چگونه مرز زیست سازگاری تیتانیوم درجه جراحی با خلوص مواد و تصفیه سطح تعیین می شود؟

کلید تیتانیوم درجه جراحی تبدیل به استاندارد طلا برای ایمپلنت های پزشکی مدرن ، زیست سازگاری عالی آن است - خاصیتی که ذاتی نیست اما از طریق کنترل دقیق مواد و بهینه سازی فرایند پیشرفته حاصل می شود. سازگاری زیست سازگاری یک خاصیت مطلق نیست ، اما در معرض یک سری شرایط دقیق مرزی قرار دارد ، که از جمله آنها خلوص ، فرآیند تصفیه سطح و ریزساختار به ویژه بسیار مهم است. هر انحراف جزئی ممکن است عملکرد پایدار تیتانیوم در بدن انسان را از بین ببرد و آن را از یک ماده بیولوژیکی بی اثر ایده آل به یک عامل التهابی بالقوه تبدیل کند.

هسته زیست سازگاری تیتانیوم پزشکی در لایه اکسید تیتانیوم به طور طبیعی تشکیل شده بر روی سطح آن نهفته است. این فیلم انفعال ، تنها چند نانومتر ضخامت ، چگونگی تعامل مواد با محیط بیولوژیکی را تعیین می کند. با این حال ، پایداری این لایه اکسید به خلوص تیتانیوم بسیار وابسته است. عناصر ناخالصی مانند آهن ، اکسیژن و نیتروژن ، حتی در سطوح بسیار پایین ، ممکن است در یکنواختی و توانایی خود درمانی لایه اکسید تداخل داشته باشند. به عنوان مثال ، آهن بیش از حد ممکن است نقاط خوردگی الکتروشیمیایی موضعی را تشکیل دهد و منجر به آزاد شدن مداوم یون های فلزی و ایجاد واکنشهای التهابی مزمن در بافتهای اطراف شود. در حالی که میزان بیش از حد اکسیژن ممکن است ماتریس تیتانیوم را شکننده کند و بر خصوصیات مکانیکی طولانی مدت کاشت تأثیر بگذارد. بنابراین ، تولید تیتانیوم درجه جراحی باید از استانداردهای دقیق متالورژی پیروی کند تا اطمینان حاصل شود که محتوای ناخالصی در سطح PPM کنترل می شود تا یکپارچگی لایه اکسید را حفظ کند.

فرآیند تصفیه سطح بیشتر خصوصیات رابط بیولوژیکی تیتانیوم را شکل می دهد. اگرچه سطح تیتانیوم درمان نشده دارای بی تحرک بیولوژیکی اساسی است ، اما ممکن است قادر به سازگاری با نیازهای بالینی خاص نباشد. به عنوان مثال ، ایمپلنت های ارتوپدی نیاز به ترویج ادغام استخوان دارند ، در حالی که استنت های عروقی نیاز به مهار ترومبوز دارند. از طریق فرآیندی مانند ماسهبازی ، اچ کردن اسید یا آنودایزاسیون ، به سطح تیتانیوم می توان مورفولوژی و حالت های شیمیایی مختلفی برای تنظیم رفتار سلولی داد. ماسهبازی می تواند زبری سطح را افزایش داده و پیوست استئوبلاست را ترویج کند. اچ اسید می تواند منافذ در مقیاس میکرون را تشکیل داده و رشد استخوان را تقویت کند. و آنودایزاسیون می تواند آرایه های نانولوله را در سطح تیتانیوم بسازد ، که نه تنها فعالیت بیولوژیکی را تقویت می کند بلکه به عنوان حامل دارو نیز عمل می کند. این درمانها اصلاحات فیزیکی ساده نیستند ، اما دقیقاً تعامل بین تیتانیوم و بافتهای بیولوژیکی را با تغییر ساختار کریستال ، ضخامت و وضعیت شیمیایی لایه اکسید تنظیم می کنند.

ریزساختار همچنین بر زیست سازگاری طولانی مدت تیتانیوم تأثیر می گذارد. مرزهای دانه در تیتانیوم پلی کریستالی ممکن است به نقاط شروع خوردگی تبدیل شود ، در حالی که اندازه دانه بر عملکرد خستگی مواد تأثیر می گذارد. با کنترل پارامترهای پردازش حرارتی ، می توان ریزساختار یکنواخت تری بدست آورد و خطر خوردگی الکتروشیمیایی محلی را کاهش می دهد. علاوه بر این ، فن آوری های جدید تولید افزودنی ساختارهای منافذ قابل کنترل را به تیتانیوم درجه جراحی آورده اند ، و به کاشت اجازه می دهد تا ضمن حفظ قدرت ، مدول الاستیک را با استخوان طبیعی مطابقت دهند و از اثرات محافظت از استرس جلوگیری کنند. این بهینه سازی ساختاری نه تنها شامل خواص مکانیکی ماکروسکوپی است ، بلکه به پاسخ های بیولوژیکی در مقیاس سلولی نیز مربوط می شود - اندازه منافذ مناسب می تواند عروق و رشد استخوان را راهنمایی کند ، در حالی که تخلخل بیش از حد ممکن است یکپارچگی ساختاری کاشت را تضعیف کند.

مرزهای زیست سازگاری از تیتانیوم درجه جراحی ثابت نیستند ، اما با پیشرفت علم مواد دائما در حال گسترش هستند. به عنوان مثال ، فن آوری عملکردی سطح به ویژگی های جدید تیتانیوم می دهد که فراتر از بیوینتی سنتی است. از طریق درمان پلاسما یا خود مونتاژ مولکولی ، مولکول های فعال زیستی خاص ، مانند فاکتورهای رشد یا پپتیدهای ضد میکروبی ، را می توان در لایه اکسید تیتانیوم معرفی کرد و به کاشت امکان تنظیم فعال میکرونیسم محلی را می دهد. این نوع اصلاح ، خصوصیات ذاتی تیتانیوم را نفی نمی کند ، بلکه عملکردهای هوشمندانه را بر روی لایه اکسید پایدار آن قرار می دهد و مواد را از سازگاری منفعل به هم افزایی فعال تبدیل می کند.

با این حال ، هر بهینه سازی باید بر اساس فرض عدم از بین بردن زیست سازگاری هسته تیتانیوم باشد. پیگیری بیش از حد فعالیت سطح ممکن است منجر به کاهش پایداری لایه اکسید شود ، که ممکن است خوردگی را تسریع کند یا پاسخ ایمنی را القا کند. بنابراین ، تحقیق و توسعه تیتانیوم درجه جراحی همیشه از یک اصل اساسی پیروی می کند: ضمن اطمینان از قابلیت اطمینان لایه اکسید ، خصوصیات رابط آن را به روشی قابل کنترل تنظیم کنید. این هنر تعادل کلید متمایز کردن مواد تیتانیوم پزشکی از تیتانیوم درجه صنعتی است .