सार: जैव प्रौद्योगिकी के जोरदार विकास और प्रमुख सफलताओं के साथ, बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातुओं की मांग तेजी से बढ़ रही है। हालांकि, टीसी4 और टीसी4ईएलआई जैसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं में वी और अल की रोगजनकता के कारण, मेरे देश में नए चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुसंधान और विकास का बहुत व्यावहारिक महत्व और व्यापक बाजार संभावनाएं हैं। यह लेख बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातुओं के वर्गीकरण, बुनियादी गुणों और अनुप्रयोग आधार का संक्षेप में वर्णन करता है; चिकित्सा क्षेत्र में इसके विकास की प्रवृत्ति को इंगित करता है; और नए β टाइटेनियम मिश्र धातुओं के बुनियादी प्रसंस्करण और तैयारी के तरीकों और प्रदर्शन मूल्यांकन विधियों को सारांशित करता है।
कीवर्ड: मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु; विकास; अनुसंधान प्रगति; प्रसंस्करण
बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री विशेष रूप से बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली कार्यात्मक संरचनात्मक सामग्री के एक वर्ग को संदर्भित करती है, विशेष रूप से सर्जिकल प्रत्यारोपण और आर्थोपेडिक उपकरणों के उत्पादन और निर्माण को संदर्भित करती है [1]। टाइटेनियम मिश्र धातु प्रसंस्करण सामग्री के उत्पादन और तैयारी में धातु विज्ञान, दबाव प्रसंस्करण, मिश्रित सामग्री और रसायन के क्षेत्र शामिल हैं, और इसे दुनिया में एक उच्च तकनीक वाले उत्पाद के रूप में मान्यता प्राप्त है। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धीरे-धीरे एयरोस्पेस, विमानन, राष्ट्रीय रक्षा और सैन्य उद्योगों [2] से नागरिक उपभोग के क्षेत्र में प्रवेश कर चुके हैं। चिकित्सा और स्वास्थ्य उद्योग में प्रत्यारोपण और चिकित्सा उपकरण जैसे उत्पाद; खेल और अवकाश उद्योग में टाइटेनियम गोल्फ क्लब, टाइटेनियम तमाशा फ्रेम, टाइटेनियम घड़ियां, टाइटेनियम साइकिल और अन्य उत्पाद टाइटेनियम संसाधित सामग्री की मांग में तेजी से बढ़ रहे हैं। जैव प्रौद्योगिकी के जोरदार विकास और प्रमुख सफलताओं के साथ, जैव चिकित्सा धातु सामग्री और उनके उत्पादों का उद्योग विश्व अर्थव्यवस्था के एक स्तंभ उद्योग के रूप में विकसित होगा [3]। उनमें से, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातु हल्के वजन, कम लोचदार मापांक, गैर विषैले, गैर-चुंबकीय, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च शक्ति और अच्छी क्रूरता जैसे उत्कृष्ट व्यापक गुणों पर भरोसा करते हैं। हाल के वर्षों में, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं की मांग भी तेजी से और तेजी से बढ़ी है [4]। साथ ही, टाइटेनियम मिश्र धातु प्लास्टिक सर्जरी और अन्य क्षेत्रों में प्रवेश करना शुरू कर देते हैं, नई संभावित बाजार मांगें उभरती हैं, और टाइटेनियम मिश्र धातु बाजार भविष्य में तेजी से विकास देखेगा।
1 चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं की अनुसंधान प्रगति
१.१ चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं का वर्गीकरण
सामग्री सूक्ष्म संरचना के प्रकार के अनुसार टाइटेनियम मिश्र धातुओं को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: α-प्रकार, α+β-प्रकार और β-प्रकार टाइटेनियम मिश्र धातु।
1.2 चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास की प्रवृत्ति
साहित्य सर्वेक्षण [८-१४] के अनुसार, देश और विदेश में प्रासंगिक शोध विद्वान इस बात से सहमत हैं कि चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं का विकास तीन प्रतिष्ठित चरणों से गुजरा है। पहला चरण शुद्ध टाइटेनियम और Ti-6Al-4V मिश्र धातु द्वारा दर्शाया गया है; दूसरा चरण एक नए प्रकार का α+β मिश्र धातु है जिसे Ti-5A1-2.5Fe और Ti-6A1-7Nb द्वारा दर्शाया गया है; तीसरा चरण मुख्य रूप से बेहतर बायोकंपैटिबिलिटी और लोअर इलास्टिक मॉड्यूलस के साथ β-टाइटेनियम को विकसित और विकसित करना है। मिश्र धातु का चरण। आदर्श बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री [१५] को निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना चाहिए: अच्छी जैव-अनुकूलता, लोच का कम मापांक, कम घनत्व, अच्छा जंग-रोधी प्रदर्शन, गैर-विषैले, उच्च उपज शक्ति, लंबी थकान जीवन और कमरे के तापमान पर उच्च तापमान . महान प्लास्टिसिटी, आसान बनाने, आसान कास्टिंग, आदि। वर्तमान में, इम्प्लांट सामग्री में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले महत्वपूर्ण मिश्र धातु Ti-6A1-4V और Ti-6A1-4VELI हैं। साहित्य [१६-१९] में यह बताया गया है कि वी तत्व घातक ऊतक प्रतिक्रियाओं का कारण बन सकता है और मानव शरीर पर विषाक्त दुष्प्रभाव हो सकता है, जबकि अल ऑस्टियोपोरोसिस और मानसिक विकार पैदा कर सकता है; इस समस्या को हल करने के लिए, वर्तमान बायोमैटिरियल्स वैज्ञानिक खोज करने के लिए प्रतिबद्ध हैं नई बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री पर शोध करने से पहले जिसमें वी और अल शामिल नहीं है, यह पता लगाना आवश्यक है कि मिश्र धातु तत्व कौन से अतिरिक्त के लिए उपयुक्त हैं जो गैर विषैले हैं और अनुरूप हैं जैव अनुकूलता का सिद्धांत। अध्ययन [२०-२३] में पाया गया कि मोलिब्डेनम, नाइओबियम, टैंटलम, ज़िरकोनियम और अन्य गैर-विषैले तत्वों वाले β टाइटेनियम मिश्र धातुओं में β स्थिर करने वाले तत्वों की उच्च सामग्री होती है, और α+β की तुलना में लोच का एक कम मापांक होता है। टाइटेनियम मिश्र धातु (ई=55 ~ 80 जीपीए) और बेहतर कतरनी प्रदर्शन और क्रूरता, प्रत्यारोपण के रूप में मानव शरीर में प्रत्यारोपण के लिए अधिक उपयुक्त।
2 टाइटेनियम मिश्र धातु का अनुप्रयोग
2.1 टाइटेनियम मिश्र धातु का चिकित्सा आधार
मानव प्रत्यारोपण के रूप में टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करने के मुख्य लाभ हैं: (1) घनत्व (20 डिग्री सेल्सियस)=4.5 ग्राम / सेमी 3, हल्का वजन। मानव शरीर में प्रत्यारोपित: चिकित्सा उपकरण के रूप में मानव शरीर पर भार को कम करें: चिकित्सा कर्मचारियों के परिचालन भार को कम करें। (२) लोच का मापांक कम है, और शुद्ध टाइटेनियम १०८५००एमपीए है। इसे मानव शरीर में प्रत्यारोपित किया जाता है: यह मानव शरीर की प्राकृतिक हड्डी के करीब होता है, जो हड्डी के कनेक्शन के लिए अनुकूल होता है और इम्प्लांट पर हड्डी के तनाव परिरक्षण प्रभाव को कम करता है। (३) गैर-चुंबकीय, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और गरज से प्रभावित नहीं, जो उपयोग के बाद मानव शरीर की सुरक्षा के लिए फायदेमंद है। (४) गैर विषैले, एक प्रत्यारोपण के रूप में, इसका मानव शरीर पर कोई विषाक्त और दुष्प्रभाव नहीं है। (५) संक्षारण प्रतिरोध (जैविक रूप से निष्क्रिय धातु सामग्री)। यह मानव रक्त के विसर्जन वातावरण में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है, मानव रक्त और कोशिका ऊतक के साथ अच्छी संगतता सुनिश्चित करता है, और प्रत्यारोपण के रूप में मानव शरीर प्रदूषण का कारण नहीं बनता है। एलर्जी प्रतिक्रियाएं होंगी, जो टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के आवेदन के लिए मूल शर्त है। (६) उच्च शक्ति और अच्छी क्रूरता। आघात, ट्यूमर और अन्य कारकों के कारण हड्डियों और जोड़ों को नुकसान। एक स्थिर हड्डी मचान स्थापित करने के लिए, घुमावदार प्लेटों, शिकंजा, कृत्रिम हड्डियों और जोड़ों आदि का उपयोग करना आवश्यक है, और इन प्रत्यारोपणों को लंबे समय तक छोड़ दिया जाना चाहिए। मानव शरीर मानव शरीर के झुकने, मुड़ने, निचोड़ने और मांसपेशियों के संकुचन बलों के अधीन होता है, जिसके लिए प्रत्यारोपण को उच्च शक्ति और क्रूरता की आवश्यकता होती है।
२.२ टाइटेनियम मिश्र धातु का चिकित्सा क्षेत्र और हड्डी रोग क्षेत्र
बाजार की स्थिति टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास के साथ, टाइटेनियम सामग्री की विविधता में वृद्धि और कीमतों में कमी, नागरिक उद्योग में टाइटेनियम के आवेदन में तेजी से वृद्धि हुई है। CFDA चिकित्सा उपकरणों को उनकी सुरक्षा के अनुसार उच्च से निम्न स्तर तक तीन स्तरों में विभाजित करता है, और सरकार के तीन स्तरों द्वारा इसकी निगरानी और प्रबंधन किया जाता है। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री प्रत्यारोपण चिकित्सा उपकरणों की तीसरी श्रेणी से संबंधित हैं और उच्च मूल्य वाले उपभोग्य हैं। . बाजार खंड के 5% से अधिक के उप-क्षेत्रों में इन विट्रो डायग्नोस्टिक्स, कार्डियोलॉजी, इमेजिंग डायग्नोस्टिक्स, ऑर्थोपेडिक्स, नेत्र विज्ञान और प्लास्टिक सर्जरी शामिल हैं। उनमें से, इन विट्रो डायग्नोस्टिक्स, आर्थोपेडिक्स और कार्डियक इंटरवेंशन चीन में सबसे तेजी से बढ़ते उच्च मूल्य वाले उपभोग्य हैं। बायोमेडिकल टाइटेनियम और इसकी मिश्र धातु सामग्री का अनुप्रयोग तीन प्रतिष्ठित चरणों से गुजरा है [27]: 1950 के दशक की शुरुआत में, पहले यूनाइटेड किंगडम और संयुक्त राज्य अमेरिका में, व्यावसायिक शुद्ध टाइटेनियम का उपयोग हड्डी की प्लेट, स्क्रू, इंट्रामेडुलरी नाखून और कूल्हे बनाने के लिए किया गया था। जोड़। . स्विस कंपनी मैथिस ऊरु गर्दन के फ्रैक्चर के उपचार के लिए गैर-रीमेड इंटरलॉकिंग इंट्रामेडुलरी नेल सिस्टम (टिबिया, ह्यूमरस और फीमर सहित) और खोखले स्क्रू के निर्माण के लिए Ti-6A1-7Nb मिश्र धातु का भी उपयोग करती है। सरवाइकल और लम्बर इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन केज (केज) के निर्माण के लिए झरझरा Ni-Ti (PNT) अलॉय बायोएक्टिव मैटेरियल्स कनाडाई BIORTHEX कंपनी ने ऑर्थोपेडिक स्पाइनल के इलाज के लिए सरवाइकल और लम्बर इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन केज के निर्माण के लिए झरझरा Ni-Ti मिश्र धातु पेटेंट सामग्री ACTIPORE का उपयोग विकसित किया है। चोटें। नया β-टाइटेनियम मिश्र धातु आर्थोपेडिक्स, दंत चिकित्सा और संवहनी हस्तक्षेप के लिए एक उन्नत सामग्री है, जो वैश्विक चिकित्सा उपकरण बाजार हिस्सेदारी का 9% है, और अभी भी तेजी से बढ़ रहा है। आर्थोपेडिक चिकित्सा उपकरण बाजार मुख्य रूप से चार क्षेत्रों में विभाजित है: आघात, जोड़, रीढ़ और अन्य। उनमें से, आघात वर्तमान में एकमात्र उपखंड है जिस पर विदेशी कंपनियों का कब्जा नहीं है। मुख्य कारण यह है कि इस क्षेत्र के उत्पाद प्रौद्योगिकी में कम हैं, नकल करने में आसान हैं, और संचालित करने में कम कठिन हैं। कई माध्यमिक और तृतीयक अस्पताल इसे कर सकते हैं, और विदेशी कंपनियां इसे पूरी तरह से कवर नहीं कर सकती हैं। . आघात उत्पादों को आंतरिक निर्धारण और बाहरी निर्धारण उपकरणों में विभाजित किया जा सकता है। आंतरिक निर्धारण आघात उत्पादों में इंट्रामेडुलरी नाखून, हड्डी प्लेट और शिकंजा शामिल हैं। 2012 में, घरेलू आर्थोपेडिक्स बाजार में 34% आघात, 28% जोड़ों, 20% रीढ़ और अन्य के लिए जिम्मेदार था। 18%। बड़े जोड़ उच्च तकनीकी बाधाओं वाले उच्च अंत चिकित्सा उपकरण हैं। वर्तमान में, मुख्यधारा के अस्पताल मुख्य रूप से आर्थोपेडिक सामग्री का आयात कर रहे हैं। प्रौद्योगिकी, डिजाइन, अनुसंधान और विकास, सामग्री और सतह के उपचार प्रक्रियाओं के मामले में घरेलू और आयातित उत्पादों के बीच अभी भी एक अंतर है। . कृत्रिम जोड़ों को मुख्य रूप से कृत्रिम घुटने, कूल्हे, कोहनी, कंधे, उंगली, पैर के अंगूठे के जोड़ों आदि में विभाजित किया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण संयुक्त प्रतिस्थापन में कूल्हे और घुटने के जोड़ शामिल हैं, जो एक साथ वैश्विक संयुक्त प्रतिस्थापन बाजार के 95% से अधिक हैं। स्पाइनल इम्प्लांट उपकरणों में थोरैकोलम्बर स्पाइन प्लेट सिस्टम, सर्वाइकल स्पाइन प्लेट सिस्टम और फ्यूजन केज सिस्टम शामिल हैं, जिनमें से इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन केज सिस्टम मुख्य रूप से इंटरवर्टेब्रल डिस्क रिप्लेसमेंट के उपचार के लिए उपयोग किया जाता है, और यह सबसे महत्वपूर्ण सेगमेंट भी है, जो लगभग पूरे के लिए लेखांकन है। स्पाइन इम्प्लांट मार्केट इसका आधा हिस्सा।
3 निष्कर्ष
टाइटेनियम मिश्र धातु के बेहतर प्रदर्शन ने चिकित्सा क्षेत्र में अपनी अग्रणी स्थिति हासिल कर ली है। टाइटेनियम मिश्र धातु की सामग्री डिजाइन और तैयारी प्रौद्योगिकी जैव प्रौद्योगिकी की सफलता और चिकित्सा अनुप्रयोगों की भारी मांग के साथ तेजी से विकसित हुई है। वर्तमान में उत्पादित चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र मुख्य रूप से α+β प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु हैं। तैयारी प्रक्रिया के दृष्टिकोण से, TC4 (TC4ELI) का उत्पादन वर्तमान में एक प्रमुख बाजार हिस्सेदारी रखता है। β-प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु के जैव-संगतता और यांत्रिक संगतता के मामले में कुछ फायदे हैं, इसलिए यह नए चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं का एक शोध हॉटस्पॉट बन गया है और चिकित्सा प्रत्यारोपण के क्षेत्र में सबसे आशाजनक तकनीक है। भविष्य में, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की उत्पादन तकनीक कम मापांक, उच्च शक्ति, अच्छी जैव-रासायनिकता और यांत्रिक संगतता की दिशा में विकसित होनी चाहिए। विकास के रुझान के दृष्टिकोण से, β-प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु भविष्य के विकास की दिशा और चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातु बाजार की मुख्यधारा बन जाएंगे।
