बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री और अनुप्रयोग

बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री और अनुप्रयोग

बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री विशेष रूप से बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली एक प्रकार की कार्यात्मक संरचनात्मक सामग्री को संदर्भित करती है, विशेष रूप से सर्जिकल प्रत्यारोपण और ऑर्थोपेडिक डिवाइस उत्पादों के उत्पादन और निर्माण के लिए। टाइटेनियम मिश्र धातु प्रसंस्करण सामग्री के उत्पादन और तैयारी में धातु विज्ञान, दबाव प्रसंस्करण, मिश्रित सामग्री और रासायनिक उद्योग के क्षेत्र शामिल हैं, और यह दुनिया में एक मान्यता प्राप्त उच्च तकनीक उत्पाद है। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु धीरे-धीरे एयरोस्पेस, विमानन और राष्ट्रीय रक्षा के क्षेत्र से नागरिक उपभोग के क्षेत्र में प्रवेश कर गए हैं। चिकित्सा और स्वास्थ्य उद्योग में प्रत्यारोपण और चिकित्सा उपकरण जैसे उत्पाद; खेल और अवकाश उद्योग में टाइटेनियम गोल्फ क्लब, साथ ही टाइटेनियम चश्मा फ्रेम, टाइटेनियम घड़ियाँ, टाइटेनियम साइकिल और अन्य उत्पादों, टाइटेनियम संसाधित सामग्री की मांग लगातार बढ़ रही है। जैव प्रौद्योगिकी के जोरदार विकास और सफलताओं के साथ, जैव चिकित्सा धातु सामग्री और उत्पाद उद्योग विश्व अर्थव्यवस्था के एक स्तंभ उद्योग के रूप में विकसित होगा। उनमें से, टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं ने हल्के वजन, कम लोचदार मापांक, गैर विषैले और गैर-चुंबकीय, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च शक्ति और अच्छी कठोरता जैसे उत्कृष्ट व्यापक गुणों के कारण हाल के वर्षों में मांग में तेजी से और स्थिर वृद्धि का अनुभव किया है। साथ ही, जैसे-जैसे टाइटेनियम मिश्र धातु प्लास्टिक सर्जरी और अन्य क्षेत्रों में प्रवेश करना शुरू करते हैं, नई संभावित बाजार मांगें उभरती हैं, और भविष्य में टाइटेनियम मिश्र धातु बाजार तेजी से बढ़ेगा।

चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं की अनुसंधान प्रगति

1.1 चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं का वर्गीकरण

सामग्री सूक्ष्म संरचना के प्रकार के अनुसार टाइटेनियम मिश्र धातुओं को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: α प्रकार, α+β प्रकार, और β प्रकार टाइटेनियम मिश्र धातु।

1.2 मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातुओं का विकास रुझान

साहित्य अनुसंधान के बाद, यह पाया गया कि देश और विदेश में प्रासंगिक शोधकर्ता सर्वसम्मति से मानते हैं कि विकास चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र तीन प्रतिष्ठित चरणों से गुज़रा है। पहला चरण शुद्ध टाइटेनियम और Ti-6Al-4V मिश्र धातु द्वारा दर्शाया गया है; दूसरे चरण को Ti New α+β मिश्रधातु द्वारा दर्शाया गया है जो -5A1-2.5Fe और Ti-6A1-7Nb द्वारा दर्शाया गया है; तीसरा चरण बेहतर जैव अनुकूलता और कम लोचदार मापांक के साथ β-टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास और विकास का मुख्य चरण है। आदर्श बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना चाहिए: अच्छी जैव-अनुकूलता, कम लोचदार मापांक, कम घनत्व, अच्छा जंग-रोधी गुण, गैर विषैले, उच्च उपज शक्ति, लंबी थकान जीवन, और कमरे के तापमान पर बड़ी प्लास्टिसिटी। , बनाने में आसान, ढालने में आसान, आदि। प्रत्यारोपण सामग्री में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली महत्वपूर्ण मिश्रधातुएँ Ti-6A1-4V और Ti-6A1-4VELI हैं। साहित्य में ऐसी रिपोर्टें हैं 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 विकारों का कारण बन सकता है। इस समस्या को हल करने के लिए, बायोमटेरियल वैज्ञानिक वर्तमान में वी-मुक्त, अल की नई बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री की खोज और शोध करने के लिए प्रतिबद्ध हैं, इससे पहले यह पता लगाना आवश्यक है कि किस प्रकार के मिश्र धातु तत्व जोड़ने के लिए उपयुक्त हैं जो गैर विषैले और जैव-संगत दोनों हैं . अध्ययनों में पाया गया है कि मोलिब्डेनम, नाइओबियम, टैंटलम और ज़िरकोनियम जैसे गैर विषैले तत्वों वाले β-टाइटेनियम मिश्र धातुओं में β-स्थिर करने वाले तत्वों की उच्च सामग्री होती है और कम लोचदार मापांक (ई = 55 ~ 80GPa) और बेहतर कतरनी प्रदर्शन होता है और क्रूरता, यह मानव शरीर में प्रत्यारोपण के रूप में प्रत्यारोपण के लिए अधिक उपयुक्त है।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग

2.1 टाइटेनियम मिश्र धातुओं का चिकित्सा आधार

मानव प्रत्यारोपण के रूप में टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करने के मुख्य लाभ हैं: (1) घनत्व (20°C) = 4.5 ग्राम/सेमी3 और हल्का वजन। मानव शरीर में प्रत्यारोपित: मानव शरीर पर भार कम करें; एक चिकित्सा उपकरण के रूप में: चिकित्सा कर्मियों पर परिचालन भार कम करें। (2) लोचदार मापांक कम है, और शुद्ध टाइटेनियम 108500MPa है। जब मानव शरीर में प्रत्यारोपित किया जाता है: यह मानव शरीर की प्राकृतिक हड्डी के करीब होता है, जो हड्डी ग्राफ्टिंग के लिए अनुकूल होता है और प्रत्यारोपण पर हड्डी के तनाव-परिरक्षण प्रभाव को कम करता है। (3) गैर-चुंबकीय, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और तूफान से प्रभावित नहीं, जो उपयोग के बाद मानव सुरक्षा के लिए फायदेमंद है। (4) यह गैर-विषाक्त है और प्रत्यारोपण के रूप में मानव शरीर पर इसका कोई विषाक्त या दुष्प्रभाव नहीं है। (5) संक्षारण प्रतिरोध (जैविक रूप से निष्क्रिय धातु सामग्री)। इसमें मानव रक्त के विसर्जन वातावरण में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है और मानव रक्त और कोशिका ऊतकों के साथ अच्छी संगतता सुनिश्चित करता है। एक प्रत्यारोपण के रूप में, यह मानव प्रदूषण उत्पन्न नहीं करता है और मानव शरीर के लिए हानिकारक नहीं है। एलर्जी संबंधी प्रतिक्रियाएं होंगी, जो टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग के लिए एक बुनियादी शर्त है। (6) उच्च शक्ति और अच्छी कठोरता। आघात, ट्यूमर और अन्य कारकों के कारण हड्डी और जोड़ों को क्षति। एक स्थिर हड्डी मचान स्थापित करने के लिए आर्क प्लेट, स्क्रू, कृत्रिम हड्डियाँ, जोड़ आदि का उपयोग किया जाना चाहिए। इन प्रत्यारोपणों को लंबे समय तक उसी स्थान पर छोड़ा जाना चाहिए। मानव शरीर झुकने, मुड़ने, निचोड़ने, मांसपेशियों में संकुचन और मानव शरीर के अन्य प्रभावों के अधीन होगा, जिसके लिए प्रत्यारोपण में उच्च शक्ति और क्रूरता की आवश्यकता होगी।

2.2 टाइटेनियम मिश्र धातु के चिकित्सा और आर्थोपेडिक क्षेत्र

बाज़ार की स्थिति टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास, टाइटेनियम सामग्री किस्मों में वृद्धि और कीमतों में कमी के साथ, नागरिक उद्योग में टाइटेनियम का अनुप्रयोग दोगुना हो गया है। सीएफडीए चिकित्सा उपकरणों को उनकी सुरक्षा के अनुसार उच्च से निम्न तीन स्तरों में विभाजित करता है, और उनकी देखरेख और प्रबंधन क्रमशः सरकार के तीन स्तरों द्वारा किया जाता है। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री से बने प्रत्यारोपण चिकित्सा उपकरणों की तीसरी श्रेणी से संबंधित हैं और उच्च मूल्य वाले उपभोग्य हैं। बाजार में 5% से अधिक हिस्सेदारी रखने वाले उप-क्षेत्रों में छह प्रमुख खंड शामिल हैं: इन विट्रो डायग्नोस्टिक्स, कार्डियोलॉजी, डायग्नोस्टिक इमेजिंग, ऑर्थोपेडिक्स, नेत्र विज्ञान और प्लास्टिक सर्जरी। उनमें से, इन विट्रो डायग्नोस्टिक्स, ऑर्थोपेडिक्स और कार्डियक इंटरवेंशन चीन में सबसे तेजी से बढ़ने वाली उच्च-मूल्य वाली उपभोग्य वस्तुएं हैं। बायोमेडिकल टाइटेनियम और इसकी मिश्र धातु सामग्री का अनुप्रयोग तीन प्रतिष्ठित चरणों से गुजरा है: प्रारंभिक अनुप्रयोग 1950 के दशक की शुरुआत में, सबसे पहले यूनाइटेड किंगडम और संयुक्त राज्य अमेरिका में, व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम का उपयोग हड्डी की प्लेट, स्क्रू, इंट्रामेडुलरी नाखून और कूल्हे के निर्माण के लिए किया गया था। जोड़। स्विस कंपनी मैथिस गैर-विस्तारित लॉकिंग इंट्रामेडुलरी नेल सिस्टम (टिबिया, ह्यूमरस और फीमर सहित) और ऊरु गर्दन की हड्डी के फ्रैक्चर के इलाज के लिए खोखले स्क्रू के निर्माण के लिए Ti-6A1-7Nb मिश्र धातु का भी उपयोग करती है। पोरस नी-टीआई (पीएनटी) मिश्र धातु बायोएक्टिव सामग्री का उपयोग ग्रीवा और काठ इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन केज (केज) के निर्माण के लिए किया जाता है। कनाडाई बायोरथेक्स कंपनी ने आर्थोपेडिक रीढ़ की हड्डी की चोटों के इलाज के लिए झरझरा Ni-Ti मिश्र धातु पेटेंट सामग्री ACTIPORE G से बना एक ग्रीवा और काठ का इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन पिंजरे विकसित किया है। नए बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग आर्थोपेडिक्स, दंत चिकित्सा और संवहनी हस्तक्षेप जैसे कई उद्देश्यों के लिए एक उन्नत सामग्री के रूप में किया जा सकता है। आर्थोपेडिक चिकित्सा उपकरण उद्योग की वैश्विक चिकित्सा उपकरण बाजार में हिस्सेदारी 9% है और यह अभी भी तेजी से बढ़ रहा है। आर्थोपेडिक चिकित्सा उपकरणों का बाजार मुख्य रूप से चार क्षेत्रों में विभाजित है: आघात, जोड़, रीढ़ और अन्य। उनमें से, ट्रॉमा एकमात्र ऐसा खंड है जिसका वर्तमान में विदेशी कंपनियों द्वारा प्रमुख बाजार हिस्सेदारी पर कब्जा नहीं है। मुख्य कारण यह है कि इस क्षेत्र के उत्पादों में तकनीकी सामग्री कम होती है, नकल करना आसान होता है और संचालित करना कम कठिन होता है। उन्हें कई दूसरे और तीसरे स्तर के अस्पतालों में किया जा सकता है, और विदेशी कंपनियां उन्हें पूरी तरह से कवर नहीं कर सकती हैं। आघात उत्पादों को आंतरिक निर्धारण और बाह्य निर्धारण उपकरणों में विभाजित किया जा सकता है। आंतरिक निर्धारण आघात उत्पादों में इंट्रामेडुलरी नाखून, हड्डी की प्लेटें, स्क्रू आदि शामिल हैं। 2012 में, घरेलू आर्थोपेडिक्स बाजार में आघात का हिस्सा 34%, जोड़ों का 28%, रीढ़ का 20% और अन्य का था। 18%. बड़े जोड़ उच्च तकनीकी बाधाओं वाले उच्च स्तरीय चिकित्सा उपकरण हैं। वर्तमान में, मुख्यधारा के अस्पताल मुख्य रूप से आयातित आर्थोपेडिक सामग्रियों का उपयोग करते हैं। प्रौद्योगिकी, डिजाइन, अनुसंधान और विकास, सामग्री, सतह उपचार प्रक्रियाओं आदि के मामले में घरेलू और आयातित उत्पादों के बीच अभी भी अंतर है। कृत्रिम जोड़ों को मुख्य रूप से कृत्रिम घुटनों, कूल्हों, कोहनी, कंधों, उंगली और पैर की उंगलियों के जोड़ों आदि में विभाजित किया जाता है। उनमें से, सबसे महत्वपूर्ण संयुक्त प्रतिस्थापनों में कूल्हे के जोड़ और घुटने के जोड़ शामिल हैं, जो वैश्विक संयुक्त प्रतिस्थापन बाजार में 95% से अधिक का योगदान करते हैं। स्पाइनल इम्प्लांट उपकरणों में थोरैकोलम्बर नेल प्लेट सिस्टम, सर्वाइकल स्पाइन नेल प्लेट सिस्टम और फ्यूजन केज सिस्टम शामिल हैं, जिनमें से इंटरवर्टेब्रल केज सिस्टम का उपयोग मुख्य रूप से इंटरवर्टेब्रल डिस्क रिप्लेसमेंट उपचार के लिए किया जाता है और यह सबसे महत्वपूर्ण खंड भी है, जो लगभग पूरे स्पाइनल इम्प्लांट बाजार के लिए जिम्मेदार है। .

निष्कर्ष

टाइटेनियम मिश्र धातु के बेहतर गुणों ने चिकित्सा क्षेत्र में इसकी अग्रणी स्थिति में योगदान दिया है। जैव प्रौद्योगिकी में प्रगति और चिकित्सा अनुप्रयोगों की बड़ी मांग के साथ टाइटेनियम मिश्र धातुओं की सामग्री डिजाइन और तैयारी तकनीक तेजी से विकसित हुई है। चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र वर्तमान में उत्पादित मुख्य रूप से α+β प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु हैं। तैयारी प्रौद्योगिकी के दृष्टिकोण से, TC4 (TC4ELI) का उत्पादन वर्तमान में मुख्य बाजार हिस्सेदारी पर है। β-प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु में जैव अनुकूलता और यांत्रिक अनुकूलता में कुछ फायदे हैं, इसलिए यह नए चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए एक अनुसंधान हॉटस्पॉट बन गया है और चिकित्सा प्रत्यारोपण के क्षेत्र में सबसे संभावित तकनीक है। भविष्य में, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की उत्पादन तकनीक कम मापांक, उच्च शक्ति, अच्छी जैव अनुकूलता और यांत्रिक अनुकूलता की दिशा में विकसित होनी चाहिए। विकास के रुझान के नजरिए से, β-प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु भविष्य के विकास की दिशा और चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातु बाजार की मुख्यधारा बन जाएंगे।