I. Diffiniad a Chymwysiadau o Ddeunyddiau Metel Meddygol
Defnyddir deunyddiau metel meddygol, a elwir hefyd yn ddeunyddiau metel mewnblaniad llawfeddygol, yn bennaf ar gyfer diagnosis, triniaeth, ac ailosod neu wella meinwe yn y corff dynol. Dros yr 20 mlynedd diwethaf, er bod datblygiad deunyddiau meddygol metel wedi bod yn arafach na datblygiad deunyddiau biofeddygol megis polymerau, cyfansoddion, hybridau a deilliadau, maent yn cynnig nifer o briodweddau anadferadwy na all deunyddiau meddygol eraill eu cyfateb, gan gynnwys cryfder uchel, caledwch da, ymwrthedd blinder hyblyg, a phriodweddau prosesu rhagorol. Nhw yw'r deunyddiau mewnblaniad llwyth a ddefnyddir fwyaf mewn cymwysiadau clinigol. Gyda datblygiad technoleg argraffu 3D metel, mae deunyddiau meddygol metel wedi cael eu cymhwyso'n ehangach, gyda'r cymwysiadau pwysicaf yn cynnwys platiau gosod torasgwrn, sgriwiau, cymalau artiffisial, a mewnblaniadau deintyddol.
II. Deunyddiau Meddygol Metel a Ddefnyddir yn Gyffredin
Mae'r prif ddeunyddiau metel a ddefnyddir mewn cymwysiadau meddygol clinigol yn cynnwys dur di-staen, aloion cobalt, aloion titaniwm, aloion cof siâp, metelau gwerthfawr, a metelau pur fel tantalwm, niobium, a zirconium.
1. Dur Di-staen
Mae dur gwrthstaen meddygol (Dur Di-staen fel Deunydd Biofeddygol) yn aloi sy'n gwrthsefyll cyrydiad sy'n seiliedig ar haearn ac yn un o'r aloion biofeddygol cynharaf a ddatblygwyd. Fe'i nodweddir gan rwyddineb prosesu a chost isel. Mae gadael i ddur di-staen siâp gwaith oer nid yn unig yn cynyddu cryfder cnwd ond hefyd yn cryfhau'r aloi yn erbyn rhwd, sydd yn ei dro yn lleihau'r tebygolrwydd o osod toriad blinder i mewn. Pan edrychwch ar ficrostrwythur, mae'r dur di-staen yn cyfateb i raddau austenitig, ferritig, martensitig neu wlybaniaeth. Dim syndod, mae'r duroedd hyn wedi dod yn gêr safonol yn y byd meddygol; fe welwch nhw wedi'u ffugio'n gyllyll llawfeddygol, yr is-ganllaw ar lafn siswrn, safnau hemostat, a chorff nodwydd wag. Y tu hwnt i offerynnau llaw, mae dur di-staen hefyd yn gwasanaethu mewn cymwysiadau mewnblanadwy, gan gynnwys cymalau artiffisial, gosodwyr plât a sgriw, cynheiliaid bwa orthodontig, a gorchuddion falf dyfeisiau mecanyddol falf y galon. Ymhlith y dulliau cyfleustodau hyn, mae'r graddau austenitig o 316L a 317L, sydd â chynnwys carbon isel ychwanegol i leihau dyddodiad carbid ffin grawn, yn dominyddu. Cyhoeddwyd manyleb ysgrifenedig ar gyfer yr aloion hyn gyntaf yn adolygiad 1987 o'r safon ISO ar gyfer deunyddiau metelaidd mewnblanadwy, ISO 5832 ac ISO 7153. Yn dilyn y corpws rhyngwladol, drafftiwyd safon genedlaethol yn fy ngwlad, GB 12417, ym 1990 a'i fabwysiadu ym 1991.
Mae biocompatibility a materion cysylltiedig dur di-staen meddygol yn ymwneud yn bennaf ag adweithiau meinwe a achosir gan ddiddymu ïon metel oherwydd cyrydiad neu draul ar ôl mewnblannu. Mae data clinigol helaeth yn dangos bod cyrydiad dur gwrthstaen meddygol yn arwain at sefydlogrwydd mewnblaniadau hirdymor gwael. At hynny, mae ei ddwysedd a'i modwlws elastig yn wahanol iawn i ddwysedd meinwe caled dynol, gan arwain at gydnaws mecanyddol gwael. Gall cyrydiad achosi i ïonau metel neu gyfansoddion eraill fynd i mewn i feinweoedd cyfagos neu'r corff cyfan, gan arwain o bosibl at adweithiau histolegol andwyol megis oedema, haint, a necrosis meinwe, gan arwain at boen ac adweithiau alergaidd. Yn benodol, gall diddymu ïon nicel o ddur di-staen achosi newidiadau patholegol difrifol (mae dur di-staen meddygol austenitig a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys tua 10% o nicel). Yn y blynyddoedd diwethaf, mae dur gwrthstaen meddygol isel-nicel a nicel{-wedi cael ei ddatblygu a'i gymhwyso'n raddol.
2. Aloi Cobalt
Mae aloion cobalt (aloi sy'n seiliedig ar Co- fel deunyddiau biofeddygol) hefyd yn cael eu defnyddio'n gyffredin mewn cymwysiadau meddygol. O'u cymharu â dur di-staen, maent yn fwy addas ar gyfer gweithgynhyrchu mewnblaniadau tymor hir yn amodol ar lwythi anodd yn y corff, gyda gwrthiant cyrydiad 40 gwaith yn fwy na dur di-staen. Yr aloi metel cobalt cyntaf a gafodd ei beiriannu'n bwrpasol ar gyfer meddygaeth oedd cobalt-cromiwm-molybdenwm, cyfuniad sy'n oeri i strwythur austenitig sefydlog. Yna, yn y 1970au hwyr, daeth ymchwydd o opsiynau newydd i'r amlwg, yn arbennig mutant haearn gyr cobalt-nicel-cromiwm-alwminiwm-twngsten sy'n dangos ymwrthedd blinder uwch, a'r amrywiad MP35N, sy'n cadw cobalt-nicel-cromiwm-alwminiwm craidd ond eto'n austenitizes thermochaniteiddio aml-gyfadeilad cymhleth. Ers hynny mae matrics awstenitig main cobalt clinigol ac amrywiadau cobalt-nicel wedi rhagori mewn peirianneg brosthetig.Maent yn siapio coesynnau a chwpanau cluniau artiffisial sy'n seiliedig ar cobalt-cromiwm Mo, arwynebau cymalog pengliniau aloi cobalt-cromiwm, a dyfeisiau cau orthopedig, sy'n cynnwys platio ar gyfer toriadau ansefydlog, sgriwiau sêm traffig, a gwasgu-pinnau asgwrn wedi'u gosod. Ar hyn o bryd, aloion alwminiwm cobalt cast yw'r rhai a ddefnyddir amlaf ac maent wedi'u hymgorffori yn safon ISO 5582/4. Yn 1990, roedd fy ngwlad yn ei gynnwys yn y safon genedlaethol GB12417.
Mae aloion cobalt fel arfer yn aros mewn cyflwr goddefol o fewn y corff dynol, anaml yn cyrydu. O'i gymharu â dur gwrthstaen, mae eu ffilm oddefol yn fwy sefydlog ac yn gallu gwrthsefyll cyrydiad. Maent hefyd yn cynnig y gwrthiant gwisgo gorau o'r holl ddeunyddiau metel meddygol, y credir yn gyffredinol nad ydynt yn cynhyrchu unrhyw adweithiau histolegol amlwg ar ôl mewnblannu. Fodd bynnag, oherwydd eu cost uchel, mae cymalau clun artiffisial a wneir o aloion cobalt yn arddangos cyfradd uchel o lacio in vivo oherwydd rhyddhau ïonau Co a Ni a achosir gan draul metel a chorydiad. At hynny, mae'r elfennau Co a Ni gwaddodedig yn cyflwyno heriau biolegol, megis alergenedd difrifol, a all achosi necrosis celloedd a meinwe yn hawdd mewn vivo, gan arwain at boen, llacio ar y cyd, a suddo. O ganlyniad, mae eu cais wedi bod yn gyfyngedig. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, defnyddiwyd technegau addasu arwyneb i wella priodweddau arwyneb aloion cobalt, gan wella eu heffeithiolrwydd clinigol yn effeithiol.
3. aloion Titaniwm
Mae aloion sy'n seiliedig ar Ti fel deunyddiau biofeddygol ymhlith y metelau mwyaf biogydnaws y gwyddys amdanynt. Ers y 1940au, mae aloion titaniwm a thitaniwm wedi cael eu cymhwyso'n raddol mewn meddygaeth glinigol. Ym 1951, dechreuodd bodau dynol ddefnyddio titaniwm pur i wneud platiau esgyrn a sgriwiau. Yng nghanol y 1970au, dechreuodd aloion titaniwm a thitaniwm ennill defnydd meddygol eang, gan ddod yn un o'r deunyddiau meddygol mwyaf addawol. Ar hyn o bryd, defnyddir aloion titaniwm a thitaniwm yn bennaf mewn orthopaedeg, yn enwedig wrth ail-greu aelodau a phenglog. Fe'u defnyddir i wneud dyfeisiau gosod torasgwrn amrywiol, cymalau artiffisial, capiau penglog a dura mater, falfiau calon artiffisial, dannedd, deintgig, modrwyau cadw, a choronau. Yr aloi titaniwm a ddefnyddir fwyaf mewn cymwysiadau meddygol yw TC4 (Ti-6Al-4V). Mae gan yr aloi hwn strwythur + dau gam ar dymheredd ystafell. Gellir gwella ei gryfder a phriodweddau mecanyddol eraill yn sylweddol trwy drin datrysiad a heneiddio.
Mae dwysedd titaniwm a'i aloion tua 4.5 g/cm³, tua hanner dwysedd dur gwrthstaen a aloion cobalt, yn agosáu at feinwe caled dynol. Ar ben hynny, mae eu biocompatibility, ymwrthedd cyrydiad, a gwrthiant blinder yn fwy na rhai dur di-staen a aloion cobalt, gan eu gwneud ar hyn o bryd y deunyddiau meddygol metel gorau. Mae affinedd titaniwm a'i aloion ar gyfer y corff dynol yn deillio o'r ffilm goddefol trwchus titaniwm ocsid (TiO2) ar eu harwynebau, sydd, ar ôl mewnblannu, yn achosi dyddodiad ïonau calsiwm a ffosfforws yn hylifau'r corff i ffurfio apatite. Mae hyn yn dangos rhywfaint o fioactifedd a bondio esgyrn, gan eu gwneud yn arbennig o addas ar gyfer mewnblannu mewngroesol. Fodd bynnag, anfanteision titaniwm a'i aloion yw eu caledwch isel a'u gwrthiant gwisgo gwael. Os bydd gwisgo'n digwydd, caiff y ffilm ocsid ei ddinistrio'n gyntaf, ac yna rhyddhau cynhyrchion cyrydiad gronynnau gwisgo sy'n mynd i mewn i feinwe dynol. Yn benodol, gall y fanadium gwenwynig (V) yn Ti-6Al- aloi 4V achosi methiant mewnblaniad. Er mwyn gwella ymwrthedd gwisgo titaniwm a'i aloion, gellir defnyddio amineiddiad ïon tymheredd uchel neu fewnblannu ïon i wella eu gwrthiant gwisgo arwyneb. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae rhai aloion titaniwm newydd (aloi-fath yn bennaf) wedi'u datblygu, ac mae pob un ohonynt yn canolbwyntio ar leihau elfennau sy'n niweidiol i'r corff dynol, gan wella biocompatibility aloion titaniwm yn effeithiol.
4. Aloion Cof Siâp
Dechreuodd ymchwil ar aloion cof siâp meddygol (SMAs) fel deunyddiau biofeddygol yn y 1970au a chafodd ei gymhwyso'n eang yn gyflym. Yr SMA a ddefnyddir fwyaf mewn ymarfer clinigol yw Titaniwm SMA nicel. Tymheredd adfer cof siâp SMAs meddygol yw 36 ± 2 gradd, sy'n cyfateb i dymheredd y corff dynol ac yn dangos biocompatibility tebyg i aloion titaniwm. Fodd bynnag, oherwydd bod SMAs yn cynnwys llawer iawn o nicel, gall triniaeth arwyneb amhriodol achosi ïonau nicel i wasgaru a threiddio meinweoedd cyfagos, gan achosi necrosis celloedd a meinwe. Defnyddir SMAs meddygol yn bennaf mewn llawfeddygaeth blastig a deintyddiaeth. Mae stentiau hunan- ehangu, yn enwedig stentiau cardiofasgwlaidd, yn enghraifft wych o'u cymhwysiad.
5. Metelau Gwerthfawr a Metelau Pur: Tantalum, Niobium, a Zirconium
Mae metelau gwerthfawr meddygol yn cyfeirio at aur, arian, platinwm, a'u aloion a ddefnyddir fel deunyddiau biofeddygol. Mae gan fetelau gwerthfawr fiogydnawsedd rhagorol, ymwrthedd ocsidiad a chorydiad cryf, sefydlogrwydd ffisegol a chemegol unigryw, nodweddion prosesu rhagorol, ac nid ydynt yn wenwynig i feinwe dynol. Fe'u defnyddir mewn adferiadau deintyddol, atgyweiriadau cranial, dyfeisiau electronig y gellir eu mewnblannu, prosthesis niwral, dyfeisiau ysgogi'r nerf auricular a diaffragmatig, dyfeisiau nerfol gweledol, ac electrodau rheolydd calon.
Mae gan Tantalwm ar gyfer adferiadau deintyddol sefydlogrwydd cemegol rhagorol ac ymwrthedd i gyrydiad ffisiolegol. Mae tantalum ocsid yn ei hanfod heb ei amsugno ac nid yw'n wenwynig. Gellir cyfuno tantalwm â metelau eraill heb niweidio'r ffilm ocsid arwyneb. Yn glinigol bob dydd mae'n ymddangos yn bosibl bondio metelau tra'n osgoi tarfu ar yr haen ocsid parhaus sy'n goddef eu harwynebau. Oherwydd bod tantalwm, niobium, a zirconium yn arddangos proffiliau microstrwythur ac adweithedd sydd wedi'u halinio'n agos â rhai titaniwm, maent wedi'u gwerthuso ar gyfer cymwysiadau mewnblaniadau amrywiol, yn amrywio o grafftiau asgwrn â chyfarpar a gwreiddiau deintyddol wedi'u cadw gan sgriw i adrannau colfach o ddannedd gosod y gellir eu tynnu, stentiau fasgwlaidd waliau tenau, a'r sbectrwm eang o ddyfeisiadau calon artiffisial megis tymheredd. Serch hynny, mae mynd ar drywydd y metelau hyn fel arfer yn parhau i fod wedi'i gyfyngu; mae eu heconomeg mireinio a saernïo cynhenid yn eu gosod ymhell y tu hwnt i gyllidebau'r rhan fwyaf o ymylon impiadau.
