चिकित्सा क्षेत्र में टाइटेनियम का उपयोग

परिचय देना

धातु सामग्री लंबे समय से लोगों के जीवन में पेश की गई है। आधुनिक बायोमेडिकल कार्यात्मक सामग्री 1930 के दशक में शुरू हुई। प्रारंभ में, स्टेनलेस स्टील को प्रत्यारोपण और चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया है। दूसरी सामग्री कोबाल्ट आधारित मिश्र धातु है। 1960 के दशक के आसपास, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं का अनुसरण धात्विक बायोमैटिरियल्स की नवीनतम पीढ़ी के रूप में किया गया। अपनी स्थापना के बाद से, टाइटेनियम को एक चमत्कारी धातु के रूप में जाना जाता है और इसे व्यापक ध्यान मिला है।

क्या टाइटेनियम इतना खास बनाता है?

एक संक्रमण धातु के रूप में, टाइटेनियम में कम घनत्व और उच्च शक्ति की विशेषताएं हैं। यह विभिन्न स्थितियों में संक्षारण प्रतिरोधी है। सबसे महत्वपूर्ण बात, टाइटेनियम निष्क्रिय है और शरीर के तरल पदार्थ और ऊतकों से अप्रभावित है। ये तथाकथित जैव-अनुकूलता और संक्षारण प्रतिरोध हैं। वे चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता हैं।

तालिका 1 टाइटेनियम, स्टेनलेस स्टील और कोबाल्ट मिश्र धातुओं के मूल गुणों का वर्णन करती है। टाइटेनियम का न्यूनतम घनत्व 4.51 ग्राम/सेमी-3 है, जबकि स्टेनलेस स्टील का घनत्व 8 ग्राम/सेमी-3 है। तुलनीय तन्य शक्ति के साथ, टाइटेनियम 76 kN m/kg के उच्च शक्ति-से-घनत्व अनुपात के साथ समाप्त होता है। स्टेनलेस स्टील (ताकत/घनत्व 63 kN m/kg) की तुलना में 20 प्रतिशत अधिक। टाइटेनियम का लोचदार मापांक मूल्य पारंपरिक स्टेनलेस स्टील और कोबाल्ट मिश्र धातुओं का केवल आधा है। यह मानव कंकाल के करीब है। टाइटेनियम भी गैर-फेरोमैग्नेटिक है और इसमें कम तापीय विस्तार और विद्युत चालकता है।

टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं में कुछ सबसे उपयोगी गुण हैं जिन्होंने उन्हें आर्थोपेडिक्स, प्रत्यारोपण और शल्य चिकित्सा उपकरणों में बेहद सफल बना दिया है। स्टैंडर्ड टाइटेनियम कंपनी टाइटेनियम और कॉपर-निकल मेटल रोलिंग मिलों और तैयार उत्पादों की निर्माता और आपूर्तिकर्ता है, जो रोलिंग मिल उत्पादों, ग्रेड और आकारों की व्यापक रेंज को कवर करती है।

स्टैंडर्ड टाइटेनियम कंपनी चीन के टाइटेनियम उत्पादन केंद्र में स्थित है, जो सबसे कम कीमतों और उच्चतम धातु इंजीनियरिंग मानकों को बाजार में लाती है। हमें विश्वास है कि हम कीमत और गुणवत्ता के मामले में पीछे नहीं रह सकते हैं, और हमने प्राइस प्रॉमिस गारंटी लॉन्च की है। दुनिया भर में ग्राहक मानक टाइटेनियम को टाइटेनियम और कॉपर-निकल मिलों और तैयार उत्पादों के अपने विश्वसनीय और विश्वसनीय आपूर्तिकर्ता के रूप में चुनते हैं।

कृत्रिम जोड़ और चिकित्सा प्रत्यारोपण

दुनिया की आबादी बूढ़ी हो रही है। अब हम बहुत सक्रिय जीवन जीते हैं और लंबे समय तक जीने की इच्छा रखते हैं। ज़ोरदार व्यायाम, सड़क यातायात और अन्य दुर्घटनाओं से चोट लगना लाजिमी है। जाहिर है, कृत्रिम जोड़ों की मांग बढ़ रही है। टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग आमतौर पर प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों के निर्माण में किया जाता है जैसे: कृत्रिम कूल्हे, कृत्रिम घुटने, हड्डी की प्लेट, फ्रैक्चर फिक्सेशन स्क्रू, हृदय वाल्व कृत्रिम अंग, पेसमेकर और कृत्रिम दिल। दुनिया भर में, हर साल 100 मिलियन से अधिक मरीज़ प्रतिस्थापन चिकित्सा प्राप्त करते हैं, और 1,000 टन से अधिक टाइटेनियम रोगियों में प्रत्यारोपित किया जाता है।

यंत्रवत्, इन धातु प्रत्यारोपणों को आकार लेना चाहिए और उपयोग के दौरान कार्यात्मक रहना चाहिए। हमारी दैनिक गतिविधियों में झुकना, मरोड़ना, निचोड़ना और मांसपेशियों में संकुचन शामिल हैं। इन मानव निर्मित भागों को थकान, पहनने और सदमे के भार के अधीन नहीं होना चाहिए। टाइटेनियम स्टेनलेस स्टील की तुलना में 50 प्रतिशत हल्का है और इसमें 20 प्रतिशत अधिक शक्ति/घनत्व अनुपात है। यह हल्का और मजबूत है। जब मानव शरीर में प्रत्यारोपित किया जाता है, तो यह शरीर पर भार को कम करता है। रोगी अधिक लचीला और सक्रिय महसूस करेगा। कृत्रिम अंग और मानव शरीर के बीच दबाव होगा। तथाकथित इंटरफेसियल तनाव लोचदार मापांक बेमेल के कारण होता है। जैसा कि तालिका 1 से देखा जा सकता है, टाइटेनियम का लोचदार मापांक तीन सामग्रियों में सबसे कम है। मानव हड्डी के साथ टाइटेनियम प्रत्यारोपण की यांत्रिक संगतता काफी बेहतर है।

शारीरिक रूप से, शरीर विदेशी वस्तुओं को अस्वीकार करता है। जब स्टेनलेस स्टील और सह-मिश्र धातुओं का उपयोग बायोमटेरियल्स के रूप में किया जाता है, तो इंप्लांटेशन सर्जरी के बाद सूजन, लालिमा और खुजली को अक्सर चिकित्सकीय रूप से देखा जाता है। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र जैविक रूप से अक्रिय धातु सामग्री के रूप में जाने जाते हैं। मानव रक्त के विसर्जन वातावरण में उनके पास उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है। यह मानव रक्त और ऊतक के लिए बहुत प्रतिरोधी है, अच्छी संगतता सुनिश्चित करता है। वस्तुतः कोई संदूषण और एलर्जी प्रतिक्रिया नहीं होती है, जिससे रोगी की वसूली में काफी सुधार होता है। यह टाइटेनियम के व्यापक अनुप्रयोग का आधार है।

सामान्य तौर पर, व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम (Cp Ti) को सबसे अच्छा उम्मीदवार माना जाता है क्योंकि शुद्ध टाइटेनियम में सबसे अच्छी जैव-रासायनिकता होती है। लेकिन Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr, and Ti-6 Al-4V ELI मिश्र धातु का भी व्यापक रूप से चिकित्सा प्रत्यारोपण में उपयोग किया जाता है। हमारे विविध प्रस्तावों के बारे में जानने के लिए हमारी वेबसाइट देखें!

हड्डी रोग उपकरण

आर्थोपेडिक्स का मुख्य कार्य कंकाल की विकृति को समायोजित करना है। एक मुड़े हुए शरीर को अपनी सामान्य स्थिति में लौटने में मदद करने के लिए बाहरी बल की आवश्यकता होती है। आर्थोपेडिक उपकरणों को मजबूत समर्थन प्रदान करना चाहिए और शरीर के सही आकार को याद रखना चाहिए। पहनने और संक्षारण प्रतिरोध के अलावा, यहां आवश्यक अनूठी संपत्ति आकार स्मृति है। टाइटेनियम-निकल आकार मेमोरी मिश्र मजबूत ताकत और स्मृति गुणों को जोड़ती है। वर्तमान में, सामान्य हड्डी प्लेट, इंट्रामेडुलरी नाखून, मैंडिबुलर आंतरिक निर्धारण, और स्कोलियोसिस सुधार सभी टाइटेनियम-निकल मिश्र धातुओं से बने होते हैं।

दंत प्रत्यारोपण

दंत प्रत्यारोपण थोड़ा अलग हैं। दंत प्रत्यारोपण तीन प्रकार के होते हैं: ऑसियोइंटीग्रेटेड, ऑर्थोडोंटिक एंकरेज के लिए मिनी-इम्प्लांट, और जाइगोमैटिक। टाइटेनियम का उपयोग डेंटल क्राउन, क्राउन पिन, फिक्स्ड ब्रिज, पोर्सिलेन ब्रिज, बॉन्डेड ब्रिज, डेन्चर रिटेनिंग रिंग, बेस, कनेक्टिंग डिवाइस और रीइन्फोर्सिंग डिवाइस के रूप में किया गया है। डेन्चर के लगभग सभी धातु के हिस्से टाइटेनियम से ढके होते हैं।

आइए एक ठेठ osseointegration के साथ शुरू करते हैं। सबसे पहले, डॉक्टर "जड़" या "बीज" को जबड़े की हड्डी में रखेंगे। इसके ठीक होने के बाद, दांत का अधिरचना इम्प्लांट में शामिल हो जाएगा। फिर उस पर नए दांत उगेंगे। यह चिकित्सा प्रत्यारोपण और दंत प्रत्यारोपण के बीच का अंतर है। मेडिकल इम्प्लांट असफल कठोर ऊतक, या टूटे हुए कठोर ऊतक को जोड़ने के लिए "गोंद" या "स्क्रू" के प्रतिस्थापन हैं। लेकिन दंत प्रत्यारोपण नई संरचनाओं को विकसित होने में मदद करते हैं। कितना आकर्षक!

इस "आसान" प्रक्रिया के लिए उत्कृष्ट जैव-रासायनिकता और थर्मल गुणों की आवश्यकता होती है। जब आप सूप पीते हैं और आइसक्रीम खाते हैं, तो लोगों को गर्मी और ठंड लग सकती है, लेकिन ये भावनाएं मुंह से आती हैं, दांतों से नहीं। स्वस्थ दांतों में जलन का अनुभव नहीं होता है।

टाइटेनियम में बहुत कम थर्मल विस्तार है। जब टाइटेनियम-आधारित इम्प्लांट का उपयोग "रूट" के रूप में किया जाता है, तो यह किसी व्यक्ति के मुंह के अंदर फैलता या सिकुड़ता नहीं है। नवगठित दांत वहीं रहेगा जहां उसे होना चाहिए। टाइटेनियम की तापीय चालकता बहुत कम है, स्टेनलेस स्टील का केवल 1/5, एल्यूमीनियम का 1/3 और तांबे का 1/2 है। जब ताज के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यह वास्तविक दांत संरचना में स्थानांतरित नहीं होता है। टाइटेनियम गूदे को गर्मी और ठंड से बचाता है।

दंत चिकित्सा के क्षेत्र में, सटीक कास्टिंग टाइटेनियम में उच्च आयामी सटीकता, कोई बुलबुले और कोई संकोचन गुहा की विशेषताएं नहीं हैं। वर्तमान में, व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम (Cp Ti) के 4 प्रकार विशेष रूप से दंत प्रत्यारोपण के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे एएसटीएम ग्रेड 1 से 4 हैं। इन सभी में निम्न स्तर की इलेक्ट्रॉनिक चालकता, उच्च संक्षारण प्रतिरोध, शारीरिक पीएच पर थर्मोडायनामिक अवस्था, जलीय वातावरण में आयन बनाने की कम प्रवृत्ति और 5-6 के ऑक्साइड के आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु होते हैं।

स्तर 1 से 4 तक, शुद्धता कम हो जाती है और ताकत बढ़ जाती है। इम्प्लांट अनुप्रयोगों में ग्रेड 2 टाइटेनियम सबसे लोकप्रिय सितारा है। 275 एमपीए की इसकी न्यूनतम उपज ताकत एनील्ड ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स की तुलना में है। उच्च शक्ति की आवश्यकता होने पर टाइटेनियम मिश्र धातुओं का भी उपयोग किया जा सकता है। विभिन्न अवसरों में Ti-6Al-4V जैसे मिश्र धातुओं का भी उपयोग किया जाता है।

शल्य चिकित्सा उपकरण

सर्जिकल उपकरणों के विकास में, पहली पीढ़ी कार्बन स्टील है, और इसका प्रदर्शन इलेक्ट्रोप्लेटिंग के बाद नैदानिक ​​उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है। अक्सर संक्रमण का कारण बनता है। दूसरी पीढ़ी ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील है, लेकिन क्रोमियम सामग्री विषाक्त है और मानव शरीर पर इसका एक निश्चित प्रभाव पड़ता है।

सर्जिकल उपकरणों के निर्माण में, यांत्रिक गुणों और लचीलापन पर विचार करने वाले पहले मुद्दे हैं। बिना किसी दोष के वांछित आकार धारण करने के लिए धातु में कुछ लचीलापन होना चाहिए। कुछ बुनियादी सर्जिकल उपकरण लंबे और पतले होते हैं, जैसे स्केलपेल, संदंश और कैंची। सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए, उपकरण को एक निश्चित शक्ति की आवश्यकता होती है। उन्हें काफी मजबूत होना चाहिए और सर्जरी के दौरान टूटना नहीं चाहिए। सर्जिकल उपकरणों के लिए आवश्यक न्यूनतम मापांक 100 GPa है। टाइटेनियम का मापांक 116 GPa है।

सर्जिकल प्रक्रियाओं के दौरान, उपकरण सीधे जीवित ऊतक के संपर्क में आते हैं। संक्षारण प्रतिरोध, जैव अनुकूलता और चुंबकीय गुणों की आवश्यकता होती है। टाइटेनियम मानव ऊतक के लिए विषाक्त नहीं है। यह किसी भी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का कारण नहीं बनता है। ऑपरेटिंग कमरे कभी-कभी चुंबकीय क्षेत्रों के संपर्क में आते हैं। उदाहरण के लिए, एक एमआरआई लगभग 1.5 टेस्ला का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। यह चुंबकीय क्षेत्र सर्जिकल उपकरणों को कई तरीकों से प्रभावित कर सकता है, जिनमें शामिल हैं: चुंबकीय क्षेत्र की बातचीत (यानी मिसाइल प्रभाव) के कारण अवांछित गति, रेडियो फ्रीक्वेंसी (RF) पावर डिपोजिशन के कारण इंस्ट्रूमेंट हीटिंग, और इंस्ट्रूमेंट के उपयोग से जुड़ी फोटोग्राफी। सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए टाइटेनियम गैर-चुंबकीय है। इसके गैर-चुंबकीय गुण छोटे और संवेदनशील प्रत्यारोपित इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान के खतरे को भी खत्म करते हैं।

सर्जरी के बाद, उच्च तापमान गर्म भाप जेट के तहत नसबंदी प्रक्रिया की जाती है। बैक्टीरिया और संक्रमण को साफ करने के लिए विभिन्न क्लीनर का उपयोग किया जाता है। बार-बार सफाई के बाद, उपकरण का आकार नहीं बदलता है, और सतह की गुणवत्ता प्रभावित नहीं होती है। पहनना भी कम से कम होना चाहिए। सर्जनों को ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो हर बार उपयोग किए जाने पर काम करें। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं में अच्छा संक्षारण प्रतिरोध होता है। ऑपरेटिंग तापमान रेंज 150 o C से 500 o C है।

अंतिम लेकिन कम से कम, टाइटेनियम का हल्का वजन इसे विशेष रूप से माइक्रोसर्जरी के लिए उपयुक्त बनाता है। हल्के सर्जिकल उपकरण सर्जन की थकान को कम कर सकते हैं, खासकर लंबी अवधि की प्रक्रियाओं के दौरान।

चिकित्सा उपकरणों के क्षेत्र में, चिकित्सा टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु उच्च गुणवत्ता वाली धातु सामग्री हैं और व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। लेजर इलेक्ट्रोड, ड्रिल और संदंश आमतौर पर टाइटेनियम से बने होते हैं।