Inventario dei materiali in metallo medico

Secondo la classificazione dei materiali biomedici, i precedenti due articoli di punto di vista hanno elaborato materiali polimerici medici e materiali bioceramici. Questo articolo si concentrerà sul terzo tipo di materiali biomedici: materiali in metallo medico. I materiali in metallo medico svolgono un ruolo estremamente importante nel campo della medicina moderna. Con le loro proprietà meccaniche uniche e la biocompatibilità, sono ampiamente utilizzate in molti campi come ortopedia, cardiovascolare, odontoiatria e chirurgia. Questo articolo discuterà in dettaglio la definizione, la classificazione, lo stato dell'applicazione e la tendenza dello sviluppo futuro dei materiali metallici medici e riassumerà i loro contributi in campo medico. 01 Materiali in metallo medico
I materiali in metallo medico si riferiscono ai metalli e alle loro leghe specificamente utilizzate nel campo medico. Di solito sono usati per produrre dispositivi medici e impianti che sono in contatto diretto con il corpo umano, come articolazioni artificiali, dispositivi di fissazione delle fratture, valvole cardiache, impianti dentali, ecc. I suoi requisiti unici includono principalmente: buone proprietà meccaniche, biocompatibilità, resistenza alla corrosione e stabilità. Le proprietà meccaniche sono i requisiti di base dei materiali in metallo medico. Devono avere una forza e una tenacità sufficienti per resistere a vari stress fisici all'interno e all'esterno del corpo umano. La biocompatibilità è un fattore chiave per garantire l'uso sicuro di materiali metallici nel corpo umano. I materiali con buona biocompatibilità non causano evidente risposta immunitaria, risposta infiammatoria o altre reazioni fisiologiche avverse in contatto con i tessuti biologici. La resistenza alla corrosione è un indicatore importante dei materiali metallici medici perché l'ambiente interno del corpo umano è complesso e corrosivo. I fluidi corporei nel corpo umano sono ricchi di vari ioni e molecole e queste sostanze chimiche possono corrodere i metalli. Pertanto, i materiali in metallo medico devono rimanere stabili in tale ambiente e non sottoporsi a corrosione elettrochimica.
02 Classificazione dei materiali metallici medici
I materiali in metallo medico possono essere principalmente divisi in acciaio inossidabile, titanio e leghe, leghe di cobalto-cromo, metalli preziosi e leghe di magnesio in base alla loro composizione chimica e scenari di applicazione.
1 acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è uno dei primi materiali metallici utilizzati nel campo medico e ha buone proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione. L'acciaio inossidabile 316L è particolarmente comune nelle applicazioni mediche a causa del suo basso contenuto di carbonio e aggiunto molibdeno. È comunemente usato per produrre strumenti chirurgici, piastre ossee e viti. Sebbene l'acciaio inossidabile sia relativamente economico e abbia una buona elaborazione, la sua resistenza alla corrosione e la biocompatibilità devono ancora essere migliorate nelle applicazioni di impianto a lungo termine.
2 Titanio e le sue leghe
La lega di titanio è uno dei materiali in metallo medico più utilizzati. Il titanio ha bassa densità, alta resistenza, buona resistenza alla corrosione e un modulo elastico simile al tessuto osseo umano, quindi è ampiamente usato in impianti ortopedici come la sostituzione dell'anca e del ginocchio. Ti -6 al -4 V è la lega di titanio più comune ed è diventato il materiale preferito per la chirurgia ortopedica grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e biocompatibilità. Tuttavia, uno svantaggio delle leghe di titanio è il suo alto prezzo e difficoltà nell'elaborazione.
3 leghe di cobalto-cromo
Le leghe di cobalto-cromo hanno una resistenza estremamente elevata e un'eccellente resistenza all'usura e sono adatte per dispositivi medici che devono resistere a carichi e usura elevati per molto tempo, come articolazioni artificiali e restauri dentali. L'elevata durezza e la resistenza alla corrosione delle leghe di cobalto-cromo danno un vantaggio nel campo degli impianti, ma il suo elevato modulo elastico può portare a un "effetto di schermatura da stress", cioè l'impianto porta troppa stress, riducendo il carico sul tessuto osseo circostante, che può influire sulla crescita sana delle ossa.
4 metalli preziosi
Come oro, argento, platino, ecc., Grazie alla loro eccellente biocompatibilità e resistenza alla corrosione, sono spesso utilizzati in alcune applicazioni mediche speciali, come elettrodi di pacemaker e materiali di restauro dentale. Tuttavia, a causa dei loro prezzi elevati e delle proprietà meccaniche limitate, l'uso di metalli preziosi è soggetto a determinate restrizioni.
5 lega di magnesio
La lega di magnesio è un nuovo tipo di materiale metallico biodegradabile. Sta diventando un hotspot di ricerca grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e biocompatibilità. La densità e il modulo elastico di magnesio sono simili a quelli delle ossa umane. Può essere gradualmente degradato nel corpo e infine assorbito dal corpo, evitando la necessità di un intervento chirurgico secondario per rimuoverlo. Tuttavia, la rapida degradabilità e il rilascio di idrogeno di leghe di magnesio devono ancora essere ulteriormente risolti.
03 Applicazione di materiali in metallo medico
I materiali in metallo medico sono ampiamente utilizzati in vari campi medici grazie alle loro eccellenti prestazioni, tra cui ortopedia, cardiovascolare, odontoiatria, neurochirurgia e altri campi chirurgici.
1 Applicazioni ortopediche
Nel campo dell'ortopedia, i materiali in metallo medico sono utilizzati principalmente per produrre dispositivi di fissazione delle fratture, giunti artificiali, dispositivi di fissazione spinale, ecc. Le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nelle sostituzioni dell'anca e del ginocchio a causa della loro eccellente biocompatibilità e proprietà meccaniche. Le leghe di cobalto-cromo sono spesso usate sulla superficie delle articolazioni artificiali a causa della loro resistenza all'usura e alta durezza. Negli ultimi anni, il progresso della ricerca delle leghe di magnesio ha dimostrato il suo potenziale come materiale di fissazione osseo, in particolare nel trattamento delle fratture pediatriche, che possono evitare la necessità di un intervento chirurgico secondario.
2 applicazioni cardiovascolari
Nel campo cardiovascolare, le leghe in acciaio inossidabile e cobalto-cromo vengono spesso utilizzate per produrre impianti come stent vascolari e valvole cardiache. Gli stent vascolari devono disporre di elevata resistenza, resistenza alla corrosione e buona biocompatibilità per prevenire la rinascita o il blocco dei vasi sanguigni. Gli stent in acciaio inossidabile erano una volta ampiamente utilizzati a causa del loro basso costo e di facile lavorazione, ma perché possono causare la restenosi nello stent, la maggior parte dei materiali di stent si sta attualmente trasformando in leghe di cobalto-cromo o stent rivestiti di farmaci.
3 applicazioni dentali
Nel campo dentale, il titanio e le sue leghe sono ampiamente utilizzati negli impianti dentali perché hanno una buona biocompatibilità e possono formare un forte legame osseo nell'osso alveolare. Inoltre, le leghe di cobalto-cromo sono anche ampiamente utilizzate in materiali di restauro dentale come corone e ponti a causa della loro resistenza alla corrosione e resistenza all'usura.
4 altre applicazioni chirurgiche
I materiali in metallo medico sono anche ampiamente utilizzati in altri campi chirurgici, come le piastre di riparazione del cranio in neurochirurgia, protesi nella chirurgia plastica e la produzione di strumenti chirurgici. L'acciaio inossidabile è ancora il materiale principale per la produzione di strumenti chirurgici a causa delle sue buone proprietà meccaniche e della resistenza alla corrosione.
04 Prospettive future e riepilogo
I materiali in metallo medico hanno una posizione insostituibile nella medicina moderna. Con il continuo avanzamento della scienza e della tecnologia e i crescenti requisiti delle persone per gli effetti medici, i materiali in metallo continueranno a svilupparsi per far fronte alle sfide delle diverse esigenze mediche. La ricerca futura si concentrerà sul miglioramento della biocompatibilità, sull'ottimizzazione delle proprietà meccaniche, sullo sviluppo di nuovi materiali e sul raggiungimento della multifunzionalità per fornire ai pazienti opzioni terapeutiche più sicure ed efficaci. In sintesi, lo sviluppo di materiali in metallo medico non solo dipende dal progresso della scienza e dell'ingegneria dei materiali, ma deve anche essere integrato con biomedicina, medicina clinica e altre discipline per formare una piattaforma di ricerca completa. In futuro, con l'emergere di più nuovi materiali e tecnologie, i materiali in metallo medico mostreranno ampie prospettive di applicazione in più campi e daranno maggiori contributi ai progressi medici e alla salute umana.