavov protéz vyrobených z neušľachtilých zliatin, liateho a frézovaného titánu pomocou technológie CAD/CAM.

Praktický význam štúdie.

Bola stanovená identita zloženia, štruktúry a základných fyzikálnych a mechanických vlastností certifikovaných titánových polotovarov na odlievanie a frézovanie protéz pomocou technológie CAD/CAM; boli odhalené určité metalurgické defekty štandardných titánových polotovarov. Na príklade neušlechtilej dentálnej zliatiny sa potvrdzuje negatívny vplyv opakovaného pretavovania na jej štruktúru a fyzikálno-mechanické vlastnosti pri zachovaní zloženia.

Uvádzajú sa hlavné fyzikálne a mechanické vlastnosti

dentálne zliatiny, zliatiny titánu a niklid titánu podľa

výsledky identických skúšok na skúšobnej stolici. Uvádzajú sa klinicky významné rozdiely v stupni a povahe opotrebovania študovaných dentálnych zliatin. Potvrdila sa dôležitá vlastnosť niklu titánu pre implantológiu - vysoká hodnota elastického zotavenia pri jeho zaťažení.

Z hľadiska elektrochémie sa výhody a nevýhody rôznych dentálnych zliatin (vrátane zliatin obsahujúcich titán) ukazujú v rôznych prevádzkových podmienkach: v prítomnosti pevných liatych alebo kovokeramických protéz, vrátane protéz na báze titánu alebo niklu a titánu implantáty a v rozpore s ich povrchom. Ukazuje sa, že účelnosť kovokeramických protéz s plným obložením kovových rámov znižuje riziko vzniku elektrochemických reakcií v ústnej dutine a znižuje prevádzkové zdroje protéz.

Bola preukázaná ľahostajnosť všetkých dentálnych zliatin vzhľadom na bunkovú kultúru ľudského mezenchymálneho tkaniva, ako aj určité rozdiely v reakcii mezenchymálnych kmeňových buniek.

Uvádza sa štatistika poklesu funkčných a estetických vlastností zubných protéz na báze kovových rámov z rôznych dentálnych zliatin, ako aj toxických a chemických komplikácií. Klinicky podložená účinnosť použitia protéz na liatych a frézovaných titánových rámoch pri náhrade defektov chrupu a pri použití titánových implantátov.

Základné ustanovenia pre obranu.

1. Z hľadiska elektrochémie a prevencie toxických a chemických účinkov na tkanivá ústnej dutiny sú pre protetiku na titánových a nikel-titánových implantátoch najoptimálnejšie fixné protézy s celokeramickou výstelkou na rámoch z akejkoľvek dentálnej zliatiny; výroba jednodielnych nepotiahnutých protéz na titánových implantátoch je vhodná pri

použitie zliatin obsahujúcich titán a zlato a na nikel-titánových implantátoch - zliatiny nikel-titán alebo chróm-kolbalt.

Faktory, ktoré znižujú koróznu odolnosť dentálnych zliatin, sú zmeny pH a odvzdušnenie slín, nízka odolnosť proti opotrebeniu a narušenie celistvosti povrchu protézy pri jej činnosti, ako aj opakované pretavovanie zliatiny.

Funkčné zaťaženie kovových protéz a implantátov spôsobuje výrazné kolísanie elektrochemických parametrov dentálnych zliatin v dôsledku diskontinuity povrchových oxidových filmov.

Zloženie a vlastnosti titánových zliatin na odlievanie a frézovanie sú podobné; CAD/CAM titánové protézy majú technologické a klinické výhody.

Bežné dentálne zliatiny, zliatiny titánu a nikelid titánu nemajú žiadne toxické účinky na ľudské mezenchymálne kmeňové bunky.

Toxicko-chemické objektívne a subjektívne prejavy pri použití nevzácnych dentálnych zliatin sú podľa kliniky bežnejšie v porovnaní so zliatinami s obsahom titánu; prítomnosť titánových implantátov ako podpôr pre zubné protézy nevedie ku klinickým prejavom kontaktnej korózie za predpokladu, že je dodržaná starostlivá ústna hygiena.

Schválenie výsledkov výskumu. Výsledky štúdie boli oznámené na celoruskej konferencii "Superelastické tvarové pamäťové zliatiny v zubnom lekárstve", I All-Russian Congress "Dental Implantation" (Moskva, 2001); na 1. kongrese Európskej konferencie o

problémy zubnej implantológie (Ľvov, 2002); na VIII. Celoruskej vedeckej konferencii a VII. kongrese StAR Ruska (Moskva, 2002); na 5. ruskom vedeckom fóre "Zubné lekárstvo - 2003" (Moskva, 2003); na medzinárodnej konferencii „Moderné aspekty rehabilitácie v medicíne“ (Jerevan, 2003); na VI. ruskom vedeckom fóre "Zubné lekárstvo 2004", (Moskva); na medzinárodnej konferencii o medicínskych materiáloch s tvarovou pamäťou a nových technológiách v medicíne (Tomsk, 2007); na vedecko-praktickej konferencii k 35. výročiu vzniku Strednej zdravotníckej školy č. 119 (Moskva, 2008); na V All-Rus vedeckej a praktickej konferencii"Vzdelávanie, veda a prax v zubnom lekárstve" na tému "Implantológia v zubnom lekárstve" (Moskva, 2008); na stretnutí pracovníkov Katedry klinickej stomatológie a implantológie Inštitútu pre pokročilé štúdie Federálnej lekárskej a biologickej agentúry Ruska (Moskva, 2008).

Implementácia výsledkov výskumu. Výsledky štúdie boli zavedené do praxe Klinického centra stomatológie Federálnej lekárskej a biologickej agentúry Ruska, Ústredného výskumného ústavu zubného lekárstva a maxilofaciálnej chirurgie, Národného lekárskeho a chirurgického centra, kliniky KARAT (Novokuznetsk) , klinika CSP-Lux (Moskva); vo vzdelávacom procese Katedry klinickej stomatológie a implantológie Inštitútu pre pokročilé štúdium Federálnej lekárskej a biologickej agentúry Ruska, Katedry zubného lekárstva všeobecného praktického lekárstva s kurzom zubných technikov Moskovskej štátnej lekárskej univerzity, Laboratória zdravotníckych materiálov MISiS.

Objem a štruktúra dizertačnej práce. Práca je prezentovaná na 265 listoch strojom písaného textu, pozostáva z úvodu, prehľadu literatúry, troch kapitol vlastného výskumu, záverov, praktických odporúčaní a zoznamu literatúry. Dizertačná práca je ilustrovaná 78 obrázkami a 28 tabuľkami. Index literatúry zahŕňa 251 zdrojov, z toho 188 domácich a 63 zahraničných.

Kovové zliatiny používané pri výrobe zubných protéz

Medzi týmito dvoma skupinami existujú zásadné rozdiely v chemických a fyzikálnych vlastnostiach. V procese zubnej práce by sa tieto rozdiely mali brať do úvahy. Čistý titán zaberá dvojitú pozíciu. Z chemického hľadiska a z hľadiska dentálneho spracovania má, patriaca medzi zliatiny základných kovov, mechanické vlastnosti, ktoré sú charakteristické skôr pre zliatiny ušľachtilých kovov.

Zloženie zlatonosných zliatin zahŕňa zlato (39-98%), platinu (do 29%), paládium (do 33%), striebro (do 32%), meď (do 13%) a malé množstvo legujúcich prvkov. Zloženie paládiových zliatin zahŕňa (35-86%) paládium, do 40% striebra, do 14% medi, do 8% india atď. Zliatiny obsahujúce striebro obsahujú 36-60% striebra, 20-40% paládia , až 18 % medi a iné

Zloženie nevzácnych zliatin, najmä kobalt-chróm, obsahuje 33-75% kobaltu, 20-32% chrómu, až 10% molybdénu a ďalšie prísady. Zliatiny niklu a chrómu obsahujú 58-82% niklu, 12-27% chrómu, až 16% molybdénu. Nikelid titánu obsahuje približne rovnaký podiel niklu a titánu. Zliatiny s obsahom železa (ocele) obsahujú do 72 % železa, do 18 % chrómu, do 8 % niklu, do 2 % uhlíka. Zliatiny titánu obsahujú minimálne 90 % titánu, až 6 % hliníka, až 4 % vanádu a menej ako 1 % železa, kyslíka a dusíka.

Takmer všetky zliatiny kobaltu obsahujú nečistoty niklu. Ale obsah niklu v nich by mal byť na úrovni, ktorá nepredstavuje nebezpečenstvo. Obsah niklu v sponovej protéze, ktorá je vyrobená z vysoko kvalitnej zliatiny kobaltu a chrómu, teda približne zodpovedá množstvu niklu denne skonzumovanému s jedlom.

V súčasnosti sa na výrobu vo veľkej miere používajú bezuhlíkové zliatiny kobaltu a chrómu kovokeramické korunky a mostíky napríklad západné firmy vyrábajú: KRUPP - zliatina Bondi-Loy, BEGO - Wirobond, DENTAURUM - zliatina CD. V USA MINEOLA A.ROSENS ON INC vyrába zliatinu Arobond. Podobné zliatiny "KH-DENT" a "Cellite-K" sa vyrábajú v Rusku.

V súčasnosti sú zliatiny niklu a chrómu široko používané na kovokeramické práce spolu so zliatinami kobaltu a chrómu. Prototypom týchto zliatin bola žiaruvzdorná zliatina "NIKHROM" -Kh20N80, používaná v priemysle na výrobu vykurovacích telies. Pre väčšiu tuhosť je legovaný molybdénom alebo nióbom, pre zlepšenie kvality odlievania - kremíkom.

Najpopulárnejšou z týchto zliatin je zliatina BEGO Wiron 88, podobné zliatiny sa vyrábajú v Rusku: Dental NSAvac, NH-DENT NSvac, Cellite-N.

Titán je najťažšie získať v absolútne čistej forme. Na základe svojej vysokej reaktivity viaže niektoré prvky, predovšetkým kyslík, dusík a železo. Preto je čistý titán (nazývaný nelegovaný) rozdelený do rôznych čistiacich skupín (od kategórie 1 po kategóriu 4). Kvôli mechanickým vlastnostiam nie je vždy vhodné použiť kov najvyššej kategórie. Nečistoty obsahujúce titán má lepšie mechanické vlastnosti.

Vývojári zliatin odporúčajú výrobu určitých ortopedických štruktúr z rôznych dentálnych zliatin. Takže na výrobu vložiek sa odporúča zlato s odkazom výrobcu - "vynikajúce"; s odkazom "možné použitie" označuje zliatiny na báze paládia, striebra, kobaltu, niklu a titánu. Na výrobu koruniek a mostíkov s plastovou výstelkou sú „vynikajúce“ zliatiny zlata, paládia, striebra, kobaltu, niklu a titánu a s keramickou výstelkou – zlato, paládium, kobalt, nikel, titán (možno použiť striebro zliatiny na báze). Pre sponové protézy sú zliatiny na báze kobaltu „vynikajúce“ a zliatiny na báze zlata, paládia, kobaltu, niklu a titánu sú „možné použiť“. Podľa výrobcov sú implantáty skvelé na výrobu z titánu, ale možno aj zo zliatiny kobaltu a chrómu. Suprakonštrukcie odporúčame zhotoviť s označením „excellent fit“ zo zlata, paládia, kobaltu, niklu, titánu. Čo sa týka materiálov používaných na implantáty a supraštruktúry, autor tejto dizertačnej práce nesúhlasí, pretože považuje za správne využívať princíp monokovu (titánu) v implantológii.

Okrem fyzikálnych a mechanických vlastností je výber zliatiny dôležitý pre jej biologickú kompatibilitu. Meradlom biologickej bezpečnosti je korozívne správanie materiálu. V zliatinách ušľachtilých kovov by mal byť obsah samotných ušľachtilých kovov (zlato, platina, paládium a striebro) čo najvyšší. Vzhľadom na korózne správanie zliatin základných kovov (zliatiny kobalt-chróm a nikel-chróm) by sa mal brať do úvahy obsah chrómu. Obsah chrómu musí byť nad 20 %, aby bola zabezpečená dostatočná stabilita v ústnom prostredí. Obsahy menšie ako 20 (15 %) môžu spôsobiť vysoké uvoľňovanie iónov. Je dobre známe, že medzi biologickými funkciami kovu sú rozdiely. Ide o takzvané esenciálne prvky, neesenciálne prvky a toxické kovy. Prvky prvej skupiny sú pre ľudské telo nevyhnutné pre jeho fungovanie. Takéto prvky sú súčasťou enzýmov, vitamínov (napr. kobalt pre vitamín B12) alebo iných dôležitých molekúl (napr. železo v hemoglobíne pre transport kyslíka). Nepodstatné prvky telu neškodia, no telo ich nepotrebuje. Poslednou skupinou sú prvky, ktoré sú pre telo nebezpečné. Takéto kovy by sa nemali používať v dentálnych zliatinách.

Klinické toxicko-chemické a alergické reakcie pri použití dentálnych zliatin

Naliehavosť problému toxicko-chemických a alergických reakcií pri používaní dentálnych zliatin nezmizne.

Takže Dartsch RS, Drysch K., Froboess D. študovali toxicitu priemyselného prachu v zubnom laboratóriu, najmä obsahujúceho zliatiny ušľachtilých a nevzácnych dentálnych zliatin. Pre štúdiu sa použili bunkové kultúry L-929 (myšie fibroblasty) na určenie počtu živých buniek a výpočet bunkového rastového faktora v prítomnosti kovového prachu počas troch dní. V tomto prípade boli modelované tri možnosti expozície: keď sa prach dostal do úst (roztok syntetických slín podľa EN ISO 10271 - pH 2,3), keď sa dostal na pokožku rúk (kyslý roztok syntetického potu podľa EN ISO 105-E04 - pH 5,5), pri vystavení čistiacim roztokom na umývanie rúk (kyslý roztok syntetického potu podľa EN ISO 105-E04 - pH 5,5) v kombinácii s antibiotickými prísadami (penicilín/streptomycín).

Zatiaľ čo pre kontrolnú bunkovú kultúru bol rastový faktor 1,3 zdvojnásobenia populácie (t.j. každá bunka kolónie rozdelená na dve časti približne 1,3-krát za deň), úroveň poklesu rastového faktora buniek s extraktmi vzoriek závisela od stupňa ich riedenie. Maximálnu toxicitu má priamo na pracovisku technika odobratá vzorka, ktorej zloženie zahŕňa prach ušľachtilých a obyčajných kovov. To znamená, že spracovanie zliatin pri výrobe cermetov je spojené so zjavnými zdravotnými rizikami. V plnej miere to platí pre vzorku odobratú z centrálneho ventilačného systému laboratória.

Neznášanlivosť štrukturálnych zubných materiálov je založená na charakteristikách reakcie tela na ich zloženie; Na diagnostiku týchto stavov boli navrhnuté rôzne metódy. Tsimbalistov A.V., Trifonov B.V., Mikhailova E.S., Lobanovskaya A.A. zoznam: rozbor pH slín, štúdium zloženia a parametrov slín, krvné testy, využitie metódy akupunktúrnej diagnostiky podľa R. Volla, kontinuálna presná diagnostika, meranie indexu bioelektromagnetickej reaktivity tkanív, expozičné a provokačné testy, leukopenické a trombopenické testy, epikutánne testy, imunologické metódy výskumu . Autori vyvinuli intraorálne epimukózne alergologické testy, pri ktorých sa stav mikrovaskulatúry hodnotí pomocou kontaktnej biomikroskopie pomocou mikroskopu MLK-1. Na spracovanie kvalitatívnych a kvantitatívnych charakteristík mikrocirkulácie je mikroskop doplnený farebnou analógovou videokamerou a osobným počítačom.

Marenkova M.L., Zholudev S.E., Novikova V.P. uskutočnila štúdiu hladiny cytokínov v ústnej tekutine u 30 pacientov so zubnými protézami a prejavmi ich neznášanlivosti. So zodpovedajúcimi súpravami činidiel ZAO Vector-Best sa použil enzýmový imunosorbentový test. Zistilo sa zvýšenie obsahu prozápalových cytokínov v slinách u pacientov s intoleranciou na protézy, aktiváciou bunkovej imunitnej odpovede bez aktivácie autoimunizácie a alergickými procesmi. U osôb s neznášanlivosťou zubných protéz sa teda zisťuje nešpecifický zápalový proces a deštruktívne zmeny na sliznici úst.

Oleshko V.P., Zholudev S.E., Bankov V.I. navrhol diagnostický komplex „SEDC“ na určenie individuálnej tolerancie konštrukčných materiálov. Fyziologický mechanizmus diagnostika je založená na analýze zmien parametrov slabých pulzných, komplexne modulovaných nízkofrekvenčných elektromagnetických polí, ktoré sú najvhodnejšie pre živý organizmus. Charakteristickým rysom komplexu je spracovanie signálu odozvy zo snímača na nosných frekvenciách od 104 Hz do 106 Hz. Signál odozvy zo senzora vždy obsahuje informácie o mikrocirkulácii a metabolizme v tkanive na bunkovej úrovni. Študovaná vzorka zubného materiálu je umiestnená medzi pery pacienta, čo spôsobuje chemickú mikroreakciu a zmenu chemického zloženia média na rozhraní. Vzhľad komponentov, ktoré sú neadekvátne chemickému zloženiu ústneho prostredia, dráždi receptory sliznice pier, čo sa prejavilo na údajoch prístroja. Okrem toho má zariadenie 2 svetlovody; v počiatočnom stave je svetlovod zapnutý, čo zodpovedá absencii galvanických procesov.

Lebedev K.A., Maksimovsky Yu.M., Sagan N.N., Mitronin A.V. popísať princípy určovania galvanických prúdov v ústnej dutine a ich klinické zdôvodnenie. Autori vyšetrili 684 pacientov s rôznymi kovovými inklúziami v dutine ústnej a známkami galvanizmu v porovnaní so 112 jedincami s protézami a bez známok galvanizmu; kontrolná skupina 27 ľudí nemala žiadne kovové inklúzie. Potenciálny rozdiel v ústnej dutine sa meral digitálnym voltmetrom APPA-107.

Metódy štúdia zloženia, štruktúry a fyzikálnych a mechanických vlastností dentálnych zliatin

Kontinuálne vtláčanie zliatin na štúdium mechanických vlastností sa uskutočňovalo na automatizovanom testeri nanotvrdosti (CSM Instr.) pri zaťažení 5 a 10 mN vo vzduchu s použitím diamantového indentora Vickers (obr. 1). Pri takýchto nízkych zaťaženiach možno metódu považovať za nedeštruktívnu na makroúrovni, pretože hĺbka prieniku indentora nepresiahla 0,5 μm, čo umožnilo testovať odolnosť proti opotrebeniu na rovnakých vzorkách. Výhodou metódy nanoindentácie je, že analýza série experimentálnych kriviek zaťaženia a odľahčenia umožňuje kvantifikovať mechanické vlastnosti relatívne mäkkých aj supertvrdých (viac ako 40 GPa) materiálov pomocou vzorky jednoduchej geometrie s rovnou plochou. niekoľko mm2. Výpočty tvrdosti a modulu pružnosti sa uskutočňovali podľa metódy Olivera-Farra pomocou výpočtového a kontrolného programu "Indentation 3.0". Podľa experimentálnych údajov sa elastické zotavenie materiálu vypočíta aj ako pomer elastickej deformácie k celkovej R=(hm-hf)/hm-100 %, kde hm je maximálna hĺbka ponoru, hf je hĺbka odtlačku po odstránení záťaže. Každá hodnota bola spriemerovaná zo 6-12 meraní.

Celkový pohľad na nastavenie testera nanotvrdosti. Skúšobná vzorka sa položí na dosku na predmety, potom sa na povrch vzorky spustí zafírový krúžok, ktorý zostáva v kontakte so skúšaným materiálom počas cyklu nakladania a vykladania (obr. 2). Normálne zaťaženie sa aplikuje pomocou elektromagnetu a prenáša sa na indentor cez vertikálnu tyč. Pohyb tyče vzhľadom na polohu krúžku je meraný kapacitným snímačom, ktorý je pripojený k počítaču cez dosku rozhrania.

Schéma testovania počas nanoindentácie Cyklus nakladania a vykladania prebieha pri určitej rýchlosti a expozícii. Výsledné údaje sú prezentované ako graf závislosti zaťaženia od hĺbky vtlačenia (obr. 3).

Na kalibráciu prístroja na meranie nanotvrdosti sa najskôr vykonajú testy na štandardnej vzorke a až potom na skúmanom materiáli. Ako štandardná vzorka sa používa tavený kremeň so známou tvrdosťou a Youngovým modulom (E = 72 GPa, H = 9,5 GPa).

Tribologické štúdie odolnosti zliatin proti opotrebovaniu.

Testy odolnosti proti opotrebeniu podľa schémy „tyč-disk“ boli vykonané na automatizovanom zariadení „Tribometer“ (CSM Instr.) (v médiu s biologickým roztokom (obr. 4, 5, tabuľka 2). Táto schéma umožňuje laboratórne štúdie Ako stacionárna protitelesa slúžila certifikovaná guľa s priemerom 3 mm vyrobená z oxidu hlinitého (Youngov modul E = 340 GPa, Poissonov koeficient 0,26, tvrdosť 19 GPa). Oxid hlinitý bol zvolený ako nekovový, nevodivý materiál podobný štruktúre zubnej sklovine, ktorého tvrdosť prevyšuje tvrdosť skúmaných zliatin. Guľa bola upevnená držiakom z nehrdzavejúcej ocele, ktorý prenášal špecifikované zaťaženie na gulička a bola pripojená k snímaču trecej sily. Kontaktná zóna bola vo vnútri kyvety naplnenej biologickým roztokom.

Komplexná tribologická štúdia zahŕňala priebežné zaznamenávanie koeficientu trenia (c.f.) počas testovania podľa testu „pevná tyč - rotujúci disk“ na automatizovanom tribometri (CSM Instr.), ako aj fraktografickú štúdiu drážky opotrebenia (vrátane merania profilu drážky) a miesta opotrebovania na protitelese, ktorých výsledky sa použili na výpočet opotrebovania vzorky a protitelesa. Štruktúra opotrebených drážok (na diskoch) a priemer škvŕn opotrebovania (na guľôčkach) boli študované pozorovaním v optickom mikroskope AXIOVERT CA25 (Karl Zeiss) pri zväčšení x (100-500) a stereomikroskope MBS-10 ( LZOS) pri zväčšení x (10-58).

Merania vertikálneho rezu drážok sa uskutočnili v 2-4 diametrálne a ortogonálne protiľahlých bodoch na profilometri Alpha-Step200 (Tensor Instr.) pri zaťažení 17 mg a priemernej hodnote plochy prierezu a hĺbky bola určená opotrebovacia drážka. Kvantitatívne hodnotenie opotrebenia vzorky a protitelesa sa uskutočnilo nasledovne. Opotrebenie gule sa vypočítalo pomocou nasledujúceho vzorca: V= 7i h2(r l/3h), kde I = r-(-[(W]2)1/2, d je priemer jazvy po opotrebovaní, r je polomer gule, h je výška segmentu. Opotrebenie vzorky bolo vypočítané podľa vzorca: V= S% kde / je obvod, 5 je plocha prierezu drážky proti opotrebovaniu Výsledky testu a fraktografické pozorovania boli spracované pomocou počítačového programu InsrtumX for Tribometer , CSM Instr.

Metódy porovnávania liateho a frézovaného titánu.

Porovnávala sa štruktúra a vlastnosti štandardných polotovarov na frézovanie titánových konštrukcií protéz pomocou technológie CAD/CAM a titánu získaného investičným liatím.

Analýza makro a mikroštruktúry vzoriek titánovej zliatiny vo forme platní s hrúbkou 2–3 mm bola vykonaná pomocou moderné metódy digitálna makro a mikro fotografia MBS-10 (LZOS) a AXIOVERT25CA (Karl Zeiss). Štúdie sa uskutočnili na leštených rezoch, ktoré boli ošetrené leptadlom v zložení 2 % HF + 2 % NZh)3 + destilovaná voda (zvyšná), aby sa odhalila mikro a makroštruktúra.

Vyhodnotenie mechanických vlastností (tvrdosť a Youngov modul) sa uskutočnilo Oliver-Pharrovou metódou podľa merania nanoindentácie (ISO 14577) uskutočneného na precíznom tvrdomere NanoHardnessTester (CSM Instr.) pri zaťažení 10 a 20 mN s použitím diamantový indentor Berkovich. Podľa experimentálnych údajov sa elastické zotavenie materiálu R vypočítalo aj ako pomer elastickej deformácie k celkovej R-(hm-hf)/hm-100 %, kde hm je maximálna hĺbka ponorenia indentora, h/ je hĺbka odtlačku po odstránení nákladu. Výsledky výpočtov boli spriemerované zo 6–12 meraní metódou ANOVA.

Elektrochemické charakteristiky kontaktných párov "titánový rám implantát-protéza"

Typické experimentálne krivky odrážajúce odolnosť zliatin proti prieniku diamantového indentora so zvýšením (horná vetva) a znížením (dolná vetva) aplikovaného zaťaženia YumN sú znázornené na obrázku 11 a výsledky výpočtu mechanických vlastností zliatin sú uvedené v tabuľke 6.

Tvrdosť dentálnych zliatin podľa výsledkov nanoindentácie leží v rozmedzí 2,6 - 8,2 GPa (obr. 12, tabuľka 6). Vlastnosťami najbližšie k zubnej sklovine (podľa údajov z literatúry H = 3,5-4,5 GPa) sú zliatiny obsahujúce titán, vrátane niklu titánu (4,2-5,2 GPa), ako aj zliatina na báze niklu Celite N.

Tvrdosť zliatin zirkónu a zlata a platiny je takmer 2-krát nižšia (až 2,6 GPa), zatiaľ čo zliatiny kobaltu a chrómu a zliatina niklu a chrómu Remanium 2000 sú takmer dvakrát vyššie (až 8,2 GPa).

Modul pružnosti zubnej skloviny je asi 100 GPa, pre dentálne zliatiny - od 65,9 do 232,2 GPa. Podobné vlastnosti pre zirkón, mierne vyššie pre legovaný titán a zliatinu zlata a platiny. Všetky ostatné zliatiny, okrem niklu titánu, majú vyšší modul pružnosti.

Ako je známe, pre kosť je to oveľa menej a predstavuje E=10 - 40 GPa.

Súdiac podľa veľmi nízkej hodnoty E (65,9 ± 2,5 GPa), zliatina niklu titánu sa v testovacích podmienkach blíži k rozsahu martenzitickej transformácie v špeciálnom štruktúrnom stave, ktorý sa vyznačuje

Ostatné zliatiny vykazujú hodnoty elastického zotavenia 10–20 % typické pre kovy. Mierne prekročenie tejto úrovne pre zliatiny kobaltu a chrómu, legovaný titán a zliatina niklu a chrómu Remanium 2000 a zvýšené hodnoty modulu pružnosti môžu byť spojené s tvorbou intermetalických fáz (usporiadanie), textúry alebo zvyškových vnútorných napätých polí po odlievanie alebo valcovanie.

Základné fyzikálne a mechanické parametre titánových zliatin teda zaujímajú strednú pozíciu medzi bežnými dentálnymi zliatinami rôzneho zloženia. Zliatina niklu titánu je zaujímavá vďaka mimoriadne vysokej hodnote elastického zotavenia. Údaje o nanoindentácii zliatin sú dôležité pre výber konštrukčných materiálov pre zubné protézy a implantáty.

Komplexná tribologická štúdia, fraktografia opotrebovaných drážok vytvorila základ pre odolnosť dentálnych zliatin proti opotrebovaniu. Merania modulu pružnosti umožnili odhadnúť Hertzove napätia v trecej dvojici.

Obrázok 14 znázorňuje vypočítané hodnoty tlaku vznikajúceho pri kontakte plochej vzorky skúmanej zliatiny s guľovitým indentom z oxidu hlinitého s priemerom 3 mm (označenia zliatin zodpovedajú ich zloženiu podľa tabuľky 1).

1 Podľa hodnôt kontaktných napätí je možné rozlíšiť 2 skupiny zliatin. Prvá zahŕňa zliatiny niklu a kobaltu a chrómu, ktoré sa vyznačujú hodnotami 1,36–1,57 GPa, čo zodpovedá Youngovmu modulu 167–232 GPa. Všetky tieto zliatiny sa vyznačujú vysokou odolnosťou proti opotrebeniu (6,75106 mm3/N/m) a zdá sa, že opotrebenie prebieha podľa rovnakého mechanizmu.

Ďalšiu skupinu s hodnotami kontaktného napätia (1,07-1,28) tvoria zliatiny titánu a zirkónu, ktoré vykazovali značné opotrebovanie (3,245-10 "4 mm3 / N / m). Mimo tejto klasifikácie sú nikel-titán a zliatiny zlato-platina, ktoré možno formálne zaradiť do druhej skupiny.Tieto zliatiny majú vlastný mechanizmus opotrebenia.Vzorky kobaltchrómu, niklu, chrómu a zliatiny zlatoplatiny obstáli v skúške za špecifikovaných podmienok, po zvyšok testu

Ako je možné vidieť z ilustrácií na obrázkoch 16-17 a v tabuľke 7, najmenšie opotrebenie (2,45-10" mm / N / m) je pozorované v zliatine zlata a platiny, ako aj v zliatine kobaltu a chrómu Remanium 2000 - 1,75-10-6 mm / N / m Najväčšie opotrebenie vykazovali vzorky Rematitanu a zirkónu - 8,244-10-4 a 8,465-10"4 mm / N / m.

Pri porovnaní obrázkov 16-20 možno dospieť k záveru, že existuje špeciálny mechanizmus opotrebovania pre zliatinu zlata a platiny a niklid titánu. Zlato-platinová zliatina najviac odolná voči opotrebovaniu má špeciálny mechanizmus opotrebovania spojený s jej chemicky inertným povrchom v prostredí biologického roztoku.

Napriek nízkemu modulu pružnosti vykazuje rekordne nízke opotrebenie a minimálne počiatočné a konečné koeficienty trenia. Pre vzorku niklidu titánu existuje tiež špeciálny mechanizmus opotrebovania, v ktorom je jeden z najnižších počiatočných koeficientov trenia (k.f.) (0,107) a maximálnych konečných koeficientov trenia. (0,7), čo je spojené s výskytom reverzibilnej martenzitickej transformácie v niklide titánu, iniciovanej vonkajšou záťažou. Dokazuje to veľká amplitúda c.t. a jeho zvýšenie do konca testu o 7-násobok.

Je potrebné poznamenať, že zvýšené opotrebenie zliatin obsahujúcich titán je spojené s lepením kovu na povrch gule, čo vedie k zmene kontaktnej geometrie (zmenšuje sa kontaktná plocha) a vlastností protitelesa (tvorba intermetalickej zlúčeniny typu TIA1 s vysoký Youngov modul), čo v konečnom dôsledku vedie k prudkému zvýšeniu kontaktných napätí v porovnaní s vypočítanými.

Testy odolnosti dentálnych zliatin proti opotrebovaniu v prostredí biologického roztoku teda ukázali, že čisté kovy titán (DA2) a zirkónium (DA7) vykazujú najväčšie opotrebenie (8,24-8,47-10"4 mm3 / N / m), ako aj niklu titánu (DA1) (5,09-10" 4mm3/N/m). Legovanie titánu (DA8 a DA9) zvyšuje odolnosť proti opotrebeniu: opotrebenie zliatin VT5 (systém Ti-Al-Sn) a VT 14 (Ti-Al-Mo-V) je znížené približne 2,5-krát v porovnaní s čistým titánom.

Najodolnejšia zliatina je DA10 na báze Au-Pt (2,45-10 7 mm3/N/m).

Dostatočne vysokú odolnosť proti opotrebeniu, ale rádovo horšiu ako zlato-platina, vykazovala zliatina DA5 (Remanium 2000) na báze systému Co-Cr-Mo-Si (1,7540-6 mm3/N/m). Zvyšné zliatiny DA2, DA4, DA11 (nikelchróm a Celite K) majú vyhovujúcu odolnosť proti opotrebeniu v rozsahu (4,25-7,35)-10"6 mm3 / N / m.

Titán a tantal – „kompromisné“ kovy pre medicínu
Používanie rôznych kovových výrobkov v medicíne sa praktizovalo už od staroveku. Kombinácia takýchto užitočné vlastnosti kovy a ich zliatiny, ako pevnosť, trvanlivosť, pružnosť, plasticita, elasticita, nemá alternatívy, najmä pri výrobe ortopedických štruktúr, lekárskych nástrojov, zariadení na rýchlu fúziu zlomenín. A v posledných desaťročiach, vďaka objaveniu efektu „tvarovej pamäte“ a zavedeniu ďalších inovácií, sa kovy široko používajú aj v cievnej a neurochirurgii na výrobu šijacieho materiálu, sieťových stentov na rozšírenie žíl a tepien, veľkých endoprotéz. , v oftalmologickej a dentálnej implantológii.

Nie všetky kovy sú však vhodné na použitie v oblasti medicíny a hlavnými deštruktívnymi príčinami sú tu náchylnosť na koróziu a reakcie so živými tkanivami – faktory, ktoré majú devastujúce následky pre kov aj pre samotné telo.

Samozrejme, zlato a kovy platinovej skupiny (platina, irídium, osmium, paládium, ródium atď.) sú mimo konkurencie. Možnosť masového využitia drahých kovov však prakticky chýba z dôvodu ich neúmernosti vysoká cena a kombinácia užitočných vlastností, ktoré sú požadované v určitých špecifických klinických situáciách, nie je vždy vlastná ušľachtilým kovom.

Významné miesto v tejto oblasti dodnes zaujímajú nehrdzavejúce ocele legované určitými prísadami na získanie požadovaných vlastností. Ale takéto kovové materiály, ktoré sú stokrát lacnejšie ako drahé kovy, účinne odolávajú korózii a iným agresívnym vplyvom, čo výrazne obmedzuje možnosť ich použitia pre množstvo medicínskych potrieb. Okrem toho je prekážkou pri uchytení výrobkov z nehrdzavejúcej ocele implantovaných do tela ich konflikt so živými tkanivami, čo spôsobuje vysoké riziko odmietnutie a iné komplikácie.

Akýmsi kompromisom medzi týmito dvoma pólmi sú kovy ako titán a tantal: pevné, tvárne, takmer nepodliehajúce korózii, s vysokým bodom topenia, a čo je najdôležitejšie - úplne biologicky neutrálne, vďaka čomu sú telom vnímané ako ich vlastné tkanivo a prakticky nespôsobujú odmietnutie. Pokiaľ ide o náklady, pre titán nie sú vysoké, aj keď výrazne prevyšujú náklady na nehrdzavejúce ocele. Tantal, ktorý je pomerne vzácny kov, je viac ako desaťkrát drahší ako titán, ale stále oveľa lacnejší ako drahé kovy. S podobnosťou väčšiny hlavných prevádzkových vlastností je v niektorých z nich stále horší ako titán, hoci v niektorých ho prevyšuje, čo v skutočnosti určuje relevantnosť aplikácie.

Práve z týchto dôvodov sa titán a tantal, často označované ako „lekárske kovy“, ako aj množstvo ich zliatin, široko používajú v mnohých medicínskych odvetviach. Odlišujú sa v množstve charakteristík, a teda sa navzájom dopĺňajú, otvárajú skutočne obrovské perspektívy modernej medicíny.

Nižšie si povieme podrobnejšie o jedinečných vlastnostiach titánu a tantalu, hlavných oblastiach ich použitia v medicíne, využití rôznych foriem výroby týchto kovov na výrobu nástrojov, ortopedických a chirurgických zariadení.

Titán a tantal - definícia, skutočné vlastnosti

Titán pre medicínu

Titán (Ti) - ľahký kov so strieborným odtieňom, ktorý vyzerá ako oceľ - je jedným z chemické prvky Periodická tabuľka zaradená do štvrtej skupiny štvrtej periódy, atómové číslo 22 (obr. 1).

Obrázok 1. Titánový nuget.

Má atómovú hmotnosť 47,88 so špecifickou hustotou 4,52 g/cm3. Teplota topenia - 1669 ° C, teplota varu -3263 ° C. V priemyselných druhoch s vysokou stabilitou je štvormocný. Vyznačuje sa dobrou plasticitou a tvárnosťou.

Keďže je titán ľahký a má vysokú mechanickú pevnosť, dvojnásobnú ako Fe a šesťnásobok Al, má tiež nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, čo umožňuje jeho použitie v širokom rozsahu teplôt.

Titán sa vyznačuje nízkou tepelnou vodivosťou, štyrikrát nižšou ako má železo a viac ako rádovo nižšou ako hliník. Koeficient tepelnej rozťažnosti pri 20°C je relatívne malý, ale pri ďalšom zahrievaní sa zvyšuje.

Tento materiál sa tiež vyznačuje veľmi vysokým elektrickým odporom, ktorý sa v závislosti od prítomnosti cudzích prvkov môže meniť v rozsahu 42·11 -8 ... 80·11 -6 Ohm·cm.

Titán je paramagnetický kov s nízkou elektrickou vodivosťou. A hoci v paramagnetických kovoch sa magnetická susceptibilita spravidla pri zahrievaní znižuje, titán v tomto ohľade možno klasifikovať ako výnimku, pretože jeho magnetická susceptibilita sa naopak zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Vzhľadom na súhrn vyššie uvedených vlastností je titán ako surovina absolútne nevyhnutný rôznych oblastiach praktické lekárstvo a lekárske prístrojové vybavenie. A predsa najcennejšou kvalitou titánu na použitie na tento účel je jeho najvyššia odolnosť voči korozívnym účinkom a v dôsledku toho hypoalergénnosť.

Za odolnosť proti korózii titán vďačí tomu, že pri teplotách do 530-560°C je kovový povrch pokrytý najsilnejším prírodným ochranným filmom oxidu TiO 2, ktorý je úplne neutrálny voči agresívnym chemickým a biologickým médiám. Z hľadiska odolnosti proti korózii je titán porovnateľný a dokonca lepší ako platina a platinové kovy. Predovšetkým je extrémne odolný voči acidobázickému prostrediu, nerozpúšťa sa ani v takom agresívnom „kokteile“, akým je aqua regia. Stačí povedať, že intenzita koróznej deštrukcie titánu v morskej vode, ktorá má chemické zloženie v mnohých ohľadoch podobné ľudskej lymfe, nepresahuje 0,00003 mm/rok alebo 0,03 mm za celé tisícročie!

Vďaka biologickej inertnosti titánových štruktúr k ľudskému telu nie sú počas implantácie odmietnuté a nevyvolávajú alergické reakcie, rýchlo sa pokrývajú muskuloskeletálnymi tkanivami, ktorých štruktúra zostáva konštantná počas celého nasledujúceho života.

Významnou výhodou titánu je jeho cenová dostupnosť, ktorá umožňuje jeho použitie v masovom meradle.

Druhy titánu a zliatiny titánu
Najžiadanejšie druhy titánu v medicíne sú technicky čisté VT1-0, VT1-00, VT1-00sv. Neobsahujú takmer žiadne nečistoty, ktorých množstvo je tak nepatrné, že sa pohybuje v medziach nulovej chyby. Takže trieda VT1-0 obsahuje asi 99,35-99,75% čistého kovu a triedy VT1-00 a VT1-00sv obsahujú 99,62-99,92% a 99,41-99,93%.

Medicína dodnes používa širokú škálu zliatin titánu, ktoré sa líšia chemickým zložením a mechanotechnologickými parametrami. Ako legujúce prísady sa v nich najčastejšie používajú Ta, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn. Medzi najúčinnejšie stabilizátory patria Zr, Au a kovy skupiny platiny. So zavedením až 12 % Zr do titánu sa jeho odolnosť proti korózii rádovo zvyšuje. Dosiahnite to isté najväčší efekt sa darí pridaním malého množstva Pt a platinoidov Pd, Rh, Ru k titánu. Zavedenie len 0,25 % týchto prvkov do Ti umožňuje znížiť aktivitu jeho interakcie s vriacou koncentrovanou H 2 SO 4 a HCl o desiatky rádov.

Zliatina Ti-6Al-4V sa stala široko používanou v implantológii, ortopédii a chirurgii a svojimi prevádzkovými parametrami výrazne prekonala svojich „konkurentov“ na báze kobaltu a nehrdzavejúcich ocelí. Najmä modul pružnosti zliatin titánu je dvakrát nižší. Pre medicínske aplikácie (implantáty na osteosyntézu, kĺbové endoprotézy a pod.) je to veľká výhoda, pretože poskytuje vyššiu mechanickú kompatibilitu implantátu s hustými kostnými štruktúrami tela, v ktorých je modul pružnosti 5–20 GPa. Ešte viac nízke skóre v tomto ohľade (do 40 GPa a menej) sú charakterizované zliatiny titánu a nióbu, ktorých vývoj a implementácia sú obzvlášť dôležité. Pokrok však nezaháľa a tradičné Ti-6Al-4V dnes nahrádzajú nové medicínske zliatiny Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr a Ti-12Mo-6Zr, ktoré neobsahujú hliník a vanád - prvky, ktoré sú síce bezvýznamné, ale predsa toxický účinok na živé tkanivá.

V poslednej dobe sú v medicínskych potrebách čoraz viac žiadané biomechanicky kompatibilné implantáty, ktorých materiálom na výrobu je titánnikelid TiNi. Dôvodom rastúcej popularity tejto zliatiny je jej vlastný tzv. efekt tvarovej pamäte (SME). Jeho podstata spočíva v tom, že kontrolná vzorka, ktorá je deformovaná pri nízkych teplotách, je schopná neustále udržiavať novonadobudnutý tvar a pri následnom zahriatí obnoviť pôvodnú konfiguráciu, pričom vykazuje superelasticitu. Nikel-titánové štruktúry sú nenahraditeľné najmä pri liečbe poranení chrbtice a dystrofie pohybového aparátu.

Tantal na medicínu

Definícia a užitočné vlastnosti
Tantal (Ta, lat. Tantalum) je ťažký žiaruvzdorný kov striebristo modrastého "olovnatého" odtieňa, ktorý je spôsobený vrstvou oxidu Ta 2 O 5 pentoxidu, ktorý ho pokrýva. Je to jeden z chemických prvkov periodickej tabuľky, zaradený do sekundárnej podskupiny piatej skupiny šiestej periódy, atómové číslo 73 (obr. 2).

Obrázok 2. Kryštály tantalu.

Tantal má atómovú hmotnosť 180,94 s vysokou špecifickou hustotou 16,65 g/cm 3 pri 20 °C (pre porovnanie: špecifická hustota Fe je 7,87 g/cm 3, Pv je 11,34 g/cm 3 ). Teplota topenia je 3017 °C (iba W a Re sú žiaruvzdornejšie). 1669°C, bod varu - 5458°C. Tantal je charakterizovaný vlastnosťou paramagnetizmu: jeho špecifická magnetická susceptibilita pri izbovej teplote je 0,849·10 -6.

Tento konštrukčný materiál, ktorý kombinuje vysokú tvrdosť a ťažnosť, je vo svojej čistej forme vhodný na opracovanie akýmikoľvek prostriedkami (razenie, valcovanie, kovanie, preťahovanie, krútenie, rezanie atď.). Pri nízkych teplotách sa spracováva bez silného mechanického spevnenia, vystavenia deformačným účinkom (bod stlačenia 98,8 %) a bez potreby predbežného výpalu. Tantal nestráca plasticitu ani pri zmrazení na -198 °C.

Hodnota modulu pružnosti tantalu je 190 Gn/m 2 alebo 190 102 kgf/mm 2 pri 25 °C, vďaka čomu sa ľahko spracováva na drôt. Realizuje sa aj výroba najtenšieho tantalového plechu (hrúbka cca 0,039 mm) a iných konštrukčných polotovarov.

Akousi „dvojičkou“ Ta je Nb, vyznačujúca sa mnohými podobnými vlastnosťami.

Tantal sa vyznačuje mimoriadnou odolnosťou voči agresívnemu prostrediu. To je jedna z jeho najcennejších vlastností pre použitie v mnohých priemyselných odvetviach vrátane medicíny. Je odolný voči agresívnym anorganickým kyselinám ako HNO 3, H 2 SO 4, HCl, H 3 PO 4, ako aj organickým kyselinám akejkoľvek koncentrácie. V tomto parametri ho prekonávajú len ušľachtilé kovy a aj to nie vo všetkých prípadoch. Takže Ta na rozdiel od Au, Pt a mnohých iných drahých kovov "ignoruje" aj aqua regia HNO 3 + 3HCl. O niečo nižšia stabilita tantalu sa pozoruje vzhľadom na alkálie.

Vysoká korózna odolnosť Ta sa prejavuje aj vo vzťahu k vzdušnému kyslíku. Oxidačný proces začína až pri 285 °C: na kove sa vytvorí povrchový ochranný film oxidu tantaličného Ta 2 O 5 . Práve prítomnosť tohto filmu, jediného stabilného zo všetkých oxidov Ta, robí kov imúnnym voči agresívnym činidlám. Preto - taká charakteristika tantalu, obzvlášť cenná pre medicínu, ako vysoká biokompatibilita s ľudským telom, ktoré vníma tantalové štruktúry implantované do neho ako svoje vlastné tkanivo, bez odmietnutia. Na tejto najcennejšej kvalite je založené medicínske využitie Ta v takých oblastiach, ako je rekonštrukčná chirurgia, ortopédia a implantológia.

Tantal patrí medzi vzácne kovy: jeho zásoby v zemskej kôre sú približne 0,0002 %. To spôsobuje vysoké náklady na tento konštrukčný materiál. Preto je také rozšírené používanie tantalu vo forme tenkých vrstiev ochranných antikoróznych povlakov nanesených na základný kov, ktorý je mimochodom trikrát až štyrikrát väčší ako čistý žíhaný tantal.

Ešte častejšie sa tantal používa vo forme zliatin ako legovací prídavok k menej drahým kovom, aby výsledné zlúčeniny získali komplex potrebných fyzikálnych, mechanických a chemických vlastností. Oceľ, titán a iné zliatiny kovov s prídavkom tantalu sú veľmi žiadané v chemickom a medicínskom zariadení. Z nich sa praktizuje najmä výroba zvitkov, destilátorov, prevzdušňovačov, röntgenových zariadení, kontrolných prístrojov atď. V medicíne sa tantal a jeho zlúčeniny používajú aj na výrobu zariadení pre operačné sály.

Je pozoruhodné, že v mnohých oblastiach je tantal, ktorý je lacnejší, ale má mnoho primeraných výkonnostných charakteristík, schopný úspešne nahradiť drahé kovy skupiny platina-irídium.

Druhy a zliatiny tantalu
Hlavné druhy nelegovaného titánu s obsahom nečistôt v rámci štatistickej chyby sú:

• HDTV: Ta - 99,9 %, (Nb) - 0,2 %. Ostatné nečistoty ako (Ti), (Al), (Co), (Ni) sú obsiahnuté v tisícinách a desaťtisícinách percenta.
• HDTV 1: Chemické zloženie uvedenej triedy je 99,9 % Ta. Niób (Nb), ktorý je vždy prítomný v priemyselnom tantale, zodpovedá len 0,03 %.
• PM: Ta - 99,8 %. Nečistoty (nie viac ako%): Nb - 0,1%, Fe - 0,005%, Ti, H - 0,001% každý, Si - 0,003%, W + Mo, O - 0,015% každý, Co - 0,0001%, Ca - 0,002% , Na, Mg, Mn - po 0,0003 %, Ni, Zr, Sn - po 0,0005 %, Al - 0,0008 %, Cu, Cr - po 0,0006 %, C, N - po 0,01 %.
• T: Ta - 99,37 %, Nb - 0,5 %, W - 0,05 %, Mo - 0,03 %, (Fe) - 0,03 %; (Ti) - 0,01 %, (Si) - 0,005 %.

Vysoká tvrdosť Ta umožňuje na jej báze vyrábať konštrukčné tvrdé zliatiny, napríklad Ta s W (TV). Výmena zliatiny TiC za tantalový analóg TaC výrazne optimalizuje mechanické vlastnosti konštrukčného materiálu a rozširuje možnosti jeho aplikácie.

Relevantnosť aplikácie Ta na lekárske účely
Približne 5% tantalu vyrobeného na svete sa míňa na lekárske potreby. Napriek tomu nemožno význam jeho použitia v tomto odvetví preceňovať.

Ako už bolo uvedené, tantal je jedným z najlepších kovových bioinertných materiálov vďaka najtenšiemu, ale veľmi pevnému a chemicky odolnému filmu oxidu Ta 2 O 5 pentoxidu, ktorý sa na jeho povrchu samo vytvára. Vďaka vysokej adhézii, ktorá uľahčuje a urýchľuje proces fúzie implantátu so živým tkanivom, je nízke percento odmietnutia tantalových implantátov a absencia zápalových reakcií.

Z takých polotovarov tantalu, ako sú plechy, prúty, drôty a iné formy výroby, sa vyrábajú konštrukcie, ktoré sú žiadané v plastickej, kardio-, neuro- a osteochirurgii na šitie, spájanie fragmentov kostí, stentovanie a strihanie. nádob (obr. 3).

Obrázok 3. Tantalová upevňovacia štruktúra v ramennom kĺbe.

Použitie tenkých tantalových platničiek a sieťových štruktúr sa praktizuje v maxilofaciálnej chirurgii a na liečbu traumatických poranení mozgu. Vlákna tantalovej priadze nahrádzajú svalové a šľachové tkanivo. Použitie tantalu Chirurgovia používajú tantalové vlákno pri operáciách brucha, najmä na spevnenie stien brušnej dutiny. Tantalové sieťky sú nepostrádateľné v oblasti očnej protetiky. Najtenšie tantalové nite sa dokonca používajú na regeneráciu nervových kmeňov.

A, samozrejme, Ta a jej zlúčeniny sa spolu s Ti široko používajú v ortopédii a implantológii na výrobu kĺbových endoprotéz a zubnej protetiky.

Od začiatku nového tisícročia sa stáva čoraz populárnejšou inovatívna oblasť medicíny založená na princípe využívania statických elektrických polí na aktiváciu Ľudské telo požadované bioprocesy. Prítomnosť vysokých elektretových vlastností povlaku oxidu tantaličného Ta 2 O 5 bola vedecky dokázaná. Elektretové filmy hada z oxidu titaničitého sa rozšírili v cievnej chirurgii, endoprotézach a pri výrobe lekárskych nástrojov a zariadení.

Praktické využitie titánu a tantalu v špecifických odvetviach medicíny

Traumatológia: štruktúry pre fúziu zlomenín

V súčasnosti sa pre rýchlu fúziu zlomenín čoraz viac používa taká inovatívna technológia, ako je kovová osteosyntéza. Na zabezpečenie stabilnej polohy kostných fragmentov sa používajú rôzne fixačné štruktúry, vonkajšie aj vnútorné, implantované do tela. Predtým používané výrobky z ocele však vykazujú nízku účinnosť kvôli ich náchylnosti na koróziu pod vplyvom agresívneho prostredia tela a javu galvanizácie. V dôsledku toho dochádza k rýchlej deštrukcii samotných fixátorov a k reakcii odmietnutia, čo spôsobuje zápalové procesy na pozadí silnej bolesti v dôsledku aktívna interakcia Fe ióny s fyziologickým prostredím muskuloskeletálnych tkanív v elektrickom poli tela.

Výroba titánových a tantalových fixatív-implantátov, ktoré majú vlastnosť biokompatibility so živými tkanivami, umožňuje vyhnúť sa nežiaducim následkom (obr. 4).

Obrázok 4. Titánové a tantalové konštrukcie pre osteosyntézu.

Podobné návrhy jednoduchých a zložitých konfigurácií môžu byť použité na dlhodobé alebo dokonca trvalé zavedenie do ľudského tela. Toto je obzvlášť dôležité pre starších pacientov, pretože to eliminuje potrebu chirurgického zákroku na odstránenie držiaka.

Endoprotetika

Umelé mechanizmy, ktoré sa chirurgicky implantujú do kostného tkaniva, sa nazývajú endoprotézy. Najrozšírenejšie dostali artroplastiku kĺbov - bedra, ramena, lakťa, kolena, členku atď. Proces artroplastiky je vždy zložitá operácia keď sa odstráni časť kĺbu, ktorá nepodlieha prirodzenej obnove s jej následnou náhradou endoprotézovým implantátom.

Na kovové komponenty endoprotéz sa kladie množstvo vážnych požiadaviek. Musia mať súčasne vlastnosti tuhosti, pevnosti, pružnosti, schopnosti vytvárať potrebnú povrchovú štruktúru, odolnosti voči koróznym účinkom tela, eliminovať riziko odmietnutia a ďalšie užitočné vlastnosti.

Na výrobu endoprotéz sa môžu použiť rôzne bioinertné kovy. Vedúce miesto medzi nimi zaujíma titán, tantal a ich zliatiny. Tieto odolné, pevné a ľahko spracovateľné materiály poskytujú účinnú osseointegráciu (vnímanú kostného tkaniva ako prirodzené tkanivá tela a nespôsobujú negatívne reakcie z jeho strany) a rýchle spájanie kostí, zaručujúce stabilitu protézy na dlhé obdobia desaťročí. Na obr. 5 ukazuje použitie titánu pri endoprotéze bedrového kĺbu.

Obrázok 5. Titánová náhrada bedrového kĺbu.

V artroplastike je ako alternatíva použitia celokovových konštrukcií široko využívaná metóda plazmového nástreku ochranných biokompatibilných povlakov na báze oxidov Ti a Ta na povrch nekovových komponentov protézy.

Čistý titán a jeho zliatiny. V oblasti endoprotetiky má široké uplatnenie ako čistý Ti (napr. CP-Ti s obsahom Ti 98,2-99,7%), tak aj jeho zliatiny. Najbežnejší z nich Ti-6AI-4V s vysokou pevnosťou sa vyznačuje odolnosťou proti korózii a biologickou inertnosťou. Zliatina Ti-6A1-4V sa vyznačuje obzvlášť vysokou mechanickou pevnosťou, ktorá má torzno-axiálne charakteristiky extrémne blízke charakteristikám kosti.

K dnešnému dňu bolo vyvinutých množstvo moderných zliatin titánu. Chemické zloženie nióbových zliatin Ti-5AI-2,5Fe a Ti-6AI-17 teda neobsahuje toxický V, navyše sa vyznačujú nízkou hodnotou modulu pružnosti. A zliatina Ti-Ta30 sa vyznačuje prítomnosťou modulu tepelnej rozťažnosti porovnateľného s modulom kovokeramiky, ktorý určuje jej stabilitu pri dlhodobej interakcii s kovokeramickými zložkami implantátu.

Zliatiny tantal-zirkónium. Zliatiny Ta+Zr spájajú také dôležité vlastnosti pre artroplastiku, ako je biokompatibilita s telesnými tkanivami založená na korózii a galvanickej odolnosti, povrchová tuhosť a trabekulárna (porézna) štruktúra kovového povrchu. Vďaka vlastnosti trabekularity je možné výrazné zrýchlenie procesu osseointegrácie - rastu živého kostného tkaniva na kovovom povrchu implantátu.

Elastické endoprotézy z titánového drôteného pletiva. Vďaka vysokej plasticite a ľahkosti v modernej rekonštrukčnej chirurgii a iných medicínskych odvetviach sa aktívne využívajú inovatívne elastické endoprotézy vo forme najtenšej titánovej drôtenej siete. Odolná, pevná, elastická, odolná a bioinertná sieťovina je ideálnym materiálom pre endoprotézy mäkkých tkanív (obr. 6).

Obrázok 6. Sieťová endoprotéza zo zliatiny titánu na plastiku mäkkých tkanív.

„Web“ už bol úspešne testovaný v takých oblastiach, ako je gynekológia, maxilofaciálna chirurgia a traumatológia. Sieťované titánové endoprotézy sú podľa odborníkov z hľadiska stability bezkonkurenčné s takmer nulovým rizikom vedľajších účinkov.

Zliatiny titán-nikel s medicínskou pamäťou tvaru

Dnes sa v rôznych oblastiach medicíny používajú zliatiny niklu titánu, ktoré majú tzv. s efektom tvarovej pamäte (SME). Tento materiál sa používa na endoprotézovú náhradu väzivovo-chrupavkového tkaniva ľudského muskuloskeletálneho systému.

Nikelid titánu (medzinárodný výraz nitinol) je intermetalický TiNi, ktorý sa získava legovaním Ti a Ni v rovnakých pomeroch. Najdôležitejšou charakteristikou zliatin niklu a titánu je vlastnosť superelasticity, na ktorej je založený EZF.

Podstata efektu spočíva v tom, že vzorka sa pri ochladzovaní v určitom teplotnom rozsahu ľahko deformuje a deformácia sa sama odstraňuje, keď teplota stúpne na počiatočnú hodnotu s výskytom superelastických vlastností. Inými slovami, ak je doska z nitinolovej zliatiny ohnutá pri nízkej teplote, potom si v rovnakom teplotnom režime zachová svoj nový tvar na ľubovoľne dlhú dobu. Stačí však zvýšiť teplotu na počiatočnú, tanier sa opäť narovná ako pružina a nadobudne svoj pôvodný tvar.

Vzorky medicínskych produktov zo zliatiny nitinolu sú znázornené na obrázkoch nižšie. 7, 8, 9, 10.

Obrázok 7. Sada titánových niklových implantátov pre traumatológiu (vo forme svoriek, svoriek, fixátorov atď.).

Obrázok 8. Sada titánových niklových implantátov na chirurgiu (vo forme svoriek, dilatátorov, chirurgických nástrojov).

Obrázok 9. Vzorky poréznych materiálov a titánových niklových implantátov pre vertebrológiu (vo forme endoprotéz, lamelových a cylindrických produktov).

Obrázok 10. Materiály niklu titánu a endoprotézy pre maxilofaciálnu chirurgiu a stomatológiu.

Okrem toho zliatiny niklu a titánu, ako väčšina produktov na báze titánu, sú bioinertné vďaka vysokej korózii a galvanickej odolnosti. Ide teda o ideálny materiál vo vzťahu k ľudskému telu na výrobu biomechanicky kompatibilných implantátov (BMCI).

Použitie Ti a Ta na výrobu cievnych stentov

Stenty (z anglického stent) - v medicíne sa nazývajú špeciálne, ktoré majú formu elastických sieťových valcových rámov, kovových štruktúr umiestnených vo veľkých cievach (žily a tepny), ako aj iných dutých orgánov (pažerák, črevá, žlčové cesty, atď.) na patologicky zúžených miestach s cieľom ich rozšírenia na požadované parametre a obnovenia priechodnosti.

Využitie metódy stentovania je najžiadanejšie v takej oblasti, akou je cievna chirurgia a najmä koronárna angioplastika (obr. 11).

Obrázok 11. Vzorky titánových a tantalových cievnych stentov.

Dodnes bolo vedecky vyvinutých a uvedených do praxe viac ako pol tisícky cievnych stentov. rôzne druhy a dizajnov. Líšia sa od seba zložením pôvodnej zliatiny, dĺžkou, konfiguráciou otvorov, typom povrchovej úpravy a ďalšími prevádzkovými parametrami.

Požiadavky na cievne stenty sú navrhnuté tak, aby zabezpečili ich bezchybnú funkčnosť, a preto sú rôznorodé a veľmi vysoké.

Tieto produkty musia byť:

• biokompatibilné s telesnými tkanivami;
• flexibilné;
• elastické;
• odolný;
• röntgenkontrastné atď.

Hlavnými materiálmi, ktoré sa dnes používajú pri výrobe kovových stentov, sú kompozície ušľachtilých kovov, ako aj Ta, Ti a ich zliatiny (VT6S, VT8, VT 14, VT23, nitinol), ktoré sú úplne biointegrovateľné s telesnými tkanivami a spájajú komplex všetkých ostatných potrebných fyzikálnych a mechanických vlastností.vlastnosti.

Zošívanie kostí, ciev a nervových vlákien

Periférne nervové kmene poškodené v dôsledku rôznych mechanických poranení alebo komplikácií niektorých chorôb vyžadujú vážne chirurgická intervencia. Situáciu zhoršuje skutočnosť, že podobné patológie sú pozorované na pozadí poranenia súvisiacich orgánov, ako sú kosti, krvné cievy, svaly, šľachy atď. V tomto prípade sa vyvíja komplexný program ošetrenie zavedením špecifických stehov. Ako surovina na výrobu šijacieho materiálu - nite, sponky, svorky atď. – titán, tantal a ich zliatiny sa používajú ako kovy, ktoré majú chemickú biokompatibilitu a celý komplex potrebných fyzikálnych a mechanických vlastností.

Nasledujúce obrázky znázorňujú príklady takýchto operácií.

Obrázok 12. Zošitie kosti titánovými sponkami.

Obrázok 13. Zošívanie zväzku nervových vlákien pomocou najjemnejších tantalových filamentov.

Obrázok 14. Šitie ciev pomocou tantalových sponiek.

V súčasnosti sa vyvíjajú čoraz pokročilejšie technológie neuro-osteo- a vazoplastiky, avšak titán-tantalové materiály používané na to držia dlaň nad všetkými ostatnými.

Plastická operácia

Plastická chirurgia je chirurgické odstránenie orgánových defektov s cieľom obnoviť ich ideálne anatomické proporcie. Často sa takéto rekonštrukcie vykonávajú pomocou rôznych kovových výrobkov implantovaných do tkanív vo forme dosiek, sietí, pružín atď.

Zvlášť indikatívna je v tomto ohľade kranioplastika - operácia na korekciu deformity lebky. V závislosti od indikácií v každej konkrétnej klinickej situácii môže byť kranioplastika vykonaná aplikáciou tuhých titánových platničiek alebo elastických tantalových sieťok na operovanú oblasť. V oboch prípadoch sa dá použiť čisté kovy bez legujúcich prísad a ich bioinertných zliatin. Príklady použitia kranioplastiky titánová doska a tantalové pletivo sú uvedené na obrázkoch nižšie.

Obrázok 15. Kranioplastika s použitím titánovej platničky.

Obrázok 16. Kranioplastika s tantalovou sieťkou.

Titánovo-tantalové štruktúry je možné použiť aj na kozmetickú obnovu tváre, hrudníka, zadku a mnohých ďalších orgánov.

Neurochirurgia (umiestnenie mikroklipsov)

Clipping (anglicky klip klip) je neurochirurgická operácia na cievach mozgu, ktorej cieľom je zastaviť krvácanie (najmä pri prasknutí aneuryzmy) alebo odstaviť zranených ľudí z krvného obehu. malé plavidlá. Podstata metódy strihania spočíva v tom, že na poškodené miesta sa navrstvia miniatúrne kovové sponky - sponky.

Dopyt po metóde klipovania, predovšetkým v neurochirurgickej oblasti, sa vysvetľuje nemožnosťou podviazania malých mozgových ciev tradičnými spôsobmi.

Vzhľadom na rôznorodosť a špecifickosť vznikajúcich klinických situácií sa v neurochirurgickej praxi používa široká škála cievnych klipov, líšiacich sa špecifickým určením, spôsobom fixácie, rozmerovými a inými funkčnými parametrami (obr. 17).

Obrázok 17. Klipy na vypnutie mozgových aneuryziem.

Na fotografiách sa klipy zdajú veľké, ale v skutočnosti nie sú väčšie ako necht dieťaťa a sú inštalované pod mikroskopom (obr. 18).

Obrázok 18. Chirurgický zákrok na vystrihnutie aneuryzmy mozgovej cievy.

Na výrobu príchytiek sa spravidla používa plochý drôt z čistého titánu alebo tantalu, v niektorých prípadoch zo striebra. Takéto produkty sú absolútne inertné vzhľadom na dreň, bez toho, aby spôsobovali protireakciu.

Zubná ortopédia

Titán, tantal a ich zliatiny našli široké medicínske využitie v stomatológii, najmä v oblasti zubnej protetiky.

Ústna dutina je obzvlášť agresívne prostredie, ktoré negatívne ovplyvňuje kovové materiály. Aj také drahé kovy tradične používané v zubnej protetike, ako zlato a platina, v ústna dutina nemôže úplne odolať korózii a následnému odmietnutiu, nehovoriac o vysokej cene a veľkej hmotnosti, ktorá spôsobuje pacientom nepohodlie. Na druhej strane ľahké ortopedické konštrukcie vyrobené z akrylového plastu tiež neobstoja vážnej kritike pre svoju krehkosť. Skutočnou revolúciou v zubnom lekárstve bola výroba individuálnych koruniek, ako aj mostíkov a snímateľných protéz na báze titánu a tantalu. Tieto kovy vďaka takým cenným vlastnostiam, ktoré sú im vlastné, ako je biologická inertnosť a vysoká pevnosť pri relatívnej lacnosti, úspešne konkurujú zlatu a platine a dokonca ich v mnohých parametroch prekonávajú.

Veľmi obľúbené sú najmä lisované a masívne titánové korunky (obr. 19). A plazmou striekané korunky z nitridu titánu TiN sú vzhľadom a funkčnými vlastnosťami prakticky na nerozoznanie od zlata (obr. 19)

Obrázok 19. Pevná titánová korunka a korunka potiahnutá nitridom titánu.

Pokiaľ ide o protézy, môžu byť fixné (mostíky) na obnovu niekoľkých susedných zubov alebo snímateľné, používané v prípade straty celého chrupu (úplná adentia čeľuste). Najbežnejšie protézy sú sponové (z nemčiny der Bogen "oblúk").

Sponová protéza sa priaznivo vyznačuje prítomnosťou kovového rámu, na ktorom je pripevnená základná časť (obr. 20).

Obrázok 20. Sponová protéza dolnej čeľuste.

Dnes sa zapínacia časť protézy a spony zvyčajne vyrábajú z čistého vysoko čistého lekárskeho titánu značky HDTV.

Skutočnou revolúciou v zubnom lekárstve bol neustále sa zvyšujúci dopyt po implantovaných protézach. Protetika na implantátoch je najspoľahlivejší spôsob upevnenia ortopedických štruktúr, ktoré v tomto prípade slúžia desiatky rokov alebo dokonca doživotne.

Zubný (zubný) implantát je dvojdielna konštrukcia slúžiaca ako opora pre korunky, ale aj mostíky a snímateľné náhrady, ktorej základnou časťou (samotný implantát) je kužeľovitý závitový kolík zaskrutkovaný priamo do čeľustnej kosti. Na hornej platforme implantátu je inštalovaný abutment, ktorý slúži na fixáciu korunky alebo protézy (obr. 21).

Obrázok 21 Zubný implantát Nobel Biocare vyrobený z čistého lekárskeho titánu triedy 4 (G4Ti).

Najčastejšie sa na výrobu skrutkovej časti implantátu používa čistý lekársky titán s povrchovým tantalovo-nióbovým povlakom, ktorý prispieva k aktivácii procesu osseointegrácie - fúzie kovu so živými tkanivami kostí a ďasien.

Niektorí výrobcovia však uprednostňujú výrobu nie dvojdielnych, ale jednodielnych implantátov, v ktorých skrutková časť a abutment nemajú samostatnú, ale monolitickú štruktúru. Zároveň napríklad nemecká firma Zimmer vyrába jednodielne implantáty z porézneho tantalu, ktorý má v porovnaní s titánom väčšiu flexibilitu a je uložený v kostnom tkanive s takmer nulovým rizikom komplikácií (obr. 22).

Obrázok 22 Jednodielne porézne tantalové zubné implantáty Zimmer.

Tantal je na rozdiel od titánu ťažší kov, takže porézna štruktúra výrazne odľahčuje výrobok bez toho, aby navyše spôsobovala potrebu dodatočného vonkajšieho nanášania osseointegračného povlaku.

Príklady implantačnej protetiky jednotlivých zubov (korunky) a inštalovaním snímateľných protéz na implantáty sú znázornené na obr. 23.

Obrázok 23. Príklady použitia titán-tantalových implantátov v zubnej protetike.

V súčasnosti sa popri existujúcich vyvíjajú stále nové a nové metódy protetiky na implantátoch, ktoré vykazujú vysokú účinnosť v rôznych klinických situáciách.

Výroba lekárskych nástrojov

Dnes vo svete klinickej praxi používajú sa stovky druhov rôznych chirurgických a endoskopických nástrojov a lekárskeho vybavenia, ktoré sa vyrábajú s použitím titánu a tantalu (GOST 19126-79 "Lekárske kovové nástroje. Všeobecne technické údaje". Priaznivo sa porovnávajú s inými analógmi, pokiaľ ide o pevnosť, ťažnosť a odolnosť proti korózii, ktorá určuje biologickú inertnosť.

Titánové lekárske nástroje sú takmer dvakrát ľahšie ako oceľové náprotivky, pričom sú pohodlnejšie a odolnejšie.

Obrázok 24. Chirurgické nástroje vyrobené na titán-tantalovej báze.

Hlavné medicínske odvetvia, v ktorých sú titán-tantalové nástroje najžiadanejšie, sú oftalmologické, zubné, otolaryngologické a chirurgické. Široký sortiment nástrojov zahŕňa stovky druhov špachtlí, klipov, dilatátorov, zrkadiel, svoriek, nožníc, klieští, skalpelov, sterilizátorov, trubičiek, dlát, pinzety, všetkých druhov platničiek.

Biochemické a fyzikálno-mechanické vlastnosti ľahkých titánových nástrojov sú obzvlášť cenné pre vojenskú poľnú chirurgiu a rôzne expedície. Tu sú absolútne nevyhnutné, pretože v extrémnych podmienkach je doslova každých 5 až 10 gramov prebytočného nákladu významnou záťažou a odolnosť proti korózii a maximálna spoľahlivosť sú povinnými požiadavkami.

Titán, tantal a ich zliatiny vo forme monolitických výrobkov alebo tenkých ochranných povlakov sa aktívne používajú v lekárskych prístrojoch. Používajú sa pri výrobe liehovarov, čerpadiel na čerpanie agresívnych médií, sterilizátorov, komponentov anestéziologických a dýchacích prístrojov, najzložitejších zariadení na zdvojenie práce životne dôležitých dôležité orgány ako napríklad „umelé srdce“, „umelé pľúca“, „ umelá oblička"a atď.

Titánové hlavy ultrazvukových prístrojov majú najdlhšiu životnosť, napriek tomu, že analógy z iných materiálov sa aj pri nepravidelnom vystavení ultrazvukovým vibráciám rýchlo stávajú nepoužiteľnými.

Okrem vyššie uvedeného je možné poznamenať, že titán, podobne ako tantal, má na rozdiel od mnohých iných kovov schopnosť desorbovať („odpudzovať“) žiarenie rádioaktívnych izotopov, a preto sa aktívne používa pri výrobe rôznych ochranných zariadení a rádiologické zariadenie.

Záver

Vývoj a výroba zdravotníckych pomôcok je jednou z najintenzívnejšie sa rozvíjajúcich oblastí vedecko-technického pokroku. Začiatkom tretieho tisícročia sa lekárska veda a technika stali jednou z hlavných hnacích síl moderná svetová civilizácia.

Význam kovov v ľudskom živote neustále rastie. Na pozadí intenzívneho rozvoja vedy o materiáloch a praktickej metalurgie prebiehajú revolučné zmeny. A teraz, v posledných desaťročiach, také priemyselné kovy ako titán a tantal boli vyzdvihnuté „na štíte histórie“, ktoré možno zo všetkých dobrých dôvodov nazvať konštrukčnými materiálmi nového tisícročia.

Význam titánu v modernej medicíne nemožno preceňovať. Napriek pomerne krátkej histórii používania v praktické účely sa stal jedným z popredných materiálov v mnohých medicínskych odvetviach. Titán a jeho zliatiny majú na to súhrn všetkých potrebných vlastností: odolnosť proti korózii (a v dôsledku toho bioinertnosť), ako aj ľahkosť, pevnosť, tvrdosť, tuhosť, trvanlivosť, galvanickú neutralitu atď.

Nie je horší ako titán z hľadiska praktického významu a tantalu. Pri všeobecnej podobnosti väčšiny úžitkových vlastností sú v niektorých kvalitách podradné a v niektorých nadradené. Preto je ťažké a sotva rozumné objektívne posúdiť prioritu niektorého z týchto kovov pre medicínu: skôr sa organicky dopĺňajú, než by si navzájom odporovali. Stačí povedať, že teraz sa aktívne rozvíjajú a nachádzajú skutočné uplatnenie medicínske konštrukcie na báze zliatin titán-tantal, spájajúce všetky výhody Ti a Ta. A nie je ani zďaleka náhoda, že v posledných rokoch pribúda stále viac úspešných pokusov o vytvorenie plnohodnotných implantovateľných priamo do ľudského tela. umelé orgány z titánu, tantalu a ich zlúčenín. Blíži sa doba, kedy sa povedzme pojmy „titánové srdce“ či „tantalové nervy“ sebavedome presunú z kategórie rečníckych figúrok do čisto praktickej roviny.

Zliatiny kobaltu a chrómu

Zliatiny kobaltu a chrómu triedy KHS

kobalt 66-67%, ktorý dodáva zliatine tvrdosť, čím sa zlepšujú mechanické vlastnosti zliatiny.

chróm 26-30%, zavedený na dodanie tvrdosti zliatiny a zvýšenie odolnosti proti korózii, čím sa na povrchu zliatiny vytvorí pasivačný film.

nikel 3-5%, čím sa zvyšuje plasticita, húževnatosť, kujnosť zliatiny, čím sa zlepšujú technologické vlastnosti zliatiny.

molybdén 4-5,5 %, majúci veľkú hodnotu zvýšiť pevnosť zliatiny tým, že bude jemnozrnná.

mangán 0,5%, ktorý zvyšuje pevnosť, kvalitu odliatku, znižuje bod tavenia, pomáha odstraňovať toxické zrnité zlúčeniny zo zliatiny.

uhlík 0,2%, čo znižuje teplotu topenia a zlepšuje tekutosť zliatiny.

kremík 0,5%, zlepšenie kvality odliatkov, zvýšenie tekutosti zliatiny.

železo 0,5%, zvýšenie tekutosti, zvýšenie kvality odlievania.

dusík 0,1%, ktorý znižuje teplotu topenia, zlepšuje tekutosť zliatiny. Súčasne zvýšenie dusíka nad 1 % zhoršuje ťažnosť zliatiny.

berýlium 0-1,2%

hliník 0,2%

VLASTNOSTI: CCS má vysoké fyzikálne a mechanické vlastnosti, relatívne nízku hustotu a vynikajúcu tekutosť, čo umožňuje odlievať prelamované dentálne produkty vysokej pevnosti. Teplota topenia je 1458 °C, mechanická viskozita je 2-krát vyššia ako u zlata, minimálna pevnosť v ťahu je 6300 kgf/cm 2 . Vysoký modul pružnosti a nižšia hustota (8 g/cm 3 ) umožňujú vyrábať ľahšie a pevnejšie protézy. Sú tiež odolnejšie voči oderu a dlhšie zachovávajú zrkadlový lesk povrchu, ktorý mu dodáva leštenie. Pre svoje dobré odlievacie a antikorózne vlastnosti sa zliatina používa v ortopedickej stomatológii na výrobu liatych koruniek, mostíkov, rôznych prevedení liatych sponových protéz, kovokeramických konštrukcií zubných protéz, snímateľných protéz s odlievanými základňami, dlahovacích zariadení, liatych pracky.

FORMA VYDÁVANIE: vyrába sa vo forme okrúhlych prírezov s hmotnosťou 10 a 30 g, balené po 5 a 15 kusov.

Všetky vyrábané kovové zliatiny pre ortopedickú stomatológiu sú rozdelené do 4 hlavných skupín:

Bygodents - zliatiny pre liate snímateľné zubné protézy.

KX-Dents - zliatiny pre keramicko-kovové protézy.

HX-Dents - zliatiny niklu a chrómu pre kovokeramické protézy.

Dentany sú zliatiny železa, niklu a chrómu pre zubné protézy.

1. Bygodenti. Sú to viaczložkové zliatiny.

ZLOŽENIE: kobalt, chróm, molybdén, nikel, uhlík, kremík, mangán.

VLASTNOSTI: hustota - 8,35 g/cm 3, Tvrdosť podľa Brinella - 360-400 HB, bod tavenia zliatiny - 1250-1400C.

POUŽITIE: používa sa na výrobu liatych sponových protéz, spôn, dlahovacích zariadení.

Byugodent CCS vysávač (mäkký)- obsahuje 63% kobaltu, 28% chrómu, 5% molybdénu.

Bygodent CCN vac (normálny) - obsahuje 65% kobaltu, 28% chrómu, 5% molybdénu a tiež zvýšený obsah uhlík a neobsahuje nikel.

Bygodent CCH vac (tvrdý)- základom je kobalt - 63%, chróm - 30% a molybdén - 5%. Zliatina má maximálny obsah uhlík - 0,5%, dodatočne legovaný nióbom - 2% a neobsahuje nikel. Má mimoriadne vysoké elastické a pevnostné parametre.

Byugodent CCC vysávač (meď)- základom je kobalt - 63%, chróm - 30%, molybdén - 5%.Chemické zloženie zliatin zahŕňa meď a vysoký obsah uhlíka - 0,4%. Vďaka tomu má zliatina vysoké elastické a pevnostné vlastnosti. Prítomnosť plytčín v zliatine uľahčuje leštenie, ako aj iné mechanické spracovanie protéz z nej.

Bygodent CCL vysávač (tekutý)- okrem kobaltu - 65%, chrómu - 28% a molybdénu - 5% sa do zloženia zliatiny zavádza bór a kremík. Táto zliatina má vynikajúcu tekutosť, vyvážené vlastnosti.

2. KH-Dents

POUŽITIE: používa sa na výrobu liatych kovových konštrukcií s porcelánovým obkladom. oxidový film, vytvorený na povrchu zliatin, umožňuje nanášať keramické alebo sklokeramické povlaky. Existuje niekoľko druhov tejto zliatiny: CS, CN, CB, CC, CL, DS, DM.

KH-Dent CN vysávač (normálne) obsahuje 67 % kobaltu, 27 % chrómu a 4,5 % molybdénu, ale neobsahuje uhlík ani nikel. To výrazne zlepšuje jeho plastické vlastnosti a znižuje tvrdosť.

KX-Dent CB vysávač (Bondy) má nasledovné zloženie: 66,5% kobalt, 27% chróm, 5% molybdén. Zliatina má dobrá kombinácia odlievanie a mechanické vlastnosti.

3. NH-Dents

ZLOŽENIE: nikel - 60-65%; chróm - 23-26%; molybdén - 6-11%; kremík - 1,5-2%; neobsahujú uhlík.

Zliatiny NH-Dent na báze niklu a chrómu

POUŽITIE: pre kvalitné kovokeramické korunky a malé mostíky majú vysokú tvrdosť a pevnosť. Rámy protéz sa ľahko brúsia a leštia.

VLASTNOSTI: zliatiny majú dobré odlievacie vlastnosti, obsahujú zušľachťovacie prísady, čo umožňuje nielen získať kvalitný výrobok pri odlievaní vo vysokofrekvenčných indukčných taviacich strojoch, ale aj opätovne použiť až 30 % vtokov v nových taveninách. Existuje niekoľko typov tejto zliatiny: NL, NS, NH.

HX-Dent NS vysávač (mäkký) - vo svojom zložení obsahuje nikel - 62%, chróm - 25% a molybdén - 10%. Má vysokú rozmerovú stálosť a minimálne zmrštenie, čo umožňuje odlievanie dlhých mostov v jednom kroku.

Vysávač HX-Dent NL (kvapalný) - obsahuje 61 % niklu, 25 % chrómu a 9,5 % molybdénu. Táto zliatina má dobré odlievacie vlastnosti, čo umožňuje získať odliatky s tenkými prelamovanými stenami.

4.Preliačiny

VLASTNOSTI: Zliatiny dentanového typu sú navrhnuté tak, aby nahradili liate nehrdzavejúce ocele. Majú výrazne vyššiu ťažnosť a odolnosť proti korózii vďaka tomu, že obsahujú takmer 3x nikel a o 5% viac chrómu. Zliatiny majú dobré odlievacie vlastnosti - nízke zmrštenie a dobrú tekutosť. Veľmi tvárny pri obrábaní.

POUŽITIE: používa sa na výrobu odliatkov jediné koruny, liate korunky s plastovou podšívkou. Existuje niekoľko druhov tejto zliatiny: DL, D, DS, DM.

Dentan D obsahuje 52 % železa, 21 % niklu, 23 % chrómu. Má vysokú ťažnosť a odolnosť proti korózii, nízke zmršťovanie a dobrú tekutosť.

Dentan DM obsahuje 44 % železa, 27 % niklu, 23 % chrómu a 2 % molybdénu. Do zloženia zliatiny bol dodatočne pridaný molybdén, ktorý zvýšil jej pevnosť v porovnaní s predchádzajúcimi zliatinami pri porovnaní rovnakej úrovne obrobiteľnosti, tekutosti a iných technologických vlastností.

Pre niektoré zliatiny niklu a chrómu môže byť prítomnosť oxidového filmu negatívna, pretože pri vysoká teplota pálenie oxidy niklu a chrómu sa rozpúšťajú v porceláne a farbia ho. Zvýšenie množstva oxidu chrómu v porceláne vedie k zníženiu jeho koeficientu tepelnej rozťažnosti, čo môže spôsobiť odlupovanie keramiky od kovu.

Zliatiny titánu

VLASTNOSTI: zliatiny titánu majú vysoké technologické a fyzikálno-mechanické vlastnosti, ako aj biologickú inertnosť. Teplota topenia titánovej zliatiny je 1640C. Výrobky vyrobené z titánu majú absolútnu inertnosť voči tkanivám ústnej dutiny, úplnú absenciu toxických, tepelne izolačných a alergických účinkov, malú hrúbku a hmotnosť s dostatočnou tuhosťou základne vďaka vysokej špecifickej pevnosti titánu, vysokú presnosť reprodukcie z najmenších detailov reliéfu protetického lôžka.

List VT-100- používa sa na výrobu lisovaných koruniek (hrúbka 0,14-0,28 mm), lisovaných základov (0,35-0,4 mm) snímateľných protéz.

VT-5L - odliatok - používa sa na výrobu liatych koruniek, mostíkov, rámov sponových dlahovacích protéz, liatych kovových podstavcov.