کاربردهای اصلی تیتانیوم در زمینه پزشکی

تیتانیوم عمدتاً در زمینه‌های زیر استفاده می‌شود:

1. ایمپلنت‌های ارتوپدی
این گسترده‌ترین و تثبیت‌شده‌ترین کاربرد تیتانیوم است.

• مفاصل مصنوعی: مفاصل ران، مفاصل زانو، مفاصل شانه، مفاصل آرنج و غیره. اجزای حیاتی تحمل‌کننده بار مانند ساقه‌های فمورال و فنجان‌های استابولار عمدتاً از آلیاژهای تیتانیوم ساخته می‌شوند.

• ترمیم ضربه: صفحات استخوانی، پیچ‌ها و میخ‌های داخل استخوانی برای تثبیت شکستگی‌های داخلی. این دستگاه‌ها شکستگی‌ها را تثبیت کرده و به بهبودی استخوان کمک می‌کنند.

• فیوژن ستون فقرات: دستگاه‌های فیوژن بین‌مهره‌ای، مش تیتانیومی و سیستم‌های پیچ پدیکل که در جراحی‌های اصلاح اسکولیوز و تعویض دیسک استفاده می‌شوند.

2. ایمپلنت‌ها و پروتزهای دندانی

• ایمپلنت‌های دندانی: ایمپلنت‌های تیتانیومی "استاندارد طلایی" در دندانپزشکی هستند. آنها در استخوان فک تعبیه می‌شوند تا به عنوان ریشه‌های مصنوعی عمل کنند و یک  قوی  را تشکیل دهند.2. نسبت استحکام به وزن بالا و مدول الاستیک کم با استخوان، که تاج‌ها بعداً روی آن نصب می‌شوند.

• چارچوب‌های دندان مصنوعی: چارچوب‌های فلزی برای دندان‌های مصنوعی متحرک و همچنین پایه‌های تاج و پل‌ها، اغلب به دلیل سبکی، دوام و کم بودن حساسیت‌زایی از تیتانیوم استفاده می‌کنند.

• وسایل ارتودنسی: برخی از براکت‌ها و سیم‌های قوس ارتودنسی نیز از آلیاژهای تیتانیوم ساخته شده‌اند.

3. دستگاه‌های مداخله‌ای قلبی عروقی

• محفظه‌های ضربان‌ساز و دفیبریلاتور: محفظه‌های تیتانیومی آب‌بندی عالی را ارائه می‌دهند و از اجزای الکترونیکی داخلی精密 محافظت می‌کنند و در عین حال با بافت‌های انسانی سازگار هستند و واکنش‌های رد را کاهش می‌دهند.

• استنت‌های عروقی: اگرچه آلیاژهای کبالت-کروم و مواد زیست‌تخریب‌پذیر در حال حاضر جریان اصلی هستند، اما آلیاژهای نیکل-تیتانیوم (Nitinol) به دلیل منحصر به فرد بودن  در استنت‌های عروقی خود منبسط شونده استفاده می‌شوند.superelasticity و مزیت، به ویژه در مناطقی مانند شریان‌های کاروتید و اندام تحتانی.

4. ابزار و تجهیزات جراحی

• ابزار جراحی: فورسپس، قیچی، رترکتورهای تیتانیومی و غیره، سبک‌تر از ابزارهای فولادی ضد زنگ هستند، مقاومت بالایی در برابر خستگی دارند و در برابر خوردگی مقاوم هستند و می‌توانند استریلیزاسیون مکرر در دمای بالا را تحمل کنند.

• اجزای دستگاه‌های پزشکی: اجزای داخلی اسکنرهای MRI، بازوهای جراحی رباتیک و غیره.  خاصیت غیر مغناطیسی  تیتانیوم برای ایمنی در محیط‌های MRI بسیار مهم است و از تداخل تصویربرداری جلوگیری می‌کند.5. بازسازی جمجمه و صورتمش‌ها و صفحات تیتانیومی که برای ترمیم نقص‌های استخوانی جمجمه و صورت ناشی از ضربه یا جراحی استفاده می‌شوند. آنها را می‌توان با دقت شکل داد تا عملکرد و ظاهر را بازیابی کنند.

2. مزایای اصلی مواد تیتانیومی

• نقش غیرقابل جایگزین تیتانیوم در زمینه پزشکی ناشی از خواص استثنایی آن است:

1. زیست سازگاری عالی

این مهم‌ترین مزیت تیتانیوم است. سطح آن به طور طبیعی یک لایه غیرفعال اکسید تیتانیوم متراکم و پایدار را تشکیل می‌دهد که از نظر شیمیایی بی‌اثر است و به ندرت با بافت‌ها یا مایعات انسانی واکنش نشان می‌دهد. این از التهاب، آلرژی یا واکنش‌های رد جلوگیری می‌کند. این  را امکان‌پذیر می‌کند.

direct and functional bonding
 با بافت استخوانی زنده، که به عنوان  شناخته می‌شود.osseointegration، که برای پایداری طولانی‌مدت ایمپلنت‌ها حیاتی است.2. نسبت استحکام به وزن بالا و مدول الاستیک کمنسبت استحکام به وزن بالا:

 استحکام تیتانیوم با بسیاری از فولادها قابل مقایسه است، اما چگالی آن (~4.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب) تنها حدود 60٪ فولاد است که ایمپلنت‌ها را سبک‌تر می‌کند و بار بیمار را کاهش می‌دهد.

• مدول الاستیک کم: مدول الاستیک تیتانیوم (~110 GPa) به استخوان انسان (10-30 GPa) نزدیک‌تر است و بسیار کمتر از فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای کبالت-کروم است. این باعث کاهش  می‌شود.

• stress shielding effect—جایی که ایمپلنت‌های سفت و سخت بیشتر تنش را تحمل می‌کنند و باعث می‌شود استخوان اطراف به دلیل عدم تحریک مکانیکی متخلخل شده و جذب شود. ایمپلنت‌های تیتانیومی انتقال تنش طبیعی‌تری را به استخوان می‌دهند و به بهبودی و پایداری طولانی‌مدت کمک می‌کنند.3. مقاومت در برابر خوردگی برجستهمایعات بدن یک محیط خورنده هستند که حاوی یون‌های کلرید (به عنوان مثال، کلرید سدیم) هستند. لایه غیرفعال تیتانیوم مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی در محیط‌های فیزیولوژیکی به آن می‌دهد و آن را تقریباً در برابر خوردگی نفوذناپذیر می‌کند. این بدان معنی است:

طول عمر طولانی ایمپلنت:
 عدم خرابی به دلیل خوردگی.

• زیست سازگاری بالا: از سمیت بافتی و واکنش‌های آلرژیک (به عنوان مثال، آلرژی به نیکل) ناشی از آزاد شدن یون فلز جلوگیری می‌کند.

• 4. خاصیت غیر مغناطیسیتیتانیوم پارامغناطیسی است و در میدان‌های مغناطیسی قوی مغناطیسی نمی‌شود. این به بیماران دارای ایمپلنت‌های تیتانیومی اجازه می‌دهد تا با خیال راحت تحت  قرار گیرند.

MRI scans
 بدون نگرانی در مورد گرم شدن ایمپلنت، جابجایی یا تداخل تصویربرداری، که برای تشخیص و نظارت پس از عمل حیاتی است.5. ماشین‌کاری و شکل‌پذیری خوباگرچه تیتانیوم خالص نرم است، اما آلیاژسازی (به عنوان مثال، با آلومینیوم و وانادیوم برای تشکیل Ti-6Al-4V) و تکنیک‌های پردازش پیشرفته، امکان تولید ایمپلنت‌های با شکل پیچیده را برای پاسخگویی به نیازهای جراحی شخصی فراهم می‌کند.  اثر حافظه شکل  آلیاژهای نیکل-تیتانیوم راه‌حل‌های منحصربه‌فردی را برای کاربردهایی مانند استنت‌های خود منبسط شونده ارائه می‌دهد.

خلاصه و چشم‌انداز آینده
ویژگیمزیتمثال کاربرد

زیست سازگاری