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沈陽泰恒通用科技有限公司公司以“著眼軌道交通設備,開發鈦合金應用技術”為發展理念,以鈦合金貨架,鈦合金螺絲,鈦合金絲為主打產品,公司先后與中國北車集團、南車集團旗下公司建立了良好的合作關系,并在車輛輕量化、替代進口產品等方面開展了廣泛的合作。

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人工顳下頜關節材料研究進展
發布時間:2018-12-29 15:58 來源:沈陽泰恒通用科技有限公司 閱讀:
作者:王業新、張山勇、鄭繼舉,上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院口腔科。
    
     早在1840年,卡諾漢就在一名強直患者體內植入了一小塊木頭以防止復發。隨后,Risdon和Eggers用金箔和鉭替換了患病的髁突。1965年,Christensen設計了第一個全尺寸的TMJ假體,包括鑄造的Co-Cr-Mo合金下頜支和關節窩,以及一個PMMA假體。-基于髁突。隨后,松嫩堡改進并設計了一種由高壓聚乙烯制成的關節套和鈦合金制成的髁突頭組成的顳下頜關節(TMJ)。隨著CT和三維打印技術在醫學領域的發展,TMJConcepts公司在數字重建后打印了頭模型。再次手術的CT,咨詢外科醫生,并確定個性化假體的設計用于臨床。
    
     1989年,ThetmjConcepts設計了純鈦關節托,并以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作為關節托內襯,鈷鉻鉬合金髁狀突和鈦合金下頜支全人工關節。1999年獲得美國食品藥品監督管理局(FDA)認證,1995年,生物醫學集團設計了由鈷鉻鉬合金制成的髁狀突和下頜支(髁狀突表面涂有鈦)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成的關節窩組成的全人工關節,人工關節材料的發展經歷了金箔、鉭、不銹鋼、鈷輕鉻合金、鈦合金、聚乙烯、超高分子量聚乙烯等。人工關節座與髁狀突的連接從金屬金屬對接逐漸發展到非金屬對接,由于整個人工關節各部分功能不同,所用材料也不同,現將其發展及優缺點總結如下。
    
     早期的關節窩植入物經歷了金箔、鉭箔和不銹鋼的發展,不銹鋼因其可加工性和足夠的強度,以及技術水平和認知水平的局限性,是人工關節窩植入的良好選擇,但在模擬生理環境中,不銹鋼材料的應用受到了限制。EL易發生縫隙腐蝕、摩擦腐蝕、疲勞腐蝕等問題,由于其強度高,會引起鄰近骨骼嚴重的骨吸收,TMJ是一個反復加載的區域,周圍有軟、硬組織和體液,因此,不銹鋼逐漸被鈷鉻合金和不銹鋼所取代。鈦合金因其耐磨性、電化學腐蝕和應力屏蔽等問題而受到嚴重影響。
    
     鈷基合金比不銹鋼具有更高的強度、更好的耐磨性和耐腐蝕性、更低的缺口敏感性。缺口敏感性表明金屬材料(現在也包括塑料合金和聚合物材料,如PBT和PBT/PC合金)由于局部應力集中而降低的程度。臨床研究表明,在鈷鉻合金表面制備金屬珠或纖維網狀結構有利于自體骨的生長,從而提高植入物的穩定性。
    
     鈷鉻合金具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和低切口敏感性,在人工關節、髖關節和膝關節置換術中得到廣泛應用。鈷鉻合金基金屬-金屬髖關節置換術的臨床隨訪表明,鈷鉻合金基金屬-金屬髖關節置換術可在體內使用20年,鈷鉻合金的耐磨性較高。合金使其成為人工髖關節和TMJ頭的一部分。由于它能承受反復運動摩擦和一定強度,是一種理想的髁狀突材料,在全TMJ置換中,鈷鉻合金的高耐磨性和硬度也成為其缺點,在人工關節置換中,鈷鉻合金假體由于具有較高的應力屏蔽能力,會產生明顯的應力屏蔽。彈性模量導致假體周圍骨溶解,但研究表明,磨損引起的納米碎片和小顆??僧a生細胞毒性,導致實驗中成纖維細胞DNA損傷,其中納米碎片造成更大的損傷。
    
     此外,長期植入人體的鈷鉻合金會釋放出金屬離子,尤其是鉻離子,這些離子具有潛在的細胞毒性、致癌性和過敏反應。其血液及術后出現一系列神經系統癥狀,臨床上應謹慎使用。
    
     與鈷鉻合金相比,鈦合金具有更好的生物相容性,其彈性模量僅為鈷鉻合金彈性模量的一半,能更好地分散應力,從而對假體相鄰骨具有較小的應力屏蔽作用。采用不同硬度的鈷鉻合金和鈦合金材料對8只實驗犬進行全髖關節置換術。定量數據分析表明,三種鈷鉻合金假體在應力集中時均有嚴重的骨吸收,而鈦合金假體在8只實驗犬中無嚴重的骨吸收,表明鈦合金引起的應力遮擋具有較低的硬度。鈦-6Al(Al)-4V(釩)合金已取得很大進展,在醫學領域得到了廣泛的應用,其具有較高的強度和較好的加工性能,首次應用于臨床,但茅元慶等人的研究表明,破骨細胞攝取Ti-6Al(Al)-4V(V)顆粒后,破骨細胞的形態和功能發生改變,骨形成骨肉瘤。NE再吸收功能增強。
    
     同時,這些合金中含有鋁和釩元素,這些元素有毒,可引起器官損傷,為了避免V(V)的毒性,Ti-6Al(Al)-4V(V)逐漸被a+β醫用鈦合金和新型β醫用鈦合金所取代。兩種鈦合金的彈性模量接近骨骼的彈性模量,雖然鈦金屬的彈性模量最接近人體骨骼的彈性模量,但其彈性模量仍然是人體骨骼彈性模量的4-10倍,可導致種植體周圍骨骼嚴重削弱、應力遮擋,最終導致置換失敗。鈦金屬耐磨性差,在重復應力作用下容易發生金屬疲勞和斷裂。鈦金屬由于密度低、與人體骨骼密度相近、彈性模量低、生物相容性好、耐腐蝕性能好、機械強度高等特點,在臨床上主要用于顴弓固位和下頜固位柄的制造。隨著醫學領域數字化技術的發展,三維印刷技術給傳統的鈦合金加工技術帶來了機遇和挑戰,其對鈦金屬性能的影響越來越受到人們的關注。
    
     傳統的鈦金屬加工技術主要是鑄造或鍛造工藝,其最大的缺點在于高性能復雜結構件的制造,與傳統的材料還原制造技術相比,三維打印技術又稱為材料添加制造技術。奧吉。其最大的優點是可以考慮復雜形狀結構的精密成形和高性能制造,材料附加制造的力學性能一般比鑄件高很多,但相當于鍛件。討論了鈦合金三維打印個性化下頜骨種植體的設計、制作及臨床應用,結果表明:鈦合金三維打印個性化下頜骨種植體具有良好的力學性能、重量輕、制作精度高、臨床效果滿意等特點。對三維打印鈦合金單個骨盆假體的生物力學進行了有限元分析,表明三維打印鈦合金骨盆假體能夠滿足生物力學要求。
    
     傳統的假體表面處理技術很多,如鈦珠燒結、鈦粉噴涂、絲織等,但存在很多問題。目前鈦金屬表面的處理方法主要有離子注入法、等離子噴涂法、電泳沉積法、激光脈沖沉積法、涂層燒結法等。d.羥基磷灰石(HA)具有與人骨骼相同的無機成分,并能與宿主骨產生良好的骨結合。因此,常在鈦合金表面制備HA涂層,引導骨生長到粗糙的表面微孔中,從而形成生物自鎖固定和機械咬合固定,提高假體的穩定性。涂層在制備過程中,以及在高溫下對透明質酸(HA)涂層的分解,影響其生物性能。通過等離子噴涂在鈦基體上制備多孔鈦涂層,并與MC3T3細胞共培養。結果表明,所制備的多孔鈦涂層具有良好的生物活性,與傳統的噴涂技術相比,三維噴涂技術在金屬表面處理方面具有更多的優勢,電子束熔化(EBM)技術是三維噴涂技術的重要組成部分。采用EBM技術可以獲得理想的骨生長界面,采用EBM技術一步成型可形成表面多孔層。
    
     結果表明,EBM制備的鈦合金多孔表面具有三維孔結構和良好的生物特性,能促進細胞粘附生長,誘導干細胞的骨分化,增強金屬生物材料與細胞的結合力,大大提高了金屬材料與細胞的結合能力。金屬假體,從而獲得良好的力學性能。評價三維打印鈦合金小梁金屬杯用于全髖關節置換術的近期療效。隨訪6個月,三維打印鈦合金小梁金屬杯初始穩定性好,早期骨生長良好,短期效果滿意。
    
     結果表明,離子氮化和離子碳化可以提高鈦合金的耐磨性,于前謙等研究了鈦6Al-4V合金氮離子注入人工體液后的耐腐蝕性和耐磨性。結果表明,鈦6Al-4V合金氮離子注入后的摩擦系數和磨損率明顯降低。研究了C離子注入醫用純鈦的性能改善。結果表明,鈦合金和其它材料如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)相對滑動時,植入層的硬度、彈性模量、耐磨性和耐腐蝕性得到改善。
    
     1972年,Kent等人設計了一種鈷鉻下頜支假體,在髁狀突頭部涂以四氟乙烯聚合物,以期利用其空隙率促進軟組織和硬組織的向內生長,獲得更穩定的固位力。上世紀80年代和90年代初,Proplast-Teflon假體獲得FDA認證,并在臨床上應用。然而,越來越多的科學家在體外測試了這種材料的性能,缺乏摩擦和動物實驗,最終,由于其生物相容性差和磨損顆粒的結果,美國食品和藥物管理局召回了廣泛應用于Proplast假體、Vkiteflon假體和其他假體的材料FEP。嚴重并發癥。
    
     20世紀80年代初,研究人員設計了由高壓聚乙烯制成的關節窩和鈦合金制成的髁狀突頭組成的人工關節,高壓聚乙烯的低彈性模量使其具有一定的減震效果,有效地緩沖了人工假體之間的沖擊,自20世紀80年代初開始,研究人員設計了由鈦合金制成的關節窩和鈦合金制成的髁狀突頭。采用了抗沖擊、耐磨、摩擦系數低、耐化學腐蝕、耐低溫、抗應力開裂、吸水率低、生物相容性好、自潤滑的超高分子量聚乙烯。但長期隨訪發現,聚乙烯或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)假體存在明顯的后期磨損,分解的顆粒導致人工關節松動、脫位。
    
     如何提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)關節植入物的耐磨性和使用壽命已成為研究熱點,研究結果表明,通過復合強化和表面處理,可以有效提高超高分子量聚乙烯的耐磨性。輻射交聯可以顯著提高超高分子量聚乙烯的耐磨性。通過熱處理和添加氧化劑,可以提高超高分子量聚乙烯的抗氧化性,通過化學交聯和輻射交聯兩種方法制備超高分子量聚乙烯,可在人工髖關節總磨損試驗中維持500萬次循環,具有良好的耐磨性和疲勞強度,但交聯提高了耐磨性。對超高分子量聚乙烯的性能進行了研究,降低了其疲勞強度、拉伸強度等物理性能,如何在耐磨性和其它優良性能之間找到一個平衡點尚待進一步研究。
    
     考慮到金屬金屬與金屬聚合物材料之間的磨損顆粒引起的嚴重并發癥,一些學者提出了使用陶瓷材料的建議,陶瓷材料具有高強度、良好的耐磨性、化學穩定性和耐腐蝕性,并在臨床上得到了應用。2002年,van loon等人設計了鈦合金關節窩和顴弓固定器。采用陶瓷材料作人工關節窩襯。以鈦合金為固定柄,陶瓷為髁突,動物實驗表明,人工關節的磨損率較低,已成功應用于一例臨床患者。術后未發現明顯的不良反應,但其缺點也很明顯,如硬度高、脆性大、彈性模量高、拉伸和彎曲強度低等,使用過程中易發生脆性斷裂和骨損傷,針對生物陶瓷高脆性的缺點,提出了新的技術?,F代生產中可采用無塵處理、熱平衡壓力和激光刻蝕等方法對生物陶瓷進行改性,提高其物理性能,近年來,生物陶瓷髖臼在國外得到了廣泛的發展和臨床應用,但由于擔心其脆性和易裂裂性,生物陶瓷在國內外得到了廣泛的發展。t空調TMJ緩慢。
    
     2000年,王惠明等人對生物陶瓷人工髁突在顳下頜關節置換術中的實驗研究進行了探討。結果表明,純生物陶瓷材料不適合直接替代髁突。通過現代組織工程技術在人工髁突表面誘導一定厚度的軟骨或纖維組織,以降低人工髁突的表面硬度,防止陶瓷顆粒的擴散。研究了陶瓷材料的高耐磨性和硬度、噴涂或燒結工藝,并在金屬外表面涂上一層硬化層,以提高其耐磨性,形成骨結合,提高固定效果,防止松動和脫落。結果表明,通過生物實驗和初步臨床應用,在金屬假體表面噴涂一定厚度的氧化鋁或氧化鋯陶瓷粉末,可有效提高假體和活組織的鎖礦效果。
    
     為了解決單一材料的局限性,充分發揮其性能優勢,復合材料的研究已成為一種趨勢,羥基磷灰石粉和聚丙烯醇粉復合材料彌補了生物陶瓷粉體生物降解性差的問題,具有較好的生物相容性和穩定性。與高分子材料相比,復合材料的力學性能更高,目前研究階段的復合材料包括羥基磷灰石/金屬生物復合材料、羥基磷灰石/惰性陶瓷生物復合材料、碳纖維增強高分子生物復合材料和碳碳生物復合材料,但復合材料的研究還不完善,尚處于起步階段。實驗研究,長期臨床療效尚不可預測。
    
     材料的發展對人工TMJ的發展起著重要作用。盡管人工關節材料的選擇已經成熟,但仍存在金屬過敏、高分子材料的異物巨細胞反應、生物陶瓷的脆弱性等問題,目前還沒有一種理想的材料,提高了其耐磨性、耐腐蝕性、生物相容性等優異的性能。種植體材料的特性,以提高人體內種植體假體的壽命,是未來的關鍵研究課題之一,如在假體表面噴涂材料和微孔處理;使用可生物降解材料;材料的表面改性;復合材料的制備等,同時,還需對其進行生物降解。隨著時間的推移,三維打印技術在人工關節假體中的應用越來越廣泛,取得了良好的臨床效果,基于三維打印技術的特殊加工技術,如何利用其特殊的加工技術來提高假體材料的性能還有待于進一步研究。
    
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