Что такое биомедицинские металлы?

Введение

Биомедицинские металлы играют важную роль в современной медицине. Они помогают диагностировать, лечить, восстанавливать или заменять поврежденные ткани в человеческом теле. Эти металлы используются для восстановления и замены твердых тканей, таких как кости и зубы. Они также используются для лечения сердечно-сосудистых и мягких тканей и участвуют в производстве искусственных органов.

Мировой фармацевтический рынок расширяется, что приводит к более широкому использованию биомедицинских металлов. Эти материалы включают в себя различные металлы и сплавы. Они известны своей высокой механической прочностью и долговечностью, что делает их идеальными для изготовления несущих нагрузку имплантатов. Чтобы эффективно функционировать в течение длительного времени, биомедицинские металлы должны обладать отличными механическими и физическими свойствами. Они также должны обладать превосходной коррозионной стойкостью, биосовместимостью и легкостью обработки.

Виды биомедицинских металлов

1. Тантал

Тантал - тугоплавкий металл с твердотельной кубической структурой. Он обладает высокой химической стабильностью и устойчивостью к коррозии. В физиологической среде тантал образует на своей поверхности устойчивую пассивированную пленку. Эта пленка защищает его от коррозии и обеспечивает биосовместимость.

Тантал ценен в ортопедии и стоматологии. Он хорошо интегрируется в костную ткань, способствуя образованию новой кости вокруг нее. Тантал используется для изготовления костных пластин, винтов и корней имплантатов. Благодаря своим уникальным свойствам он также подходит для наложения хирургических швов и устранения мышечных дефектов. Его высокая электроотрицательность обеспечивает отличные антитромботические свойства, полезные для эндоваскулярных стентов и искусственных сердец. Кроме того, изотопы тантала используются в лучевой терапии благодаря своим эффективным радиографическим свойствам.

2. Ниобий

Ниобий - еще один тугоплавкий металл с температурой плавления 2467°C и кубоцентрированной структурой. У него много общих с танталом свойств, включая химическую стабильность и коррозионную стойкость. Ниобий также обладает хорошей биосовместимостью с тканями человека.

Ниобий используется для производства медицинских имплантатов, таких как интрамедуллярные гвозди. Однако его применение ограничено из-за экономических проблем и проблем с поставками. Несмотря на эти ограничения, ниобий по-прежнему ценен в конкретных биомедицинских областях, где его свойства особенно выгодны.

3. Цирконий

Цирконий имеет температуру плавления 1952°C и плотную кубическую структуру при комнатной температуре. При температуре выше 862°C он переходит в телесно-центрированную кубическую структуру. Цирконий обладает схожими с титаном химическими свойствами, в том числе способностью образовывать защитную пассивированную пленку при воздействии кислорода и водорода при высоких температурах.

Цирконий обладает высокой коррозионной стойкостью и отличными технологическими свойствами. Цирконий медицинского класса часто используется вместе с чистым титаном в клинических условиях. Однако его применение несколько ограничено из-за высокой стоимости по сравнению с другими биомедицинскими металлами. Цирконий может быть переработан в пластины, ленты и проволоку для использования в имплантатах и других медицинских устройствах.

4. Титан

Титан - легкий и прочный металл с температурой плавления 1885°C. Он образует устойчивый оксидный слой, что делает его очень устойчивым к коррозии. Титан хорошо интегрируется в костную ткань, демонстрируя отличную биосовместимость. Это свойство делает его популярным выбором для изготовления имплантатов, включая зубные коронки, костные пластины и протезы суставов. Кроме того, низкая плотность и высокое соотношение прочности и веса делают его идеальным для применения в ортопедии и стоматологии.

5. Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь, особенно сплав 316L, широко используется в биомедицине. Она обладает превосходной прочностью, коррозионной стойкостью и доступностью. Этот металл используется в различных медицинских устройствах, таких как хирургические инструменты, стенты и ортопедические имплантаты. Хотя его биосовместимость ниже по сравнению с титаном или танталом, экономичность и механические свойства делают его распространенным выбором.

6. Кобальт-хромовые сплавы

Кобальто-хромовые сплавы, такие как Co-Cr-Mo, известны своей высокой прочностью, износостойкостью и коррозионной стойкостью. Эти сплавы широко используются в ортопедических имплантатах, зубных протезах и кардиологических устройствах. Благодаря своим механическим свойствам они подходят для применения в условиях высоких нагрузок. Однако они зачастую более жесткие, чем титан, что может повлиять на их интеграцию с костью.

7. Магниевые сплавы

Магниевые сплавы становятся перспективными материалами для временных имплантатов благодаря своей биодеградируемости. Они используются в устройствах для фиксации костей, которые постепенно рассасываются по мере заживления кости. Магниевые сплавы обладают хорошими механическими свойствами и имеют небольшой вес. Однако скорость их коррозии в физиологической среде требует тщательного контроля.

8. Платина

Платина - благородный металл, известный своей превосходной биосовместимостью и коррозионной стойкостью. Она используется в медицинских устройствах, где биосовместимость имеет решающее значение, например, в некоторых типах электродов и имплантатов. Хотя платина менее распространена, чем титан или нержавеющая сталь, из-за своей высокой стоимости, ее уникальные свойства делают ее ценной для специфических применений.

Заключение

Биомедицинские металлы играют важнейшую роль в современных медицинских устройствах и имплантатах благодаря своим уникальным свойствам, таким как прочность, биосовместимость и коррозионная стойкость. Каждый металл обладает особыми преимуществами для различных медицинских применений. Например, титан хорошо интегрируется в кость, а тантал обладает антитромботическими свойствами. Такие компании, как Stanford Advanced Materials (SAM), предлагают высококачественные биомедицинские металлы и сплавы. Их опыт и продукция поддерживают прогресс в области медицинских технологий и способствуют улучшению состояния пациентов.