Лидерът на биомедицински метали - танталов метал

Тантал метал

  & nbsp; & nbsp; & nbsp; & nbsp; Отличните механични свойства, лекотата на обработка и надеждността на биомедицински метални материали са широко използвани в клиничната медицина и тяхното значение поддържа крак с биомедицински полимерни материали, всеки от които представлява около 45% от цялото приложение на биомедицински материали.

  & nbsp;

  & nbsp; След клиничното приложение на метални медицински материали основният проблем е биосъвместимостта, която произтича от корозия и износване на металите. Тъй като металните материали съдържат повече легиращи елементи, металните йони ще се разтварят поради корозия и износване, което ще предизвика някои биологични реакции в клетките и тъканните течности, като тъканни реакции, кръвни реакции и системни реакции, проявени като оток, тромбоемболия, инфекции и тумори.

01 Специфичността на околната среда на човешкото тяло

  & nbsp; & nbsp; Течността на тялото на човешкото тяло е около 1% натриев хлорид и малко количество други соли и органични съединения. Местната киселинност и алкалност често се променят леко, а температурата се поддържа на около 37°С.

  & nbsp;

  & nbsp; Тази среда ще корозира металните материали, а нейните продукти от корозия могат да бъдат йони, оксиди, хлориди и др., които влизат в контакт със съседни тъкани и дори проникват в нормалните тъкани или цялата биологична система, засягайки и стимулирайки нормалните тъкани. Причинява нежелани биологични реакции, включително анормален растеж на тъканите, изкривяване, алергия или възпаление, инфекция и дори предизвиква рак. Корозията може да отслаби механичните свойства на материала едновременно и тези два процеса обикновено причиняват повреда на материала самостоятелно или заедно. Следователно, като биомедицински метален материал, първо трябва да бъдат изпълнени две основни условия: първото е нетоксично; Втората е физиологична устойчивост на корозия.

02 Ефективността на металните материали, имплантирани в човешкото тяло

  & nbsp; & nbsp; & nbsp; & nbsp;След като биомедицински метални материали са имплантирани в човешкото тяло, обикновено се надява, че те могат трайно или полутрайно да изпълняват физиологични функции в тялото. Така наречените полупостоянни метални изкуствени фуги траят най-малко 15 години. В такъв дълъг период от време металната повърхност е повече или по-малко Малко йони или атоми ще влязат в околните биологични тъкани поради корозия или износване. Следователно, дали материалът е токсичен за биологичните тъкани се превръща в необходимо условие за подбор на материала.

  & nbsp; & nbsp; Понастоящем медицинските метални материали, често използвани в клинични приложения, включват главно неръждаема стомана, кобалтови сплави, титанови сплави, сплави за памет на формата, благородни метали и чисти метали като тантал, ниобий и цирконий. Свойствата на тези материали по време на приложение са както следва.

 материал от неръждаема стомана

  & nbsp; & nbsp; & nbsp; Биологичната съвместимост и свързаните с тях въпроси на медицинската неръждаема стомана включват главно тъканната реакция, причинена от разтварянето на метални йони, причинени от корозия или износване след имплантиране на неръждаема стомана в човешкото тяло.

  & nbsp; Корозията ще доведе до навлизане на метални йони или други съединения в заобикалящата тъкан или цялото тяло, което може да причини някои нежелани хистологични реакции в организма, като оток, инфекция, тъканна некроза и др., което води до болка и алергични реакции. Особено тежки лезии, предизвикани от утаяването на никелови йони в неръждаема стомана (често използваната аустенитна медицинска неръждаема стомана съдържа около 10% никел).

материал от кобалтова сплав
  & nbsp; & nbsp; Кобалтовите сплави основно поддържат състояние на пасивиране в човешкото тяло, а корозията е рядка. В сравнение с неръждаемата стомана, пасивиращият му филм е по-стабилен и устойчивостта на корозия е по-добра. Обикновено се смята, че няма очевидна хистологична реакция след имплантиране в човешкото тяло.

  Въпреки това, поради високата цена на кобалтовата сплав и изкуствената тазобедрена става, изработена от кобалтова сплав, се причинява от разтварянето на плазмата поради износване и корозия на метала, скоростта на разхлабване в тялото е висока, а утаените елементи имат сериозна сенсибилизация и други биологични ефекти. Поради медицински проблеми е лесно да се предизвика клетъчна и тъканна некроза в тялото, което води до болка при пациентите и разхлабване и потъване на ставите, така че приложението е ограничено до известна степен.

Материал от титанова сплав
  & nbsp; & nbsp; & nbsp; & nbsp; Плътността на титановите и титановите сплави е около 4,5 г / см3, което е почти половината от тази на неръждаемата стомана и кобалтовите сплави. Плътността е близка до тази на човешките твърди тъкани, а неговата биосъвместимост, устойчивост на корозия и устойчивост на умора са по-добри от неръждаема стомана и кобалтови сплави. Понастоящем е най-добрият метален медицински материал. Афинитетът на титановите и титановите сплави с човешкото тяло произтича от способността на плътния пасивиращ филм на повърхността му след имплантация да индуцира отлагането на калциеви и фосфорни йони в телесните течности да образува апатит, показвайки определена биологична активност и способност за костна интеграция, особено подходяща за вътрекостна имплантация.

  & nbsp; & nbsp; Недостатъците на титановите и титановите сплави са ниска твърдост и лоша устойчивост на износване. Ако възникне износване, това първо ще доведе до унищожаване на оксидния филм, а след това продуктите от корозия на износващите частици ще влязат в човешката тъкан, особено токсичният ванадий (съдържащ се в сплавта може да доведе до повреда на импланта.

Сплави за памет на формата

  & nbsp; & nbsp; Най-широко използваните сплави за памет за клинична форма са сплави за памет с форма никел-титан. Температурата на възстановяване на паметта на формата на медицинската никел-титанова памет сплав е 36 ± 2 ° което е в съответствие с температурата на човешкото тяло и клинично показва биосъвместимост, сравнима с тази на титановата сплав.

Въпреки това, тъй като никело-титановата памет сплав съдържа голямо количество никелов елемент, ако повърхността не е правилно обработена, никеловите йони могат да се дифузират и проникнат в заобикалящата тъкан, причинявайки клетъчна и тъканна некроза.

Метален материал от тантал

  & nbsp; & nbsp; & nbsp; & nbsp; Танталът спонтанно се окислява във въздуха или по време на обработката, за да образува плътен слой оксид. Оксидният слой е непроводим, така че разтворимостта на танталовия материал е много ниска при всички стойности на рН и потенциали и не е лесно да се корозира в киселинна среда, като по този начин показва много силна биологична инертност, химическа стабилност и физиологична устойчивост на корозия in vivo.

Ето защо, в сравнение с неръждаема стомана, сплав от титанова сплав и други метални материали, които са лесни за корозия и произвеждат метални йони или частици в средата на течността на тялото, отличната устойчивост на корозия на тантала го прави подходящ като биосъвместим материал. Материал за костен имплант, използван като костна плоча, корен на импланта, протеза, сърдечно-съдов стент и изкуствено сърце и др.

03 Технология за повърхностни сплави с тантал

  & nbsp; & nbsp; Предимствата на танталовия метал в медицинските импланти метали са ненужни да се каже, но като рядък метал резервите от тантал в земята не са много, което директно води до високата цена. Поради ценови ограничения прилагането на тантал е силно ограничено.
  & nbsp; Жуохангксин Метални Материали Ко ООД Тантал Приложение Технологии Ко ООД се ангажира с развитието на технологията за повърхностни сплави от тантал в продължение на много години. Чрез производството на танталови сплави на повърхността на обикновени материали оборудването е надарено с висока производителност, сравнима с чистите танталови и ниобиеви продукти. Появата на тази технология перфектно реши проблема с цената на танталовия метал, което прави прилагането на тантал популярно и широко разпространено вече не е мечта

1.Танталовият метал има отлична устойчивост на корозия и е покрит на повърхността на някои медицински метални материали, за да се предотврати отделянето на токсични елементи и да се подобри биосъвместимостта на металните материали. В същото време покритието с тантал подобрява биосъвместимостта на материалите в човешкото тяло. видимост.& nbsp;

2. Танталовото покритие може да подобри ефективността на осиинтеграцията натитанов металподобрява способността за адхезия на клетките и насърчава растежа на клетките. nbsp;

3.По-високата повърхностна енергия и по-добрата намокряемост на танталовите покрития подобряват взаимодействието между клетките и имплантираните материали. nbsp;

4.В допълнение към металните материали, танталът може да бъде покрит и върху повърхността на някои неметални материали, като например повърхността на въглеродната клетка, покрита с тантал за гръбначен синтез, танталовото покритие подобрява здравината и здравината на въглеродната клетка, за да бъде подходящ за гръбначно натоварване и по-добре да отговаря на изискванията на хирургичната процедура.

Химически свойства на тантала

Танталът също има много добри химически свойства и е изключително устойчив на корозия. Без значение в студени или горещи условия, той няма реакция на солна киселина, концентрирана азотна киселина и "аква регия". Накиснете тантал в сярна киселина при 200 ° в продължение на една година и повърхностният слой ще бъде повреден само с 0,006 мм. Експериментите доказаха, че танталът няма ефект върху алкалния разтвор, хлорния газ, бромовата вода, разредената сярна киселина и много други агенти при нормални условия и реагира само под действието на флуороводородна киселина и гореща концентрирана сярна киселина. Такива случаи са сравнително редки при металите.

Използването на метален тантал

  Характеристиките на тантала правят неговото поле на приложение много широко. В оборудването за приготвяне на различни неорганични киселини танталът може да се използва за заместване на неръждаема стомана, а експлоатационният живот може да бъде десетки пъти по-дълъг от неръждаемата стомана. В допълнение, в химическата, електронната, електрическата и друга промишленост танталът може да замени задачите, които са били предприети от платината от благородни метали, което значително намалява необходимите разходи. Освен това танталът е важен елемент за рафиниране на супер якостна стомана, устойчива на корозия стомана и топлоустойчива стоманена сплав, която може да осигури специални материали, необходими за развитието на ракети, космически кораби, реактивни самолети и други космически технологии. Немагнитните сплави, изработени от тантал и волфрам, се използват широко в електрическата промишленост, особено танталов карбид, съставен от тантал и въглерод, който има голяма твърдост и е сравним с диаманта дори при високи условия. Струговъчните инструменти, изработени от него, могат да режат много твърди сплави при висока скорост; различни свредла, изработени от него, могат да заменят най-твърдата сплав или диамант. Ето защо танталът също се счита за "витамин" при топенето. В съвременната медицина танталът също може да играе важна роля. Изследванията са доказали, че танталът е не само безобиден за човешкото тяло, но и мускулите на човешкото тяло могат да растат върху него, което се нарича биосъвместимост в медицината. Лекарите използват това свойство на тантала за възстановяване и запечатване на пукнатини и дефекти при счупени черепи и фрактури на крайници. В същото време танталът може да се превърне в нишки с една десета по-тънки от косата, използвани като шевове за висцерална хирургия или вградени в изкуствени очни ябълки. Тази тел от тантал може дори да замени сухожилията и нервните влакна. Лекарите използват танталови плочи, за да направят изкуствени уши, да ги инсталират зад главата и след това да трансплантират кожа от краката. След известно време новотрансплантираната кожа расте толкова добре, че е почти невъзможно да се види, че това е изкуствено ухо от тантал.

Приложения на продукти от тантал

(1) Танталът се използва за производство на танталови кондензатори: танталовият прах и танталовият проводник са ключовите материали за производство на танталови кондензатори, а танталовите кондензатори са най-добрите кондензатори. Ниобият може да се използва и за производство на кондензатори.
(2) Танталът се използва за производство на висококачествени продукти от тантал: танталът има висока устойчивост, добра якост и твърдост и е висококачествен материал за производство на отоплителни части, топлоизолационни части и зареждащи съдове за вакуумни домове.
(3) Танталът и ниобият се използват за производство на устойчиви на корозия тантал и ниобий продукти: танталът и ниобият са висококачествени материали, устойчиви на киселинна, алкална и течна метална корозия. Те могат да се използват в химическата промишленост за производство на храносмилатели, нагреватели, охладители и различни прибори.
(4) Прилагане на тантал и ниобий в космическата промишленост: използва се за производство на компоненти на двигателя за космически въздухоплавателни средства, ракети, подводници и др., като горивни камери, горивни канали, турбопомпи и др. Например сплав на основата на високо ниобий е висококачествен космически материал, който се използва като дюза за ускорител на ракети, усилвател на задвижването на космически апарати и клапан на дюза.
(5) Танталът се използва за изработване на облицовки за брониращи снаряди: това приложение понастоящем е основно в Съединените щати и е вид ракета, като ракетата
(6) Танталов карбид като добавка към циментиран карбид: циментираният карбид се използва главно като ножове, инструменти, форми и устойчиви на износване и корозия структурни компоненти. Добавянето на може да подобри неговата твърдост, якост, точка на топене и други свойства. NbC може да се използва и по този начин, а неговата ефективност е по-ниска от TaC.
(7) Ниобият е основната добавка на стоманата. Добавената ниобий микролегирана стомана може да рафинира стоманените зърна и да подобри здравината и здравината на стоманата. Около 75% от ниобий се използва в тази област.

1. Характеристики на тантала

Танталът е синкав светлосив метал с твърда текстура, плътност 15г/см3, точка на топене 3014 ° С и еластичен модул 186-191ГА. След студена работа якостта на опън на тантала е 200-300удължаването е 10-25% и има добра пластичност и здравина. В сравнение с други метални материали танталът има две очевидни предимства:
(1) Отлична устойчивост на корозия. При стайна температура танталът не реагира химически с солна киселина, концентрирана азотна киселина или дори "аква регия", а общите неорганични соли не реагират с тантал;
(2) Отлична биосъвместимост. След като танталът е имплантиран в тялото за период от време, биологичните тъкани са лесни да растат на повърхността на тантала, така че танталът се нарича също "биофилен метал". Тези две предимства на тантала привличат вниманието на материалната наука и медицинските кръгове, което прави металния тантал обещаваща посока на развитие в областта на биомедицинските материали.

2. Биологичната основа на тантала

Неразтворимите танталови соли няма да се абсорбират от организма чрез перорално или локално инжектиране, а разтворимите танталови соли ще се абсорбират много малко от стомашно-чревния тракт. След като танталът навлезе в човешкото тяло, фагоцитните клетки в тялото могат да оцелеят и да нямат клетъчна дегенерация след 1 час контакт с танталовия прах, придружен само от значително увеличаване на окисляването на глюкозата. При същите условия силициевият прах може да причини тежка цитоплазмена дегенерация и смърт на фагоцитите, което показва, че танталът не е цитотоксичен. През 1940 г. металът тантал е използван за първи път в ортопедичната медицина и повечето съобщения смятат, че не са открити нежелани реакции, когато танталът е използван като човешки имплант.

3. Приложение на тантал като имплант

1) Танталов лист

Танталовият метал може да бъде направен в танталови листове с различни форми и размери и имплантиран според нуждите на различни части на човешкото тяло, като ремонт и запечатване на пукнатини и дефекти на счупени черепи и фрактури на крайници. Някой веднъж е използвал танталови листове, за да направи изкуствени уши и да ги фиксира на главата, а след това е трансплантирала кожа от краката. След известно време новотрансплантираната кожа расте много добре и беше почти невъзможно да се види, че това е изкуствено ухо от тантал.

2) Поразен танталов прът

Порьозният танталов прът е триизмерен материал с формата на пръчка от пчелна пита с характеристики на човешка анулирана костна структура, със среден размер на порите 430 и порьозност 75-80%. Неговият еластичен модул може да се регулира между анулираната кост и кортикалната кост, за да се избегне стрес щитиращ ефект. Имплантацията на порести танталови пръчки се използва главно за лечение на аваскуларна некроза на бедрената глава в ранния и средния стадий. Той има добър поддържащ ефект върху некротичната област на бедрената глава, може да избегне колапса на бедрената глава и има потенциал да реваскулира аваскуларната некротична област на бедрената глава. Порозният тантал може да стимулира клетъчната пролиферация и да подобри способността за изграждане на костите на остеобластите.

3) Порозна танталова изкуствена става

Порьозният тантал има определена степен на еластичност, така че порьозната танталова става може да съвпада добре с човешката костна тъкан, да подобри първоначалната стабилност на импланта и да намали възможността от ацетабуларна фрактура. В допълнение, коефициентът на триене на порест тантал е по-голям от този на други порести материали, което е полезно за първоначалната стабилност след имплантация. Понастоящем има свързани клинични доклади за тазобедрени стави, колянни стави, бедрени конуси и комбинирани стави на тибията и пателата [14- 17], изработени от порест тантал.

4) Поразен танталов пълнеж материал

Порозният тантал може да се използва и като пълнител за различни части на човешкото тяло, като тъканна реконструкция след туморна резекция, цервикално и лумбално разтваряне и запълване и замяна на гръбначната арка. Поради многото предимства на порестия тантал по отношение на механични свойства, обработващи свойства и биологични свойства, порестият тантал има широко пространство за развитие като пълнеж.