1Kernanforderungen an medizinische Implantatmaterialien: Biokompatibilität, mechanische Übereinstimmung und langfristige Sicherheit
Implantate für Menschen müssen folgende Anforderungen erfüllen:
Nichttoxisch und allergisch: Materialien können keine schädlichen Stoffe freisetzen oder eine Immunantwort hervorrufen.
Mechanische Verträglichkeit: Die Implantatfestigkeit und der elastische Modul müssen nahe am Knochengewebe liegen, um eine "Stressschirmung" zu vermeiden, die zu einer Knochenatrophie führt.
Widerstandsfähig gegen Korrosion durch Körperflüssigkeiten: bleibt stabil in der menschlichen Elektrolytumgebung (Blut- und Gewebeflüssigkeit mit einem pH-Wert von 7,3-7,4).
2Biokompatibilität von Titanguss: die wissenschaftliche Grundlage für ein "harmonisches Zusammenleben" mit dem menschlichen Körper
Fähigkeit zur Integration von Inertoberfläche und Knochen
mit einem Durchmesser vonbildet in einer physiologischen Umgebung einen TiO2-Oxidfilm im Nanobereich und hat eine chemische Zusammensetzung, die der des Hydroxyapatits (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) von menschlichen Knochen ähnelt,die Osteoblastbindung und -proliferation induzieren könnenDie klinischen Daten zeigen, dass:
Die Bindungsstärke zwischenTitaniumImplantate und Knochengewebe können 15-25 MPa erreichen (entspricht 70% der Festigkeit der natürlichen Knochenoberfläche);
Die Ablagerung von neuem Knochengewebe auf derTitaniumIm Vergleich zu mehr als 12 Wochen bei Implantaten aus Edelstahl kann die Oberfläche der Implantate 6-8 Wochen nach der Operation beobachtet werden.
Keine Gefahr der Freisetzung von Metallionen
Das Standardelektrodenpotenzial vonTitaniumist -1,63 V, was im menschlichen Körper in einem passivierten Zustand ist, und die Ionenfreisetzung < 0,1 μg/l (viel niedriger als die 5 μg/l in der Norm ISO 10993).Implantate aus Edelstahl können allergische Ionen wie Ni2+ und Cr3+ freisetzen, die Kontaktdermatitis verursachen (die Inzidenz beträgt etwa 5% bis 10%).
3. Anwendung vonaus Titan gegossenin orthopädischen Prothesen: Volldimensionslösungen vom Gelenkersatz bis zur Wirbelsäulenfixierung
1Künstliche Gelenke: eine Rettungsleine, die "Ausnutzung" ersetzt
Hüftgelenkprothesen: Acetabulare Becher und Oberschenkelstämme, die mit Titanlegierungen (z. B. Ti-6Al-4V ELI) gegossen wurden, weisen folgende Eigenschaften auf:
Abnutzungsbeständigkeit: Nach der Plasmaspritzung der Oberfläche mit einer Hydroxyapatitbeschichtung beträgt die Abnutzungsrate weniger als 0,1 mm/Jahr (besser als Cobaltchrommolybdänlegierung);
Knochenvergrößerung: Poröse Titanschicht (Porosität 60%-70%, Porengröße 300-500μm) kann das Vergrößern von Knochenzellen zur Bildung eines "mechanischen Schlosses" fördern.
Fall: Das von Zimmer Biomet entwickelte Roboter-gestützte Hüftersatzsystem Mako verwendet Titan-Gießprothesen mit einer 10-Jahres-Überlebensrate von über 95%.
Kniegelenkprothesen: Tibialplateaus und Oberschenkelkondyle aus Titanguss können durch Investitionsguss eine komplexe gekrümmte Oberfläche erreichen, die der menschlichen anatomischen Struktur entspricht,und reduzieren das Risiko einer Stresskonzentration.
2Spinal-internes Fixierungssystem: Neugestaltung der Stabilität der Wirbelsäule
Titankäfig: zur Lendenfusion verwendet, die Maschenstruktur des gegossenen Titankäfiges kann mit autologem Knochen gefüllt werden und hat einen elastischen Modul (110 GPa) nahe dem Knochenkannel (1-10 GPa),Verringerung der Belastungsschirmung der benachbarten Wirbel;
Pedikelschraube: Die Genauigkeit der Gussschrauben kann ±0,05 mm erreichen, und die Schädigung des Knochenrinde während der Implantation ist 30% geringer als bei Edelstahlschrauben.
3- Trauma-Reparatur: "unsichtbare Unterstützung" für die Frakturfixierung
Knochenplatten und -schrauben: Titangussplatten lassen sich in ultradünne Platten (Stärke 1,5-2 mm) fertigen, die für kleine Knochenfrakturen in Händen und Füßen geeignet sind.Die postoperative Röntgenentwicklung ist eindeutig und beeinflusst die Bilddiagnose nicht;
Intrameduläre Nägel: Die Torsionsfestigkeit von intramedulären Nägeln aus Titanlegierung ist um 20% höher als die von Edelstahl,die für die Fixierung von langen Knochenfrakturen (wie z. B. Frakturen der Oberschenkelbeine) geeignet ist.
IV. Anwendung von Titanguss in Mundimplantaten: "Funktionale Rekonstruktion" von einem einzelnen Zahn bis zur vollständigen Mundrekonstruktion
1Einzeltandimplantat: "mechanische Simulation" vergleichbar mit echten Zähnen
Implantatkörper: zylindrische oder konische Implantate aus Titanguss, nach der Behandlung der Oberfläche mit Sandstrahlsäure (SLA) kann die Knochenbindungszeit auf 3-4 Wochen verkürzt werden.Zum Beispiel::
Die 5-Jahres-Überlebensrate von Swiss Straumann Implantaten (Ti-6Al-4V ELI) beträgt > 98% und die Erfolgsrate ist 5% bis 8% höher als bei reinen Titanimplantaten.
Abutmentverbindung: Die Anschlussgenauigkeit des Titan-Guss-Abutments und des Implantats beträgt 50 μm, was das durch Mikro-Lücken verursachte Bakterienwachstum reduzieren kann.
2Implantate für den vollen Mund und maxillofaziale Restaurationen: Präzisionsguss von komplexen Strukturen
All-on-4 Implantathalter für den vollen Mund: Implantathalter aus Titanlegierung werden durch Investitionsgusstechnologie hergestellt, die 4-6 Implantate gleichzeitig befestigen kann, um die Wiederherstellung des Zahnersatzes zu unterstützen,und das Gewicht im Vergleich zu traditionellen Segmentierten Restaurierungen um 40% reduzieren;
Maxillofaziale Restaurationen: Titanguss kann angepasst werden, um komplexe maxillofaziale Defekte wie zygomatische Knochen und Unterkiefer zu restaurieren.Titangegosste Kiefer-Gesichtsprothesen der deutschen Firma BEGO werden anhand von CT-Daten modelliert, und der Passfehler kleiner als 0,3 mm.
5- Andere innovative Anwendungen von Titanguss in der Medizin
Herz-Kreislauf-Implantate:
mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm(Speicherlegierung) werden zur Herstellung von Gefäßstents verwendet, die bei Körpertemperatur die vorgegebene Form wiederherstellen und den inneren Durchmesser des Blutgefäßes unterstützen.Ihre Flexibilität ist fünfmal höher als die von Edelstahlstents.;
Ohrimplantate:
Künstliche Knochenketten aus Titan-Gießmaterial wiegen nur 0,1-0,3 g und haben eine 30% höhere Schallleitfähigkeit als Kunststoffimplantate.Sie eignen sich für Patienten mit leitendem Hörverlust.;
Reparatur von Weichgewebe:
mit einem Durchmesser von- überzogene Pflaster werden zur Reparatur von Bauchwandvorfällen verwendet.Ihre poröse Struktur kann das Wachstum von Fasergewebe fördern und das Risiko einer Verschiebung des Pflaster reduzieren (die Verschiebungsrate traditioneller Polypropylenpflaster beträgt etwa 8% bis 12%)..
VI. Zukunftstrends: Von "funktionellem Ersatz" zur "biologisch aktiven Integration"
Oberflächenmodifizierungstechnologie:
Die Oberfläche von Titangussstücken ist mit bioaktivem Glas (z. B. 45S5 Bioglass®) beschichtet, das Ca2+- und PO43-Ionen freisetzen kann, um die Knochenmineralisierung zu fördern und die Knochenintegration zu beschleunigen.
Kombination aus 3D-Druck und Guss:
Erstens, verwenden Sie SLM-Technologie porös zu druckenTitaniumGerüste, und dann dichte Titangehäuse durch Vergießung füllen, um eine Verbundstruktur aus "poröser Oberfläche + dichten Kern" zu erhalten,bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedürfnisse des Knochenwachstums und der mechanischen Unterstützung;
Forschung und Entwicklung von abbaubaren Titanlegierungen:
MagnesiumlegiertesTitanium(z. B. Ti-2Mg-3Zn) kann im Körper langsam abgebaut werden und Magnesium-Ionen freisetzen, um die Osteogenese zu fördern, und eignet sich für die kurzfristige Fixierung (z. B. Frakturfixierung bei Kindern).
Schlussfolgerung: Titanguss ist mit seiner ausgezeichneten Biokompatibilität, seinen mechanischen Eigenschaften und seiner präzisen Formfähigkeit zum "goldenen Material" im Bereich der medizinischen Implantate geworden.Von orthopädischen Großgelenken bis hin zu oralen Mikroimplantaten, sind seine Vorteile nicht nur darin, beschädigtes Gewebe zu ersetzen, sondern auch die Entwicklung der regenerativen Medizin durch die "harmonische Wechselwirkung" zwischen Materialien und dem menschlichen Körper zu fördern.Mit Innovationen in der Oberflächentechnik und der Legierungskonstruktion, wird sich der Einsatz von Titangussprodukten in der personalisierten Medizin und Präzisionsbehandlung weiter vertiefen und Patienten langlebige und komfortablere Implantatlösungen bieten.
1Kernanforderungen an medizinische Implantatmaterialien: Biokompatibilität, mechanische Übereinstimmung und langfristige Sicherheit
Implantate für Menschen müssen folgende Anforderungen erfüllen:
Nichttoxisch und allergisch: Materialien können keine schädlichen Stoffe freisetzen oder eine Immunantwort hervorrufen.
Mechanische Verträglichkeit: Die Implantatfestigkeit und der elastische Modul müssen nahe am Knochengewebe liegen, um eine "Stressschirmung" zu vermeiden, die zu einer Knochenatrophie führt.
Widerstandsfähig gegen Korrosion durch Körperflüssigkeiten: bleibt stabil in der menschlichen Elektrolytumgebung (Blut- und Gewebeflüssigkeit mit einem pH-Wert von 7,3-7,4).
2Biokompatibilität von Titanguss: die wissenschaftliche Grundlage für ein "harmonisches Zusammenleben" mit dem menschlichen Körper
Fähigkeit zur Integration von Inertoberfläche und Knochen
mit einem Durchmesser vonbildet in einer physiologischen Umgebung einen TiO2-Oxidfilm im Nanobereich und hat eine chemische Zusammensetzung, die der des Hydroxyapatits (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) von menschlichen Knochen ähnelt,die Osteoblastbindung und -proliferation induzieren könnenDie klinischen Daten zeigen, dass:
Die Bindungsstärke zwischenTitaniumImplantate und Knochengewebe können 15-25 MPa erreichen (entspricht 70% der Festigkeit der natürlichen Knochenoberfläche);
Die Ablagerung von neuem Knochengewebe auf derTitaniumIm Vergleich zu mehr als 12 Wochen bei Implantaten aus Edelstahl kann die Oberfläche der Implantate 6-8 Wochen nach der Operation beobachtet werden.
Keine Gefahr der Freisetzung von Metallionen
Das Standardelektrodenpotenzial vonTitaniumist -1,63 V, was im menschlichen Körper in einem passivierten Zustand ist, und die Ionenfreisetzung < 0,1 μg/l (viel niedriger als die 5 μg/l in der Norm ISO 10993).Implantate aus Edelstahl können allergische Ionen wie Ni2+ und Cr3+ freisetzen, die Kontaktdermatitis verursachen (die Inzidenz beträgt etwa 5% bis 10%).
3. Anwendung vonaus Titan gegossenin orthopädischen Prothesen: Volldimensionslösungen vom Gelenkersatz bis zur Wirbelsäulenfixierung
1Künstliche Gelenke: eine Rettungsleine, die "Ausnutzung" ersetzt
Hüftgelenkprothesen: Acetabulare Becher und Oberschenkelstämme, die mit Titanlegierungen (z. B. Ti-6Al-4V ELI) gegossen wurden, weisen folgende Eigenschaften auf:
Abnutzungsbeständigkeit: Nach der Plasmaspritzung der Oberfläche mit einer Hydroxyapatitbeschichtung beträgt die Abnutzungsrate weniger als 0,1 mm/Jahr (besser als Cobaltchrommolybdänlegierung);
Knochenvergrößerung: Poröse Titanschicht (Porosität 60%-70%, Porengröße 300-500μm) kann das Vergrößern von Knochenzellen zur Bildung eines "mechanischen Schlosses" fördern.
Fall: Das von Zimmer Biomet entwickelte Roboter-gestützte Hüftersatzsystem Mako verwendet Titan-Gießprothesen mit einer 10-Jahres-Überlebensrate von über 95%.
Kniegelenkprothesen: Tibialplateaus und Oberschenkelkondyle aus Titanguss können durch Investitionsguss eine komplexe gekrümmte Oberfläche erreichen, die der menschlichen anatomischen Struktur entspricht,und reduzieren das Risiko einer Stresskonzentration.
2Spinal-internes Fixierungssystem: Neugestaltung der Stabilität der Wirbelsäule
Titankäfig: zur Lendenfusion verwendet, die Maschenstruktur des gegossenen Titankäfiges kann mit autologem Knochen gefüllt werden und hat einen elastischen Modul (110 GPa) nahe dem Knochenkannel (1-10 GPa),Verringerung der Belastungsschirmung der benachbarten Wirbel;
Pedikelschraube: Die Genauigkeit der Gussschrauben kann ±0,05 mm erreichen, und die Schädigung des Knochenrinde während der Implantation ist 30% geringer als bei Edelstahlschrauben.
3- Trauma-Reparatur: "unsichtbare Unterstützung" für die Frakturfixierung
Knochenplatten und -schrauben: Titangussplatten lassen sich in ultradünne Platten (Stärke 1,5-2 mm) fertigen, die für kleine Knochenfrakturen in Händen und Füßen geeignet sind.Die postoperative Röntgenentwicklung ist eindeutig und beeinflusst die Bilddiagnose nicht;
Intrameduläre Nägel: Die Torsionsfestigkeit von intramedulären Nägeln aus Titanlegierung ist um 20% höher als die von Edelstahl,die für die Fixierung von langen Knochenfrakturen (wie z. B. Frakturen der Oberschenkelbeine) geeignet ist.
IV. Anwendung von Titanguss in Mundimplantaten: "Funktionale Rekonstruktion" von einem einzelnen Zahn bis zur vollständigen Mundrekonstruktion
1Einzeltandimplantat: "mechanische Simulation" vergleichbar mit echten Zähnen
Implantatkörper: zylindrische oder konische Implantate aus Titanguss, nach der Behandlung der Oberfläche mit Sandstrahlsäure (SLA) kann die Knochenbindungszeit auf 3-4 Wochen verkürzt werden.Zum Beispiel::
Die 5-Jahres-Überlebensrate von Swiss Straumann Implantaten (Ti-6Al-4V ELI) beträgt > 98% und die Erfolgsrate ist 5% bis 8% höher als bei reinen Titanimplantaten.
Abutmentverbindung: Die Anschlussgenauigkeit des Titan-Guss-Abutments und des Implantats beträgt 50 μm, was das durch Mikro-Lücken verursachte Bakterienwachstum reduzieren kann.
2Implantate für den vollen Mund und maxillofaziale Restaurationen: Präzisionsguss von komplexen Strukturen
All-on-4 Implantathalter für den vollen Mund: Implantathalter aus Titanlegierung werden durch Investitionsgusstechnologie hergestellt, die 4-6 Implantate gleichzeitig befestigen kann, um die Wiederherstellung des Zahnersatzes zu unterstützen,und das Gewicht im Vergleich zu traditionellen Segmentierten Restaurierungen um 40% reduzieren;
Maxillofaziale Restaurationen: Titanguss kann angepasst werden, um komplexe maxillofaziale Defekte wie zygomatische Knochen und Unterkiefer zu restaurieren.Titangegosste Kiefer-Gesichtsprothesen der deutschen Firma BEGO werden anhand von CT-Daten modelliert, und der Passfehler kleiner als 0,3 mm.
5- Andere innovative Anwendungen von Titanguss in der Medizin
Herz-Kreislauf-Implantate:
mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm(Speicherlegierung) werden zur Herstellung von Gefäßstents verwendet, die bei Körpertemperatur die vorgegebene Form wiederherstellen und den inneren Durchmesser des Blutgefäßes unterstützen.Ihre Flexibilität ist fünfmal höher als die von Edelstahlstents.;
Ohrimplantate:
Künstliche Knochenketten aus Titan-Gießmaterial wiegen nur 0,1-0,3 g und haben eine 30% höhere Schallleitfähigkeit als Kunststoffimplantate.Sie eignen sich für Patienten mit leitendem Hörverlust.;
Reparatur von Weichgewebe:
mit einem Durchmesser von- überzogene Pflaster werden zur Reparatur von Bauchwandvorfällen verwendet.Ihre poröse Struktur kann das Wachstum von Fasergewebe fördern und das Risiko einer Verschiebung des Pflaster reduzieren (die Verschiebungsrate traditioneller Polypropylenpflaster beträgt etwa 8% bis 12%)..
VI. Zukunftstrends: Von "funktionellem Ersatz" zur "biologisch aktiven Integration"
Oberflächenmodifizierungstechnologie:
Die Oberfläche von Titangussstücken ist mit bioaktivem Glas (z. B. 45S5 Bioglass®) beschichtet, das Ca2+- und PO43-Ionen freisetzen kann, um die Knochenmineralisierung zu fördern und die Knochenintegration zu beschleunigen.
Kombination aus 3D-Druck und Guss:
Erstens, verwenden Sie SLM-Technologie porös zu druckenTitaniumGerüste, und dann dichte Titangehäuse durch Vergießung füllen, um eine Verbundstruktur aus "poröser Oberfläche + dichten Kern" zu erhalten,bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedürfnisse des Knochenwachstums und der mechanischen Unterstützung;
Forschung und Entwicklung von abbaubaren Titanlegierungen:
MagnesiumlegiertesTitanium(z. B. Ti-2Mg-3Zn) kann im Körper langsam abgebaut werden und Magnesium-Ionen freisetzen, um die Osteogenese zu fördern, und eignet sich für die kurzfristige Fixierung (z. B. Frakturfixierung bei Kindern).
Schlussfolgerung: Titanguss ist mit seiner ausgezeichneten Biokompatibilität, seinen mechanischen Eigenschaften und seiner präzisen Formfähigkeit zum "goldenen Material" im Bereich der medizinischen Implantate geworden.Von orthopädischen Großgelenken bis hin zu oralen Mikroimplantaten, sind seine Vorteile nicht nur darin, beschädigtes Gewebe zu ersetzen, sondern auch die Entwicklung der regenerativen Medizin durch die "harmonische Wechselwirkung" zwischen Materialien und dem menschlichen Körper zu fördern.Mit Innovationen in der Oberflächentechnik und der Legierungskonstruktion, wird sich der Einsatz von Titangussprodukten in der personalisierten Medizin und Präzisionsbehandlung weiter vertiefen und Patienten langlebige und komfortablere Implantatlösungen bieten.
