Медицина и здравоохранение сегодня

Сплавы на основе титана

Учебные материалы / Методы нанесения антибактериального покрытия на имплантат / Сплавы на основе титана

Страница 1

Суставные протезы и другие конструкции из титановых сплавов успешно разрабатывают в СКВ Центрального института травматологии и ортопедии (г. Москва) под руководством проф. К. М. Сиваша.

В отечественной стоматологии при изготовлении зубных пластмассовых протезов для получения косметического эффекта используется белое кристаллическое вещество - двуокись титана. Однако в зубном протезировании можно широко применять не только соединение титана с кислородом, но и конструкционный титан - легкий, прочный, биологически инертный и хорошо поддающийся обработке металл.

В клинике челюстно-лицевой хирургии, руководимой доц. К. И. Татаринцевым (Запорожский институт усовершенствования врачей им, Горького), предложен и разработан новый метод лечения переломов нижней челюсти П-образными скобками из титана марки BT1-00. Он заключается в том, что с помощью разжимных ножек П-образных скобок обеспечивается прочное закрепление обломков челюсти в правильном положении. Только в 1971-1973 гг. предложенным методом излечено 50 больных с одно- и двусторонними переломами нижней челюсти. Результаты лечения свидетельствуют о том, что примененный метод значительно сокращает сроки заживления костной раны и временной потери трудоспособности.

Стабилизация позвоночника металлическими имплантатами используется в медицине с начала ХХ века. В настоящее время широко применяются пластины ЦИТО, Цивьяна, стяжки Цивьяна-Рамиха, различные виды транспедикулярных аппаратов [1] и т.п. Их изготавливают из нержавеющих сталей, титановых сплавов, реже из кобальтовых и молибденовых сплавов. Главными требованиями, предъявляемыми к этим материалам были высокая коррозиционная стойкость и хорошая прочность. Ради последней зачастую забывали о невысокой биологической инертности легированных сталей, кобальтовых сплавов. Кроме того, вопросы механической совместимости имплантата и структур организма стал рассматриваться только в последнее время.

Дело в том, что модуль упругости большинства конструкционных сплавов (230 - 110 Гпа) значительно выше, чем у кости (25 - 15 Гпа), а тем более хрящевых структур(1 - 0,2 Гпа). При совместной работе кость-имплантат происходит неравномерное распределение деформаций и напряжений, которые максимальны, как правило, в местах крепления имплантата к кости, что вызывает опасность их разрушения. Поэтому, проводятся попытки использования сплавов с низким модулем упругости, например, системы Ti-Ta (80 - 70 Гпа), или изменять конструкцию имплантата, вводя в нее различные вырезы, изгибы, в стремлении снизить жесткость имплантата.

Однако при этом повышается риск его разрушения вследствие концентрации напряжений при нагружении. В тоже время известен материал, механическое поведение которого приближается к поведению тканей организма. Это сплавы на основе никелида титана или по-другому ѕ «нитинол»[2].

При определенной температуре, которая может быть равна температуре человеческого тела, эти сплавы проявляют сверхупругое поведение (СУ), когда значительные деформации (до 12%), возникающие при нагружении, устраняются при разгрузке,рис.1. При этом механическое поведение сплавов приближается к поведению кости структур.

Рис. 1 Свойства сверхупругости (СУ) никелида титана

Кроме того, эти сплавы обладают эффектом запоминания формы (ЭЗФ), который заключается в том, что деформированный в охлажденном состоянии (ниже Mд) образец может сколь угодно долго сохранять новую форму.

При нагреве образца в интервале температур АВН - АВК он восстанавливает свою исходную форму.

Рис. 2 Свойства эффекта запоминания формы (ЭЗФ) никелида титана.

Кроме того, сплавы на основе никелида титана обладают отличной коррозиционной стойкостью и биологической инертностью. Поэтому они являются идеальным материалом для создания биологически и механически совместимых с организмом человека имплантатов (БМСИ).