인간에 대한 티타늄 소재의 적응성

인체의 적응성에 대한 금속이온의 반응을 관찰하기 위해 실험실에서는 한의학 실험용 쥐의 폐 섬유아세포(V79 세포)와 쥐(20-일 출생 후 생쥐)의 섬유아세포 조직(I929 세포)을 이용하여 실험하였다. ) 등은 금속 이온에 민감한 세포를 사용하여 세포 적응성 평가 방법을 수행합니다. 독립행정기관인 제품평가기술기본기구(의료기기 생물학적 평가 표준화 기술위원회)에서 제공하는 개별 원소 이온은 인체(생물체)에 효과가 있습니다. ) 반응을 그림 1과 같이 3개 그룹으로 나누었다.

가장 독성이 강한 것에는 바나듐(V), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등이 있습니다. 위의 원소가 백만분의 일(×{{0}}) 단위로 존재하면 세포는 1시간 이내에 죽습니다. 짧은 시간. 바나듐(V)과 니켈(N)을 예로 들어 V79 셀의 실험 결과를 그림 2에 나타내었다. 1주간 침수 테스트 결과 니켈 농도가 10×10-6 정도인 경우 (번역자 주 pm=백만분의 1), 모든 세포는 죽을 것입니다. 이에 비해 바나듐(V) 함량은 0.6으로 두 자릿수 낮아졌다. ×10-6 정도는 세포가 모두 죽었다는 뜻이다. 둘째, 쥐, 토끼 등 작은 동물의 경조직(뼈)과 연조직(근육)을 금속판에 묻혀 시험하였을 때 이들 독성이 강한 금속이 경조직(뼈)과 접촉하고 있음에 틀림없다. 그리고 연조직(근육). 일부는 괴사를 유발합니다.

a - V79 세포 집단 형성 에너지와 니켈(Ni) 이온 농도 사이의 관계;

b- V79 세포 집단 형성 에너지와 바나듐(V) 이온 농도 사이의 관계

다른 그룹은 부상을 나타냅니다. 이식 및 부착된 상태에서는 체외로 배출되는 접촉부위의 섬유조직에 생물학적 반응이 일어난다. 철, 알루미늄, 금, 은 등은 모두 이런 식으로 행동합니다. SUS 304L 스테인리스강, SUS 36L 스테인리스강, 코발트-크롬 합금 등 일반적인 금속재료가 모두 이 유형에 속합니다. 경조직에 박혀 있는 금속 조각은 뼈 세포와 융합되지 않습니다. 몇 주 후에 추출 테스트를 했을 때 저항 없이 부드럽게 뽑혀졌습니다.

세 번째 그룹은 살아있는 유기체와 최소한의 반응을 보여야 합니다. 이식하거나 부착할 때에는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 백금(Pt)이 적합하다. 이들 금속이 신체에 이식되거나 부착되면 경조직과 연조직의 세포 및 조직과 밀접하게 결합되어 신체화 현상을 나타낸다.

이처럼 티타늄은 확실히 생명체에 덜 해롭고 안전한 금속입니다. 티타늄 합금을 사용하는 경우, 사용되는 합금 원소에 따라 순수 티타늄에 비해 내식성이 떨어지는 경우가 있습니다. 부식이 발생하면 그 요소가 용해될 수 있습니다. 부식에 강하고 손상되지 않는 합금 요소를 선택해야 합니다. 티타늄 합금 중에서 Ti{2}}AI-4V 합금은 오랫동안 항공기 제조 및 내해수 엔지니어링 장비에 사용되어 왔으며 사용 사례가 많습니다. 의료 산업에서는 내식성이 우수한(낮은 철, 산소 및 수소 함량) ELI 유형 합금의 사용이 오랫동안 도입되었습니다. 그러나 최근 임플란트 및 부착물용 티타늄 합금 연구개발에서 단일체의 손상 특성에 대한 보고를 바탕으로 Ti-13Nb-13Zr 합금이 바나듐( V) 상처가 없는 니오븀(Nb) 포함. (ASTM, ISO). 알루미늄을 적극적으로 배출하는 유리한 합금도 있어 출시를 앞두고 있다.

의료용 미국 ASTM 규격(F코드)으로 유럽의 세계 규격과 동등합니다. ISO 표준과 ASTM 표준이 통합되어 유럽 표준으로 병합되었습니다. 일본은 ASTM 및 ISO에 해당하는 표준을 채택하여 국내 표준을 정리하고 ISO 표준을 기반으로 표준을 제정하기 시작했습니다.

인공슬관절, 고관절(대퇴골두 포함) 등으로 대표되는 임플란트 및 부착물에 사용되는 ASTM 규격에 규정된 티타늄 소재를 형상별로 나열하면 표 1과 같다. 오랫동안 순수 티타늄과 분말 소재를 포함한 Ti{1}}AI-4V 합금이 다양한 형태의 부품 및 부품으로 만들어졌습니다.

티타늄 소재가 널리 사용되는 부위는 인공대퇴관절, 인공무릎관절, 뼈판 등으로 정형외과 수술에 적합하다. 변형성 관절 염증
류머티즘 [관절과 근육에 심한 통증을 의미하며 알레르기 질환이기도 한 "Liumaqizim"으로 음역 - 번역자 주] 및 기타 심한 통증의 원인으로 인해 걷기가 어려워지므로 이 질병으로 고통받는 환자는 통증을 완전히 없앨 수 있습니다. 인공고관절, 인공무릎관절 치환술을 통해 보행이 가능합니다. 일본에서는 연간 80건000 인공 고관절 치환술과 40건000 인공 무릎 관절 치환술을 시행합니다(2005년 통계). 앞으로는 고령화 사회가 도래하면서 이러한 수요를 충족시키기 위해 어느 정도의 성장률이 사용될지 예상할 수 있다.

티타늄은 모든 인공관절 부품에 적합하지 않습니다. 접합부분에는 흔들리기 쉬운 부분은 티타늄이 마모되기 쉬우므로 적합하지 않으며(세라믹, 코발트합금이 적합함), 이식부분에는 티타늄합금을 사용해야 합니다. 생체뼈와 빠르게 결합하기 위해서는 티타늄합금의 표면을 요철로 만들고 인회석(Apatite), 바이오글래스 등 뼈센서를 코팅해야 한다. 또한 골절 고정에는 티타늄 합금 골수강 내 못과 티타늄 합금 판이 사용됩니다. 그림 3은 이식 및 부착의 다양한 예를 보여줍니다.

치과 분야에서도 임플란트와 액세서리를 사용하는 추세가 늘어나고 있습니다. 사용되는 티타늄의 양은 적고 순수 티타늄, 티타늄 합금, 형상 기억 합금 TiNi로 만들어집니다. 그 형상은 Figure 4와 같이 Plate type, Thread type, Sleeve type, Basket type이 있다. 이들 부품 및 구성품은 턱뼈에 직접 박혀 식립된 잇몸 부위에 고정되며, 뼈의 구성을 나타내는 인회석(Apatite)이 코팅되어 있다. 일반적으로 티타늄은 치아의 금속 임플란트에 매우 적합합니다. 방법에는 정밀주조와 초소성성형의 두 가지 방법이 있습니다. 기존 코발트 및 크롬 합금을 사용했을 때보다 무게가 가벼워지고 산성 식품에 냄새 변화를 일으키지 않습니다. 티타늄 소재의 사용은 건강보험 진단 및 치료 범위를 벗어나기 때문에 가격이 상당히 비쌉니다.

내과용 임플란트(매장형) 또는 부속품으로 환자의 심박수가 낮을 때 심장박동기(페이스메이커--자동심실수축장치)를 이식(매장형)하여 심장을 자극할 수 있습니다. 정상적인 심장 박동 수를 보장하는 장치 - 역자 주). 쇄골하정맥에서 심장까지 전극선이 매립되어 있습니다. 이 전극은 심박조율기가 되는 심박조율기에 전자 신호를 입력합니다. 최근 심장박동기 제품은 질량이 20g, 두께가 6mm에 불과하다. 너무 작아서 전극선으로 연결되어 피부 밑에 묻혀있습니다. 배터리와 제어회로는 작은 용기(박스)에 포장되어 있으며, 이는 생명체에 무해한 순수 티타늄 제품입니다. 배터리 수명은 최소 6년 이상 유지되어야 하므로 이 작은 용기(박스)는 장기적인 안정성과 안전성이 요구됩니다. 이제 일본에서는 약 5,000명이 혜택을 받았습니다.

티타늄 치료의 결과는 수술 기구에서도 볼 수 있습니다. 특히 10시간 이상의 장기간의 신경외과에서는 겸자 역시 경량이 요구되며, 지혈 겸자 및 기타 지혈 겸자는 반드시 티타늄으로 제작되어야 한다. 임플란트, 부착용 수술 기구, 치석 제거용 진동기 등 많은 치과 치료 장비가 티타늄으로 만들어집니다. 임플란트(매설) 및 부착물 외에도 보조 장비 및 휠체어도 티타늄으로 제작되고 있습니다. 질병이나 사고로 인해 사지의 일부가 상실된 경우, 기능을 회복하기 위해 의수족을 제작해야 합니다. 주요 부품이 금속으로 되어 있기 때문에 경량, 내구성(주로 내식성, 피로손상 저항성)이 있어야 하며, 생물학적 적합성(Ni, Cr 등) 측면에서도 적용되고 있습니다. 휠체어의 경우 휠체어 전체의 무게를 줄이는 것이 주요 목표이기 때문에 프레임이나 바퀴 등 거의 모든 금속 부품에 티타늄을 사용하는 경우도 있다.