1. Resumen

Los materiales biomédicos son una rama importante de la ciencia de los materiales y son un nuevo tipo de material portador con alto contenido tecnológico y alto valor económico para diagnosticar, tratar o reemplazar tejidos, órganos humanos o mejorar sus funciones. Son un nuevo campo en desarrollo en la Ciencia y la tecnología de los materiales. Los materiales biomédicos han contribuido más a explorar los misterios de la vida humana y garantizar la salud humana y la longevidad.

En la última década, la tasa de crecimiento del mercado de materiales y productos biomédicos se ha mantenido en torno al 20% - 25%. Se espera que en los próximos 10 - 15 años, la industria de dispositivos médicos, incluidos los materiales biomédicos, alcance el tamaño del mercado farmacéutico y se convierta en la industria pilar de la economía mundial en el siglo XXI.

Entre los materiales metálicos biomédicos, el titanio y sus aleaciones se han convertido en el material preferido para productos de implante médico como articulaciones artificiales (cadera, rodilla, hombro, tobillo, codo, muñeca, dedo, etc.), productos de trauma óseo (clavos intramedulares, placas de acero, tornillos, etc.), sistemas de fijación interna Correccional de la columna vertebral, implantes dentales, stents dentales, líneas ortodóncicas dentales, válvulas cardíacas artificiales, stents cardiovasculares intervencionistas, etc. En la actualidad, no hay mejor material metálico clínico que la aleación de titanio. Los países desarrollados y los proveedores de productos de implantes de renombre mundial conceden gran importancia a la investigación y el desarrollo de aleaciones de titanio y han lanzado una serie de nuevos materiales médicos de aleación de titanio, incluidos materiales biónicos de aleación de titanio bioactivos. También han llevado a cabo muchos diseños y desarrollos patentados en el tratamiento de la superficie de materiales de aleación de titanio médico, dándoles una mejor actividad biológica para satisfacer las necesidades fisiológicas del cuerpo humano, logrando así el objetivo de la rehabilitación temprana de los pacientes.

La población mundial es de casi 6.500 millones de habitantes. Según estadísticas incompletas, hay casi 400 millones de personas con discapacidad, 60 millones de personas con discapacidad física y 2.000 millones de pacientes dentales. En la actualidad, solo 35 millones de personas han sido implantadas con dispositivos biomateriales, con un reemplazo articular anual de aproximadamente 1,5 millones, lejos del número real de personas que realmente necesitan reemplazo. Por lo tanto, el mercado tiene un gran potencial de demanda de materiales biomédicos. Como primera opción para los materiales metálicos biomédicos, la demanda de titanio y sus aleaciones también aumentará significativamente. Por lo tanto, es imperativo intensificar la investigación y el desarrollo de materiales médicos de aleación de titanio.

2. historia del desarrollo, nuevos avances y situación actual del mercado del titanio biomédico y sus materiales de aleación

El desarrollo y la aplicación del titanio biomédico y sus materiales de aleación han pasado por cuatro etapas icónicas.

2.1 Fase de aplicación inicial

A principios de la década de 1950, Gran Bretaña y Estados Unidos utilizaron por primera vez titanio puro comercial para fabricar placas de acero, tornillos, clavos intramedulares y caderas. Debido a la necesidad de la cirugía plástica de la placa ósea para ajustarse a la forma anatómica fisiológica del hueso fracturado durante la cirugía, todavía se utiliza titanio puro comercial especialmente procesado (is05832 - 2) para fabricar placas óseas y tornillos de apoyo, como toda la gama de placas y tornillos ao producidos por el fabricante designado de implantes de fijación ósea ao, Swiss Mathys Medical limited, que son insustituibles para las aleaciones de titanio de alta resistencia. Clínicamente, se han encontrado problemas importantes de resistencia y rigidez insuficientes en la fabricación de clavos intramedulares y caderas con titanio puro comercial. Para evitar la rotura y el fracaso de los implantes de fijación interna y aumentar su resistencia, países como gran bretaña, Estados unidos, Rusia y Japón han utilizado aleaciones de alta resistencia ti - 6A1 - 4V (is05832 - 2) en lugar de materiales de titanio puro.

2.2 Fase de desarrollo

La propia aleación ti - 6A1 - 4V también se está desarrollando, y ha aparecido una aleación de titanio ti - 6A1 - 4veli de alta tolerancia al daño con alta tenacidad a la fractura, baja tasa de crecimiento de grietas y elementos de baja brecha. Hasta ahora, más del 80% de los productos de implantación de aleación de titanio todavía utilizaban esta aleación.

A pesar de las excelentes propiedades de las aleaciones ti - 6A1 - 4v, debido a que el elemento V causa reacciones tisulares malignas y puede tener efectos secundarios tóxicos en el cuerpo humano, esto ha llevado a los científicos de materiales a estudiar nuevos materiales de aleación de titanio sin V. desde la década de 1980, los biomaterólogos alemanes y suizos han desarrollado sucesivamente las aleaciones ti - 5a1 - 2.5fe y ti - 6A1 - 7nb. Entre estas dos aleaciones, la aplicación clínica de la aleación ti - 6A1 - 7nb (is05832 - 11) es más exitosa. En 1985, risuershou Medical Technology Company utilizó por primera vez el material forjado ti - 6A1 - 7nb protasu1100 para fabricar una prótesis de columna vertebral femoral de cadera y obtuvo el registro de cuasi - producción [2]. Se ha utilizado en la práctica clínica y ha obtenido buenos comentarios del mercado. En la actualidad, este producto se ha introducido en china. La compañía suiza Mathys también utiliza aleación ti - 6ai - 7nb para fabricar sistemas de clavos intramedulares no expansivos (incluyendo tibia, húmero, fémur) y tornillos huecos para tratar fracturas de cuello femoral.

2.3 fase de mejora

Desde la década de 1990, se han reportado posibles peligros de a II para el cuerpo humano en el campo de los materiales de implante de aleación de titanio. Se cree que A1 puede causar enfermedades como la osteoporosis y los trastornos mentales. Así, los biomaterólogos han comenzado a explorar y estudiar nuevas aleaciones de titanio biológico sin V y A1. las aleaciones desarrolladas con éxito y aprobadas clínicamente incluyen las aleaciones ti - 13nb - 13zr (astm f1713 - 1996) y las aleaciones ti.12mo - 6zr - 2fe (astm f113 - 1997).

La aleación ti - 13nb - 13zr es una aleación de titanio biológico desarrollada por científicos estadounidenses a principios de la década de 1990, con excelentes propiedades integrales como bajo módulo de elasticidad, alta resistencia, alta tenacidad, alta resistencia a la fatiga y buena biocompatibilidad. En comparación con ti - 6A1 - 4v, su módulo de elasticidad es un 30% más bajo y su resistencia a la fractura plana es un 20% (65mpa.m1 / 2); En los mismos fluidos corporales simulados en humanos, el módulo de flexión y cizallamiento se redujo entre un 30% y un 40%, y la tasa de corrosión se redujo en un 40%. Después del tratamiento térmico y térmico, mientras se mantiene una alta resistencia, el módulo se puede reducir a 50 mpa, más cerca del hueso cortical humano [3]. En la actualidad, este material es utilizado por fabricantes de materiales dentales de renombre internacional para fabricar implantes dentales.

La aleación ti - 12mo - 6zr - 2fe también es una aleación de titanio biomédica, que ha sido muy elogiada por los fabricantes de implantes metálicos de renombre internacional en los últimos años. Esta aleación tiene bajo módulo de elasticidad, alta resistencia, alta resistencia a la fractura (90 mpa.m1 / 2), buena resistencia al desgaste y excelente resistencia a la corrosión. Es una aleación de titanio biomédico metaestable tipo P con buenas propiedades integrales. En comparación con ti - 6A1 - 4v, su módulo de elasticidad es un 25% más bajo, el material tiene una mejor flexibilidad y una resistencia a la fractura de alrededor del 80% (90: 52). También tiene excelentes propiedades mecánicas: una resistencia a la tracción un 20% superior a la TI - 6A1 - 4V y una resistencia a la fatiga un 47%. ¿¿ una de las mayores empresas del grupo profesional de ortopedia del mundo?? Spacek howmedical osteonics, filial del Grupo spacek, fabrica la prótesis de columna vertebral femoral meridiantmzf utilizando aleación ti - 12mo - 6zr - 2fe (tmzfr beta) en el sistema howmedical Partnership (sistema de prótesis de cadera). ¿¿ el sistema cumple con los altos estándares de los requisitos clínicos ortopédicos en términos de calidad, función y eficacia clínica?? Top. Stryker spine también utiliza aleación timozrfe para fabricar el sistema de sombrero cervical anterior reflex. Los dos productos mencionados se han introducido en el mercado chino.

2.4 fase de innovación

Sin innovación, no hay progreso. En los últimos años, se han logrado muchos logros innovadores en el campo de las aleaciones médicas de titanio.

(1) desarrollo y aplicación de aleación de memoria de forma ni - ti

A principios de la década de 1980, la aplicación exitosa de aleación de memoria en forma de níquel - titanio a la práctica clínica ortopédica atrajo la atención de ortopedistas y clínicos, conocidos como "metales mágicos". Este material funcional tiene efectos únicos de memoria de forma, superelasticidad, resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y buena biocompatibilidad. Consta de níquel del 56% (porcentaje en masa) y titanio del 44% (porcentaje en masa). La temperatura de deformación de ntsma para la práctica clínica ortopédica es de 0 ℃ - 5 ℃, y la temperatura de recuperación es de aproximadamente 37 ℃. Después de fijar la fractura con material ntsma, la forma se recupera calentando a temperatura corporal o aplicando una compresa húmeda de agua caliente y salada. Sin embargo, el hueso limita la recuperación del material, lo que genera una presión o fuerza de compresión dinámica y continua en el extremo de la fractura para lograr el efecto de fijar la fractura. La investigación básica de los materiales ntsma en China comenzó tarde, pero ocupa una posición internacional en la investigación clínica aplicada. En 2000, en el campo de los implantes ortopédicos, Lanzhou ximai Memory Alloy co., Ltd. obtuvo el registro de productos de la administración estatal de productos médicos, lo que promovió la aplicación clínica de los implantes ortopédicos ntsma. En la actualidad, tres empresas chinas han registrado y producido dispositivos de fijación ósea ntsma, que incluyen principalmente tornillos de ciclismo, concentradores de patela, placas de acero de cerco, conectores de presión de memoria arqueada de níquel - titanio, clavos intramedulares y otros productos.

La ntsma también se utiliza en el tratamiento intervencionista. La terapia intervencionista es una tecnología clínica avanzada y no quirúrgica que se ha desarrollado rápidamente en la última década. Esta técnica se utiliza habitualmente para el monitoreo de imágenes de rayos x, utilizando la técnica de intubación por punción para transportar cables eléctricos, catéteres, globos o stents especialmente diseñados a lo largo de vasos sanguíneos u otras cavidades del cuerpo al lugar de la lesión para el tratamiento in situ. Tiene las características de trauma leve, dolor leve, bajo riesgo, ahorro de tiempo, confiabilidad y recuperación rápida. Los materiales de tratamiento intervencionista incluyen materiales de Stent y materiales del sistema de transporte, de los cuales ntsmao es el material de Stent preferido. En los últimos años, el tratamiento intervencionista se ha desarrollado rápidamente en china, con una tasa de crecimiento anual del 20% al 30%. En 2002, casi 150.000 pacientes recibieron tratamiento intervencionista. En la actualidad, los materiales necesarios para el tratamiento intervencionista dependen principalmente de las importaciones, y más de 20 empresas han obtenido la certificación de la FDA para entrar en el mercado chino. La calidad y el rendimiento de sus productos son mejores que los productos nacionales, y el servicio post - venta está en su lugar, pero el precio es caro, de unos 12.000 yuanes por pieza a 16.000 yuanes por pieza. Los principales proveedores incluyen Johnson & Johnson en los Estados unidos, medtro NIG en los Estados unidos, INC y Numed Canada Inc en canadá; También hay algunas empresas de producción en china, como Beijing sitai New Technology Development company, Beijing xinquan Company y Beijing Longzhou feidu Memory Alloy Applied Research institute.

Además, la ntsma también se utiliza en tratamientos ortodónticos. El alambre de arco dental ntsma producido por el Instituto de metales raros del Instituto de metales no ferrosos de Beijing (ahora Beijing youyan yijin co., ltd.) no solo se vende y aplica en china, sino que también se exporta al extranjero.

(2) fabricación de fusibles intervertebrales cervicales y lumbares (cage) con materiales bioactivos de aleación poroso de níquel - titanio (pnt)

La compañía canadiense biorthex ha desarrollado un dispositivo de fusión intervertebral cervical y lumbar que utiliza el material patentado de aleación de níquel - titanio poroso activoretm para tratar lesiones vertebrales ortopédicas. La permeabilidad del material es de aproximadamente el 65%, con un tamaño medio de Poro de 215 micras - 230 micras. Es bioactivo y promueve el rápido crecimiento de nuevos huesos a través de microporos y stents. Los microporos multidireccionales conectados internamente producen penetración capilar, lo que promueve la entrada de sangre, nutrientes esenciales y médula ósea en el dispositivo de fusión intercorporal. Este material de implante metálico tiene un módulo de elasticidad similar al del hueso esponjoso, evitando así el efecto de blindaje de estrés, facilitando la reconstrucción ósea y proporcionando un buen soporte ambiental para el crecimiento de los osteocitos. Las células de crecimiento óseo y los nutrientes penetran en los microporos interconectados, acelerando la integración ósea. La característica principal de esta fusión intercorporal es que no requiere un injerto óseo (otros materiales requieren un injerto óseo, utilizando su propio ilio). Después de 3,1 años de trasplante, la reconstrucción ósea se completó dentro del fusiforme y coincidió con la densidad ósea circundante. Los experimentos con animales han demostrado que las aleaciones PNT tienen una buena biocompatibilidad [5,6]. En 2000, el producto obtuvo la certificación CE y comenzó a venderse en Europa y algunos mercados asiáticos. En la actualidad, para solicitar la certificación de la FDA en los Estados unidos, se están fortaleciendo verificaciones clínicas más estrictas. También se espera que el producto se introduzca en el mercado chino en un futuro próximo.

(3) fabricación de prótesis de cadera artificial de aleación de titanio poroso

Las articulaciones artificiales de fijación biológica (cemento no óseo) son actualmente una prótesis articular Artificial muy valorada por ortopedistas y clínicos. Requiere que el material o la superficie del tronco articular de cadera sea bioactivo y pueda inducir el crecimiento de los osteocitos, logrando así la integración ósea en la interfaz entre el tronco articular y la cavidad medular femoral, evitando así la desventaja de la fijación con cemento óseo, que puede provocar aflojamiento, hundimiento y luxación después de un uso prolongado. Por lo tanto, el uso de material de aleación de titanio poroso en algunas etapas del tronco articular dará actividad biológica a la prótesis, lo que ayudará a promover la integración ósea entre el tronco y la cavidad medular. A finales de la década de 1990, científicos alemanes y japoneses utilizaron con éxito la tecnología de solidificación dirigida para preparar materiales metálicos porosos solidificados direccionalmente (es decir, metales de espuma) con hidrógeno, oxígeno y nitrógeno como gases espumosos. La tecnología de implantes GB GmbH utiliza esta tecnología para producir una prótesis de columna vertebral femoral de aleación de titanio poroso.

(4) tecnología de recubrimiento de aleación de titanio poroso para la fabricación de prótesis articulares artificiales

Otra forma de fabricar una articulación artificial biométricamente fija es crear poros en la superficie del mango de la articulación de aleación de titanio. Las pequeñas partículas de perlas de titanio (polvo de microesferas) se pueden quemar o pulverizar por plasma en la superficie del mango articular, haciendo que la superficie sea poroso y reduciendo las diferencias en el módulo de elasticidad entre el implante y el esqueleto. Esto favorece el crecimiento de los osteocitos y el transporte de nutrientes, logrando así la integración ósea fisiológica. La serie estadounidense exactch acumatchtm - a utiliza perlas de titanio de 0,28 mm de diámetro en el extremo cercano del mango de cadera, dispuestas en tres dimensiones. Después de la sinterización, el tamaño combinado de las tres filas de cuentas es de 0,84 mm, con un tamaño promedio de Poro de 152 micras. La permeabilidad media fue del 35%, lo que indica un espacio de crecimiento óseo del 35% en la superficie de las perlas de titanio sinterizadas en el mango.

La mayoría de las superficies de prótesis articulares biofijas (cadera y rodilla) están recubiertas con pulverización poroso (polvo de microesferas de titanio), como zimmer, precision, Taiwan united, etc. además de la pulverización por plasma con cuentas de aleación de titanio (microesferas), la compañía médica estadounidense Anke ha desarrollado en los últimos años la tecnología de pulverización poroso 3dmatrixtm. La técnica no utiliza partículas esféricas, sino partículas irregulares tridimensionales aleatorias con un tamaño de partícula de 180 micras - 850 micras. Tamaño del agujero de la superficie después de la pulverización: 250 micras M - 450 micras. La permeabilidad puede alcanzar el 61%. Los estudios clínicos han demostrado que el tamaño del agujero de 100 μm - 500 μm es adecuado para el crecimiento óseo. Esta avanzada técnica de pulverización poroso proporciona una mejor actividad biológica en la superficie del mango de la prótesis y proporciona una mejor interfaz de crecimiento óseo.

(5) tecnología de recubrimiento de hidroxiapatita en la fabricación de articulaciones artificiales de aleación de titanio

El uso de la tecnología de pulverización por plasma para pulverizar el recubrimiento de hidroxiapatita (ha) en una parte del mango de la prótesis articular también es uno de los métodos para fabricar articulaciones bioartificiales. Estructuralmente, el esqueleto humano en sí es un material compuesto natural compuesto por fibras osteogénicas e hidroxiapatita. La hidroxiapatita (ca5 (0h) (p04) 3) contiene grupos hidroxi que pueden unirse a los tejidos humanos. Su composición química y estructura cristalina son muy similares a los cristales de hidroxiapatita que componen el tejido humano. Después de la implantación del tejido duro humano, se une bien al hueso, lo que puede inducir el crecimiento del tejido óseo en microporos y producir una leve respuesta tisular. Después de unos meses de implantación, la Unión ósea suele lograrse en una interfaz estrechamente ligada, convirtiéndola en el material de recubrimiento preferido en la cerámica bioactiva.

La resistencia a la Unión entre el recubrimiento ha y el sustrato de aleación de titanio es un factor clave que afecta el efecto del uso clínico de los implantes de aleación de titanio. Mientras exista una interfaz macro entre el recubrimiento y el sustrato, la resistencia de unión entre los dos no es satisfactoria. El requisito general es que la resistencia de unión entre el recubrimiento y la matriz de aleación de titanio no debe ser inferior a 40 mpa, y el espesor del recubrimiento debe ser de 150 micras - 200 micras. El recubrimiento es demasiado grueso, la resistencia a la adherencia se reduce y el recubrimiento se agrieta fácilmente. Por lo tanto, todo el proceso de pulverización por plasma es operado por un robot para garantizar que el espesor del recubrimiento sea uniforme y consistente. El recubrimiento contiene microporos y poros más grandes, con poros y aleatoriedad. El tamaño del poro del microporos es de 3 micras - 5 micras. El diámetro del agujero más grande es de 50 μm - 100 μm. El tamaño del agujero se puede detectar bajo un microscopio electrónico de barrido, mientras que el ha debe mantener una pureza continua (generalmente superior al 99,9%) y una estructura cristalina estable.

La mayoría de los fabricantes de productos articulares en el país y en el extranjero utilizan esta tecnología para fabricar manijas artificiales de aleación de titanio biológico.

(6) aplicación de la tecnología de recubrimiento cerámico Al2O3 en la fabricación de articulaciones artificiales de aleación de titanio

¿¿ lograr el 99,8% de alfa con tecnología de pulverización por plasma? Pulverizar el polvo de Al2O3 sobre el mango de la prótesis de cadera (material del mango ti6a14v) y luego enfriarlo en CO2 líquido para formar una interfaz en su interfaz. gamma - Al2O3 requiere que la resistencia cristalina de la matriz y a1203 no sea inferior a 20mpa, que también es una de las formas de fabricar una articulación artificial biotipo (cemento no óseo). El material cerámico Al2O3 también se utiliza para fabricar el revestimiento de la cabeza esférica de cadera y el acetábulo de cadera. Tras las autopsias y otros ensayos clínicos realizados en los fallecidos que utilizaron el material mencionado para fabricar prótesis, se observó que los fragmentos del material cerámico a1203 no provocaron una respuesta inflamatoria en el tejido sinovial de la cápsula articular, ni se observó hiperplasia o necrosis sinovial. Este tipo de prótesis es adecuado para pacientes jóvenes y con alta movilidad postoperatoria. Se puede ver que los materiales cerámicos Al2O3 tienen una excelente biocompatibilidad con los tejidos humanos. Los materiales cerámicos Al2O3 también tienen alta estabilidad física, no son biodegradables y tienen una excelente hidrofílicidad en la superficie del material, lo que puede formar eficazmente membranas moleculares de agua y reducir la fricción, la dureza y la fatiga. La alta resistencia al trabajo y la resistencia a la abrasión son 30 - 40 veces más altas que las aleaciones cocrmo. Los productos conjuntos de la compañía italiana de equipos ortopédicos Lima y la compañía francesa de tecnología médica serf utilizan este método y proceso de fabricación. El producto conjunto de 100 Mu Aviation Materials Company del Instituto de materiales aeronáuticos de Beijing de China también adoptó este proceso.

(7) hidroxiapatita (ha) - compuesto de vidrio y titanio para la fabricación de articulaciones artificiales

A finales de la década de 1990, científicos japoneses de materiales, como Yukio marunono, desarrollaron un nuevo tipo de compuesto biomédico de aleación de titanio para la fabricación de articulaciones artificiales. El material se basa en la aleación ti - 6A1 - 4V como matriz, polvo de vidrio (vidrio de borosilicato de alúmina, es decir, Al2O3 - b2o5 - sio2, con un porcentaje de volumen de alrededor del 85%, el resto son óxidos modificados de vidrio na2o, k2o, li2o, ZrO2 y dióxido de titanio) con buena adherencia al material de base, propiedades bioquímicas y de Seguridad estables, con la menor reacción con ha y excelentes propiedades de unión con polvo ha (vidrio de borosilicato de alúmina, es decir, Al2O3 b2o5 - sio2, con un porcentaje de volumen de alrededor del 85%, y el resto son óxidos modificados de vidrio na2o, k2o, li2o, ZrO2 y dióxido de titanio. El diámetro medio del polvo de vidrio es de 17 μm) mezclando y aplicando polvo de ha de alta pureza sobre la superficie de la matriz de aleación de titanio, formando un compuesto de vidrio - titanio que contiene ha a través de la sinterización. otro aspecto clave del estudio del material es que el coeficiente de expansión térmica de la capa compuesta sinterizada es menor que el de la matriz de aleación de titanio. solo de esta manera, la interfaz de contacto entre la capa compuesta y la matriz de aleación de titanio puede producir una capa compuesta densa, estable y estrechamente unida a través de la reacción de difusión térmica.

La prótesis femoral de cadera artificial hecha de materiales compuestos ha - G - ti ha sido probada clínicamente preliminarmente como una prótesis de cadera artificial duradera y rentable con excelentes propiedades de fijación inicial. El espesor de la capa compuesta ha - G se puede ajustar arbitrariamente y tiene una excelente biocompatibilidad. La capa compuesta ha - G se unió bien a la matriz y no se encontró descamación ni agrietamiento. La eficacia clínica a largo plazo requiere más observación, por lo que este material también es un material biomédico de aleación de titanio con un gran potencial de desarrollo del mercado [7].

(8) anodización y coloración de superficies de titanio y sus aleaciones para equipos ortopédicos, cirugía plástica y odontología.

El tratamiento de anodización y coloración de la superficie del titanio y sus aleaciones, en términos funcionales, al aplicar una película de óxido en la superficie, mejora la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la fatiga cíclica del sustrato de aleación de titanio en el entorno humano. Además, la película de óxido en la superficie también resuelve en gran medida el problema de la lixiviación de iones metálicos, reduce la Citotoxicidad y mejora considerablemente la biocompatibilidad del implante. Debido a su estética, con el aumento de los tipos y especificaciones de implantes de aleación de titanio, también trae dificultades para la identificación clínica. Como propiedad única de la aleación de titanio, el color de la película de óxido superficial se puede utilizar para identificar implantes de diferentes especificaciones y categorías durante la cirugía, lo que facilita la operación quirúrgica. Además, su aplicación clínica como dentadura postiza (implantes dentales) y reparación plástica está aumentando gradualmente debido a su buena biocompatibilidad, resistencia a la corrosión, ligereza y comodidad de uso. La restauración de las dentaduras no solo enfatiza la restauración de funciones como masticación, pronunciación y vida útil, sino que también requiere cada vez más estética de las dentaduras. La belleza del color de las dentaduras postizas puede proporcionar disfrute visual. En cuanto a la reparación plástica, esta ventaja es más evidente.

La razón por la que la superficie del titanio presenta diferentes colores después de la oxidación es que el componente principal de la película de óxido formada en la superficie del titanio metálico es el dióxido de titanio. El material de película delgada compuesto por este componente es transparente y puede reflejar y refractar fuertemente la luz. Cuando el titanio se calienta en una atmósfera que contiene oxígeno o se anodiza, se aplica una película de dióxido de titanio de cientos de A de espesor a la superficie del titanio. Si la luz brilla sobre el titanio recubierto con película de óxido, la luz reflejada en la superficie de la película de óxido interferirá con la luz reflejada a través de la interfaz metálica de la película de óxido transparente, produciendo así varios hermosos colores de interferencia [9]. A medida que cambia el espesor de la película de óxido, la superficie del titanio puede presentar varios colores, como amarillo, verde, oro y rosa.

La coloración por oxidación del titanio incluye principalmente la anodización, la oxidación atmosférica y el tratamiento químico. Además, hay métodos como la nitrificación por plasma, la implantación de iones de nitrógeno y la deposición física y química por vapor.

En comparación con los otros dos métodos de coloración por oxidación del titanio, la anodización se ha convertido en una tecnología prometedora de coloración por oxidación debido a su proceso simple, ricos tonos de coloración superficial y tonos fáciles de controlar.

Los implantes y dispositivos de fijación interna suelen ser anodizados para colorear la superficie, con colores que incluyen oro, bronce, azul zafiro, marrón brillante, rosado y elegante Verde.

3. análisis preliminar de la situación actual y los problemas existentes de investigación y desarrollo, ventas y aplicaciones de mercado del titanio biomédico y sus aleaciones en China

3.1 situación actual de la investigación y el desarrollo y la aplicación en el mercado del titanio biomédico y sus aleaciones

Desde mediados de la década de 1980, la investigación clínica y aplicada de aleaciones de memoria en forma de níquel - titanio en China en el campo de los implantes médicos ha alcanzado el nivel avanzado internacional. El Instituto de investigación del hierro y el acero de shanghai, el Instituto de materiales metalúrgicos de Tianjin y el Instituto de metales no ferrosos de Beijing han desarrollado muchos productos de implantes médicos junto con expertos y profesores médicos locales. Como placas de acero, garras de patela, clavos de montar, clavos intramedulares, articulaciones artificiales, alambre de arco dental y otros productos, pero no fue hasta 2000 que el primer producto de aleación de memoria en forma de níquel - titanio (de Lanzhou ximai Memory Alloy co., ltd.) fue aprobado por la administración estatal de medicamentos para su registro de producción.

A pesar de sus abundantes reservas de titanio, China sigue estando muy atrasada en el campo del titanio médico y no puede compararse con los países europeos y estadounidenses en investigación científica, equipos, tecnología, procesos y aplicaciones. En 1998, la segunda fábrica de dispositivos ortopédicos de Tianjin Medical Devices Industry Company se convirtió en la primera empresa de producción de implantes de titanio en China en obtener el registro de producción experimental de "placa de titanio" y "tornillo de titanio" emitido por la administración general estatal de tratamiento médico. La empresa obtuvo buenos beneficios económicos ese año. En los próximos años, los implantes de titanio serán producidos por fabricantes nacionales de dispositivos médicos como setas después de la lluvia. En la actualidad, las empresas nacionales con mejores aplicaciones son Changzhou Wujin Medical Devices Third factory, Changzhou kanghui Medical Devices co., ltd., etc., pero también han surgido muchos problemas en el proceso de uso específico, como fracturas por fatiga de implantes, dificultades en la formación quirúrgica e incluso muchas disputas médicas, que están estrechamente relacionadas con la selección de materiales.

En 1992, China estableció el estándar de materiales procesados de titanio y sus aleaciones para implantes quirúrgicos (gbl3810 - 1992), pero hay pocos tipos de aleaciones. ¿En 1997, se revisó el estándar anterior, es decir, GB / t13810? Sin embargo, en el uso real, los fabricantes de implantes quirúrgicos no conocen completamente las propiedades de este material, y los fabricantes de materiales no tienen estándares especiales de control interno para materiales de implantes quirúrgicos, como el estándar de aleación de tolerancia de alto daño ti - 6al - 4veli, comúnmente utilizado por los fabricantes extranjeros de implantes quirúrgicos, que aún no se ha promovido y aplicado en china.

En el desarrollo del titanio biomédico y sus aleaciones, el profesor Wang guisheng del Instituto de metales no ferrosos de beijing, el Profesor Wei shouyong de la planta de procesamiento de metales no ferrosos de Baoji y el profesor Li zuochen del Centro de investigación de materiales biológicos del Instituto de metales no ferrosos del Noroeste han hecho una gran cantidad de trabajo y Exploración útiles.

En cuanto al desarrollo de la aleación ti - 6al - 7nb, desde 1996 ha sido aprobada por la Administración Nacional de sanidad. Con los esfuerzos conjuntos del Instituto de investigación de metales no ferrosos de beijing, la planta de procesamiento de metales no ferrosos de Baoji y sus unidades cooperativas, la investigación de laboratorio y la producción industrial de prueba se han completado una tras otra. ¿¿ la composición química y las propiedades mecánicas del material se ajustan completamente a is05832? De acuerdo con el artículo 11, la estructura metalográfica es equivalente al nivel A4 de la norma etyc2 (comité técnico Europeo de productos de titanio) y cumple con la norma iso5832. Once requisitos para la microestructura. Además de la inversión de prueba a pequeña escala, en 1999, la planta de procesamiento de metales no ferrosos de Baoji también exportó más de diez toneladas de barras terminadas a los Estados Unidos y ganó cientos de miles de dólares en divisas. El material fue identificado por expertos en 2001, y el proyecto también ganó el primer premio del Premio de Ciencia y tecnología de la industria de metales no ferrosos de China en 2001.

En la actualidad, el material está listo para ser incluido en la versión revisada de la norma nacional "condiciones técnicas generales para implantes quirúrgicos inactivos para la fusión ósea" (gbl2417). También se están elaborando normas nacionales para las barras ti - 6al - 7nb para implantes quirúrgicos.

3.2 problemas existentes

En la actualidad, aunque muchos fabricantes de implantes se han centrado en los implantes de aleación de titanio para el desarrollo de productos, la cantidad de titanio médico está aumentando rápidamente (en comparación con sí mismos), y todavía hay muchos malentendidos en la industria china del titanio médico: los fabricantes de implantes carecen de estándares uniformes y de alta calidad de materiales de control interno, carecen de conciencia científica sobre el nivel y el rendimiento de los materiales y creen ciegamente que todo el titanio es bueno, lo que conduce a múltiples implantes que se rompen y fallan en el cuerpo debido a los materiales del producto, lo que conduce a disputas médicas:

Por razones de uso, los fabricantes de materiales tienen en cuenta factores de costo, solo enfatizan los beneficios económicos e ignoran los beneficios sociales. Los fabricantes nacionales de materiales aún no han producido productos médicos de titanio, como la aleación ti - 6A1 - 4veli comúnmente utilizada por las empresas europeas y americanas, incluidos perfiles, como tiras de panel de corte curvo, tubos de pared hueca de pequeño diámetro y placas gruesas forjadas en juntas, etc.

Debido a diversas razones, la investigación y el desarrollo de materiales médicos de aleación de titanio en China son insuficientes. Hay una brecha significativa en el nivel de tecnología de procesamiento y tratamiento de superficie de los productos implantados de aleación de titanio en comparación con los países avanzados del mundo;

Aunque el Consejo de Estado ha establecido la Oficina Nacional de gestión de la industria del titanio, debido a las particularidades de los materiales médicos, nuestro país aún no ha establecido sucursales o asociaciones industriales especializadas para encargarse o coordinar la investigación y el desarrollo, las normas de materiales, el control de calidad de los materiales, el asesoramiento técnico y los intercambios en el Procesamiento de productos en el campo del titanio médico, y carece de una gestión unificada de la industria.

4. perspectivas

(1) debemos centrarnos en el desarrollo de materiales biomédicos de aleación de titanio con bajo módulo de elasticidad, alta resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alta resistencia a la fractura, baja tasa de crecimiento de grietas, alta tolerancia al daño y excelente biocompatibilidad;

(2) los elementos de compatibilidad de la composición de la aleación deben basarse en la atención a la adición de elementos no tóxicos, como la adición principal de elementos metálicos "biológicos" no tóxicos como nb, zr, ta, SN y pt;

(3) se deben hacer esfuerzos para mejorar el nivel de calidad de los materiales de procesamiento de titanio biomédico y sus aleaciones en china. Los fabricantes deben prestar atención y satisfacer la demanda del mercado de titanio médico, las normas de control de calidad de los materiales deben cumplir con las normas internacionales y deben fortalecer la estandarización de los materiales;

(4) se deben hacer esfuerzos para fortalecer el desarrollo e investigación de materiales, siguiendo el camino del desarrollo conjunto de institutos de materiales, universidades, plantas de producción de materiales, instituciones de investigación médica y expertos médicos clínicos. Esto integrará la investigación de materiales, las pruebas de biocompatibilidad y la verificación médica clínica, y acelerará el desarrollo de nuevos materiales biomédicos de aleación de titanio con amplias perspectivas de aplicación.