เหตุใดแท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์จึงมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้?

แท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์ส่วนใหญ่ทำจากไทเทเนียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสมไทเทเนียมและมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ ไทเทเนียมเป็นโลหะอ่อนที่มีความหนาแน่นประมาณ 4.5 กรัม/ซม. ซึ่งต่ำกว่าเหล็กมาก สิ่งนี้ทำให้แท่งไทเทเนียมมีน้ำหนักเบาในการใช้งานทางการแพทย์และสามารถลดภาระของผู้ป่วย ไทเทเนียมยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและความต้านทานอุณหภูมิสูงและสามารถรักษาประสิทธิภาพที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

อย่างไรก็ตามในบรรดาคุณสมบัติทั้งหมดของแท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์ความเข้ากันได้ทางชีวภาพนั้นเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย ความเข้ากันได้ทางชีวภาพหมายถึงความสามารถของวัสดุที่จะไม่ทำให้เกิดอาการไม่พึงประสงค์หรือการปฏิเสธเมื่อสัมผัสกับเนื้อเยื่อของมนุษย์ สำหรับอุปกรณ์การแพทย์ที่ฝังอยู่ในร่างกายมนุษย์เป็นเวลานานคุณภาพของความเข้ากันได้ทางชีวภาพนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับอัตราความสำเร็จของการดำเนินงานและคุณภาพของการฟื้นตัวของผู้ป่วย

เหตุผลที่แท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมส่วนใหญ่เกิดจากลักษณะขององค์ประกอบไทเทเนียมและการออกแบบอัลลอยไทเทเนียมอย่างระมัดระวัง

ไทเทเนียมเป็นโลหะเฉื่อยทางชีวภาพซึ่งหมายความว่าไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับสารอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมของมนุษย์ เมื่อแท่งไทเทเนียมถูกฝังอยู่ในร่างกายมนุษย์มันจะไม่ตอบสนองทางเคมีกับเนื้อเยื่อรอบ ๆ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงการผลิตและการปล่อยสารอันตราย ความเฉื่อยทางชีวภาพนี้ช่วยให้แท่งไทเทเนียมมีเสถียรภาพในร่างกายมนุษย์เป็นเวลานานโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อโดยรอบ

แม้ว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์นั้นเป็นความเฉื่อยชาทางชีวภาพความแข็งแกร่งและความเหนียวของมันอาจไม่ตอบสนองความต้องการของแอพพลิเคชั่นทางการแพทย์บางอย่าง ดังนั้นแท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์มักจะทำจากโลหะผสมไทเทเนียม โลหะผสมไทเทเนียมทำโดยการเพิ่มองค์ประกอบโลหะอื่น ๆ (เช่นอลูมิเนียมวานาเดียมโมลิบดีนัม ฯลฯ ) ให้กับไทเทเนียมบริสุทธิ์เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงและความทนทาน อย่างไรก็ตามประเภทและเนื้อหาขององค์ประกอบที่เพิ่มเข้ามาเหล่านี้จะต้องได้รับการควบคุมอย่างประณีตเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะผสมไทเทเนียมสามารถรักษาความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีในขณะที่ยังคงคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม

ตัวอย่างเช่น TI-6AL-4V (TC4) เป็นโลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์ที่ใช้กันทั่วไปซึ่งมีอลูมิเนียม 6% และวานาเดียม 4% โลหะผสมนี้ไม่เพียง แต่มีความแข็งแรงสูงและความเหนียวที่ดีเท่านั้น แต่ยังรักษาคุณสมบัติทางชีวภาพของไทเทเนียมไว้ด้วย ดังนั้นโลหะผสมไทเทเนียม TC4 จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์การแพทย์เช่นข้อต่อประดิษฐ์และการปลูกถ่ายศัลยกรรมกระดูก

นอกเหนือจากคุณสมบัติของวัสดุเองการรักษาพื้นผิวของแท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์ยังมีผลกระทบที่สำคัญต่อความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ในระหว่างกระบวนการผลิตพื้นผิวของแท่งไทเทเนียมมักจะผ่านชุดของการรักษาเช่นการบดการขัด, ดอง, ฯลฯ เพื่อลบชั้นออกไซด์และสิ่งสกปรกบนพื้นผิวและปรับปรุงพื้นผิวและความเรียบ มาตรการการรักษาเหล่านี้สามารถลดแรงเสียดทานและการระคายเคืองระหว่างแท่งไทเทเนียมและเนื้อเยื่อโดยรอบซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของการถูกปฏิเสธ

นอกจากนี้เทคโนโลยีการบำบัดพื้นผิวขั้นสูงบางอย่าง (เช่นอะโนไดซ์การออกซิเดชั่นไมโครอาร์ค ฯลฯ ) ยังสามารถสร้างฟิล์มออกไซด์หนาแน่นบนพื้นผิวของแท่งไทเทเนียม ฟิล์มออกไซด์นี้ไม่เพียง แต่สามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอของแท่งไทเทเนียมเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ตัวอย่างเช่นอะโนไดซ์สามารถสร้างฟิล์มออกไซด์ที่มีรูพรุนบนพื้นผิวของแท่งไทเทเนียมและรูขุมขนเหล่านี้สามารถดูดซับโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (เช่นโปรตีนปัจจัยการเจริญเติบโต ฯลฯ ) ดังนั้นการส่งเสริมการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมเนื้อเยื่อรอบ ๆ

ขอบคุณความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยม แท่งไทเทเนียมเกรดแพทย์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการแพทย์ ต่อไปนี้เป็นสถานการณ์แอปพลิเคชันทั่วไป:

ข้อต่อประดิษฐ์เป็นหนึ่งในพื้นที่การใช้งานที่สำคัญของแท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์ ไม่ว่าจะเป็นการผลิตข้อต่อประดิษฐ์เช่นข้อต่อสะโพกข้อต่อหัวเข่าหรือข้อต่อไหล่แท่งไทเทเนียมสามารถให้การสนับสนุนโครงสร้างที่มั่นคง ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมช่วยให้แท่งไทเทเนียมสามารถอยู่ร่วมกับกระดูกมนุษย์เป็นเวลานานโดยไม่ก่อให้เกิดอาการไม่พึงประสงค์ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าการฟื้นตัวของการทำงานร่วมกันและการปรับปรุงการเคลื่อนไหวของผู้ป่วย

ในการผ่าตัดศัลยกรรมกระดูกมีการใช้แท่งไทเทเนียมอย่างกว้างขวางในการผลิตอุปกรณ์ตรึงภายในเช่นแผ่นกระดูกและเล็บกระดูก อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้กระดูกคืนค่ารูปร่างและฟังก์ชั่นปกติของพวกเขาโดยการแก้ไขพื้นที่แตกหัก น้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูงของแท่งไทเทเนียมช่วยให้อุปกรณ์เหล่านี้สามารถลดภาระของผู้ป่วยในขณะที่มั่นใจได้ว่ามีความแข็งแรงเพียงพอซึ่งเอื้อต่อการฟื้นตัวหลังการผ่าตัด นอกจากนี้ความต้านทานการกัดกร่อนและความยืดหยุ่นที่ดีของแท่งไทเทเนียมยังช่วยให้มั่นใจว่าเครื่องมือรักษาประสิทธิภาพที่มั่นคงหลังจากการทำความสะอาดและการฆ่าเชื้อโรคหลายครั้ง

ในด้านทันตกรรมมีการใช้แท่งไทเทเนียมเป็นวัสดุหลักสำหรับการปลูกถ่ายทันตกรรม ความหนาแน่นค่อนข้างต่ำและลักษณะความแข็งแรงสูงไม่เพียง แต่ให้การสนับสนุนเชิงกลที่ดี แต่ยังช่วยลดความรู้สึกไม่สบายของผู้ป่วยหลังการผ่าตัด ในเวลาเดียวกันความเข้ากันได้ทางชีวภาพของแท่งไทเทเนียมยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าการบูรณาการที่ดีระหว่างรากฟันเทียมและเนื้อเยื่อโดยรอบ

นอกเหนือจากสาขาข้างต้นแท่งไทเทเนียมเกรดทางการแพทย์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์การแพทย์ต่างๆ ตัวอย่างเช่นเข็มเย็บหลอดเลือดไทเทเนียมเย็บแผลและเครื่องมืออื่น ๆ มีบทบาทสำคัญในการผ่าตัดหัวใจ การใช้อิเล็กโทรดไทเทเนียมในอุปกรณ์การแพทย์เช่น electrocardiographs ช่วยเพิ่มความแม่นยำของการวินิจฉัย และการใช้ภาชนะเพาะเลี้ยงไทเทเนียมในเครื่องวัฒนธรรมในหลอดทดลองให้สภาพแวดล้อมการทดลองที่มีเสถียรภาพมากขึ้นสำหรับการวิจัยทางชีวการแพทย์