Как использовать металлы в биомедицинских целях

Введение

Металлы занимают центральное место в биомедицинских устройствах. Их прочность, долговечность и биосовместимость делают их пригодными для многих применений. Мы рассмотрим некоторые распространенные металлы, опишем их структуру и свойства, а также расскажем об их применении в биомедицинских устройствах.

Распространенные металлы для биомедицинских устройств

Вот краткий обзор распространенных металлов, используемых в биомедицинских устройствах.

Структура и свойства металла

Состав металла определяет, как он будет работать. Большинство металлов имеют кристаллическую структуру, которая определяет, насколько твердыми, прочными и устойчивыми к нагрузкам они будут. Нержавеющая сталь, состоящая из железа, хрома и никеля, подходит для этих целей благодаря своей зернистой структуре. Титан имеет гексагональную структуру с плотной структурой при комнатной температуре и демонстрирует предел текучести 780-1100 МПа, а кобальто-хромовые сплавы могут достигать более 1200 МПа - идеальное решение для таких несущих нагрузку применений, как имплантаты.

Коррозионная стойкость жизненно важна, особенно внутри организма. Титан образует устойчивое оксидное покрытие, которое защищает от солевых жидкостей, а нержавеющая сталь использует пассивное хромовое покрытие. Обработка поверхности, такая как пассивация и анодирование, также повышает долговечность.

Твердость также имеет большое значение. Кобальто-хромовые сплавы отличаются прочностью, износостойкостью и низким коэффициентом трения, а титан характеризуется высокой биосовместимостью и крайне низким уровнем аллергических реакций. Выбор металла зависит от баланса между прочностью, стабильностью и реакцией организма.

Биомедицинское применение металлов

Металлы играют важную роль как во временных, так и в постоянных медицинских устройствах. Ортопедические устройства, в том числе заменители суставов и костные имплантаты, производятся из кобальто-хромовых сплавов и титана благодаря их прочности и биосовместимости. В стоматологических имплантатах также часто используется титан, поскольку он естественным образом интегрируется в кость путем остеоинтеграции.

Нержавеющая сталь и кобальт-хромовые сплавы используются в кардиологии для изготовления стентов и сердечных клапанов, так как они выдерживают постоянное напряжение в течение длительного времени. Металлы платиновой группы лучше всего подходят для электродов кардиостимуляторов и нейростимуляторов благодаря своей химической стабильности.

Металлы также делают возможным создание диагностического оборудования - аппараты МРТ используют очень точные металлические компоненты, а тонкие металлические пленки используются в микромасштабных имплантатах для восприятия. Выбор металла основывается на структуре, прочности и коррозионной стойкости, а дальнейшие исследования позволяют усовершенствовать сплавы для создания еще более надежных и однородных имплантатов.

Заключение

Для конкретных целей были определены лучшие металлы, такие как нержавеющая сталь, титан, кобальт-хром и металлы платиновой группы. Их структура и свойства определяют успех биомедицинских устройств. Металлические имплантаты, стоматологические приспособления, сердечные клапаны и стенты - вот лишь несколько примеров.

Часто задаваемые вопросы

F: Какой металл лучше всего подходит для зубных имплантатов?
В: Титан часто предпочитают использовать для зубных имплантатов из-за его прочности и отличной биосовместимости.

F: Как металлы противостоят коррозии внутри организма?
В: Металлы образуют защитные оксидные слои или пассивные пленки, которые помогают противостоять коррозии в жидкостях организма.

F: Надежны ли кобальт-хромовые сплавы для замены суставов?
В: Да, кобальто-хромовые сплавы обладают высокой прочностью и износостойкостью, что делает их идеальными для замены суставов.