1Requisitos fundamentais dos materiais de implantes médicos: biocompatibilidade, correspondência mecânica e segurança a longo prazo
Os implantes humanos devem satisfazer os seguintes requisitos:
Não toxicidade e alergenicidade: os materiais não podem liberar substâncias nocivas ou induzir respostas imunes;
Compatibilidade mecânica: a resistência do implante e o módulo elástico devem estar próximos do tecido ósseo para evitar a "blindagem por esforço" que conduza à atrofia óssea;
Resistente à corrosão dos fluidos corporais: permanece estável no ambiente eletrolítico humano (sangue e fluidos dos tecidos com pH de 7,3-7,4).
2- Biocompatibilidade das colagens de titânio: base científica para a "coexistência harmoniosa" com o corpo humano
Capacidade de integração da superfície inerte e do osso
Titânioforma uma película de óxido de TiO2 em nanoescala num ambiente fisiológico e a sua composição química é semelhante à da hidroxiapatita (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) dos ossos humanos,que podem induzir a ligação e proliferação de osteoblastosOs dados clínicos mostram que:
A força de ligação entreTitânioImplantes e tecido ósseo podem atingir 15-25 MPa (equivalente a 70% da resistência da interface óssea natural);
A deposição de novo tecido ósseo noTitânioA duração do tratamento pode ser observada 6-8 semanas após a cirurgia (em comparação com mais de 12 semanas para implantes de aço inoxidável).
Nenhum risco de libertação de íons metálicos
O potencial do eléctrodo padrão deTitânioé de -1,63 V, que está em estado passivado no ambiente do corpo humano, e a liberação de íons é < 0,1 μg/L (muito inferior aos 5 μg/L especificados na norma ISO 10993).Implantes de aço inoxidável podem libertar íons alergênicos, tais como Ni2+ e Cr3+, causando dermatite de contacto (a incidência é de cerca de 5% a 10%).
3Aplicação deFusões de titânioem próteses ortopédicas: soluções tridimensionais desde a substituição articular até à fixação da coluna vertebral
1Articulações artificiais: uma linha de vida que substitui o desgaste
Próteses da articulação do quadril: as cápsulas acetabulares e as hastes femorais fundidas com ligas de titânio (como Ti-6Al-4V ELI) apresentam as seguintes características:
Resistência ao desgaste: Após a superfície ser pulverizada com plasma com revestimento de hidroxiapatita, a taxa de desgaste é inferior a 0,1 mm/ano (melhor que a liga cobalto-cromo-molibdênio);
Crescimento ósseo: revestimento poroso de titânio (porosidade 60%-70%, tamanho de poro 300-500μm) pode promover o crescimento de células ósseas para formar um "bloqueio mecânico".
Caso: O sistema de substituição de quadril Mako assistido por robô da Zimmer Biomet usa próteses de fundição de titânio com uma taxa de sobrevivência de 10 anos de mais de 95%.
Próteses da articulação do joelho: os planaltos tibiais e os cóndilos femorais feitos de fundições de titânio podem alcançar um design de superfície curva complexa através de fundição de investimento, adequando-se à estrutura anatômica humana,e reduzir o risco de concentração de stress.
2Sistema de fixação interno da coluna vertebral: remodelar a estabilidade da coluna vertebral
Caixa de titânio: utilizada para fusão lombar, a estrutura de malha da gaiola de titânio fundido pode ser preenchida com osso autólogo e o seu módulo elástico (110 GPa) é próximo do osso canceloso (1-10 GPa),redução da blindagem de tensão das vértebras adjacentes;
Parafuso pedicular: A precisão do design do fio dos parafusos de fundição de titânio pode atingir ± 0,05 mm e o dano ao córtex ósseo durante a implantação é 30% menor do que o dos parafusos de aço inoxidável.
3- Reparação de traumatismos: "apoio invisível" para fixação de fraturas
Placas e parafusos ósseos: as peças fundidas de titânio podem ser feitas em placas ultrafinas (espessura 1,5-2 mm), que são adequadas para pequenas fraturas ósseas nas mãos e nos pés.O desenvolvimento postoperatório por raios-X é claro e não afeta o diagnóstico por imagem;
Nail intramedulário: A resistência à torção das unhas intramedulárias de liga de titânio é 20% superior à do aço inoxidável,que é adequado para a fixação de fraturas ósseas longas (como fraturas do eixo femoral).
IV. Aplicação de molduras de titânio em implantes orais: "Reconstrução funcional" desde o único dente até a restauração da boca inteira
1Implante dentário único: "simulação mecânica" comparável a dentes reais
Corpo do implante: implantes cilíndricos ou cônicos feitos de fundições de titânio, após o tratamento da superfície com gravação ácida de arejamento (SLA), o tempo de ligação óssea pode ser reduzido para 3-4 semanas.Por exemplo::
A taxa de sobrevivência a 5 anos dos implantes de Swiss Straumann (Ti-6Al-4V ELI) é > 98% e a taxa de sucesso é 5% a 8% superior à dos implantes de titânio puro;
Conexão do pilar: A precisão de conexão do pilar de fundição de titânio e do implante é de 50μm, o que pode reduzir o crescimento bacteriano causado por micro-lacuna.
2Implantes bucais e restaurações maxilofaciais: fundição de precisão de estruturas complexas
Suporte de implante de boca cheia todo-em-4: Suportes de liga de titânio são fabricados através de tecnologia de fundição de investimento, que pode fixar 4-6 implantes de uma só vez para apoiar a restauração da dentadura,e reduzir o peso em 40% em comparação com as restaurações segmentadas tradicionais;
Restaurações maxilofaciais: as fundições de titânio podem ser personalizadas para fabricar restaurações de defeitos maxilofaciais complexos, como ossos zigomáticos e mandíbulas.Próteses maxilofaciais de titânio da empresa alemã BEGO são modeladas com dados de TC, e o erro de ajuste é inferior a 0,3 mm.
5- Outras aplicações inovadoras dos materiais fundidos de titânio no domínio médico
Implantes cardiovasculares:
De teor, em peso, em peso, de níquel(liga de memória) são usadas para fabricar stents vasculares, que restauram a forma pré-estabelecida à temperatura corporal e suportam o diâmetro interno do vaso sanguíneo.A sua flexibilidade é 5 vezes superior à dos stents de aço inoxidável;
Implantes auditivos:
As cadeias ossiculares artificiais feitas de fundidos de titânio pesam apenas 0,1-0,3 g, e sua eficiência de condução sonora é 30% superior à dos implantes plásticos.São adequados para pacientes com perda auditiva condutiva.;
Reparação de tecidos moles:
Titânio- os adesivos revestidos são usados para a reparação de hérnia abdominal.A sua estrutura porosa pode promover o crescimento do tecido fibroso e reduzir o risco de deslocamento do adesivo (a taxa de deslocamento dos adesivos de polipropileno tradicionais é de cerca de 8% a 12%)..
VI. Tendências futuras: da "substituição funcional" à "integração biologicamente activa"
Atualização da tecnologia de modificação de superfície:
A superfície das peças fundidas de titânio é revestida com vidro bioativo (como o Bioglass® 45S5), que pode liberar íons Ca2+ e PO43- para promover a mineralização óssea e acelerar a integração óssea;
Combinação de impressão 3D e fundição:
Primeiro, usar a tecnologia SLM para imprimir porosoTitânioestruturas, em seguida, preencher conchas densas de titânio através de fundição de investimento para obter uma estrutura composta de "superfície porosa + núcleo denso",ao mesmo tempo que satisfaz as necessidades de crescimento ósseo e suporte mecânico;
Investigação e desenvolvimento de ligas de titânio degradáveis:
Magnésio ligadoTitânio(como Ti-2Mg-3Zn) pode ser degradado lentamente no organismo, liberando íons de magnésio para promover a osteogênese, e é adequado para fixação a curto prazo (como fixação de fraturas em crianças).
Conclusão: As colagens de titânio tornaram-se o "material de ouro" no domínio dos implantes médicos, com a sua excelente biocompatibilidade, propriedades mecânicas e capacidades de moldagem de precisão.De grandes articulações ortopédicas a microimplantes orais, as suas vantagens não se limitam a substituir os tecidos danificados, mas também a promover o desenvolvimento da medicina regenerativa através da "interação harmoniosa" entre os materiais e o corpo humano.Com inovações na engenharia de superfícies e no projeto de ligas, a aplicação de moldes de titânio na medicina personalizada e no tratamento de precisão continuará a aprofundar-se, proporcionando aos doentes soluções de implante mais duradouras e confortáveis.
1Requisitos fundamentais dos materiais de implantes médicos: biocompatibilidade, correspondência mecânica e segurança a longo prazo
Os implantes humanos devem satisfazer os seguintes requisitos:
Não toxicidade e alergenicidade: os materiais não podem liberar substâncias nocivas ou induzir respostas imunes;
Compatibilidade mecânica: a resistência do implante e o módulo elástico devem estar próximos do tecido ósseo para evitar a "blindagem por esforço" que conduza à atrofia óssea;
Resistente à corrosão dos fluidos corporais: permanece estável no ambiente eletrolítico humano (sangue e fluidos dos tecidos com pH de 7,3-7,4).
2- Biocompatibilidade das colagens de titânio: base científica para a "coexistência harmoniosa" com o corpo humano
Capacidade de integração da superfície inerte e do osso
Titânioforma uma película de óxido de TiO2 em nanoescala num ambiente fisiológico e a sua composição química é semelhante à da hidroxiapatita (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) dos ossos humanos,que podem induzir a ligação e proliferação de osteoblastosOs dados clínicos mostram que:
A força de ligação entreTitânioImplantes e tecido ósseo podem atingir 15-25 MPa (equivalente a 70% da resistência da interface óssea natural);
A deposição de novo tecido ósseo noTitânioA duração do tratamento pode ser observada 6-8 semanas após a cirurgia (em comparação com mais de 12 semanas para implantes de aço inoxidável).
Nenhum risco de libertação de íons metálicos
O potencial do eléctrodo padrão deTitânioé de -1,63 V, que está em estado passivado no ambiente do corpo humano, e a liberação de íons é < 0,1 μg/L (muito inferior aos 5 μg/L especificados na norma ISO 10993).Implantes de aço inoxidável podem libertar íons alergênicos, tais como Ni2+ e Cr3+, causando dermatite de contacto (a incidência é de cerca de 5% a 10%).
3Aplicação deFusões de titânioem próteses ortopédicas: soluções tridimensionais desde a substituição articular até à fixação da coluna vertebral
1Articulações artificiais: uma linha de vida que substitui o desgaste
Próteses da articulação do quadril: as cápsulas acetabulares e as hastes femorais fundidas com ligas de titânio (como Ti-6Al-4V ELI) apresentam as seguintes características:
Resistência ao desgaste: Após a superfície ser pulverizada com plasma com revestimento de hidroxiapatita, a taxa de desgaste é inferior a 0,1 mm/ano (melhor que a liga cobalto-cromo-molibdênio);
Crescimento ósseo: revestimento poroso de titânio (porosidade 60%-70%, tamanho de poro 300-500μm) pode promover o crescimento de células ósseas para formar um "bloqueio mecânico".
Caso: O sistema de substituição de quadril Mako assistido por robô da Zimmer Biomet usa próteses de fundição de titânio com uma taxa de sobrevivência de 10 anos de mais de 95%.
Próteses da articulação do joelho: os planaltos tibiais e os cóndilos femorais feitos de fundições de titânio podem alcançar um design de superfície curva complexa através de fundição de investimento, adequando-se à estrutura anatômica humana,e reduzir o risco de concentração de stress.
2Sistema de fixação interno da coluna vertebral: remodelar a estabilidade da coluna vertebral
Caixa de titânio: utilizada para fusão lombar, a estrutura de malha da gaiola de titânio fundido pode ser preenchida com osso autólogo e o seu módulo elástico (110 GPa) é próximo do osso canceloso (1-10 GPa),redução da blindagem de tensão das vértebras adjacentes;
Parafuso pedicular: A precisão do design do fio dos parafusos de fundição de titânio pode atingir ± 0,05 mm e o dano ao córtex ósseo durante a implantação é 30% menor do que o dos parafusos de aço inoxidável.
3- Reparação de traumatismos: "apoio invisível" para fixação de fraturas
Placas e parafusos ósseos: as peças fundidas de titânio podem ser feitas em placas ultrafinas (espessura 1,5-2 mm), que são adequadas para pequenas fraturas ósseas nas mãos e nos pés.O desenvolvimento postoperatório por raios-X é claro e não afeta o diagnóstico por imagem;
Nail intramedulário: A resistência à torção das unhas intramedulárias de liga de titânio é 20% superior à do aço inoxidável,que é adequado para a fixação de fraturas ósseas longas (como fraturas do eixo femoral).
IV. Aplicação de molduras de titânio em implantes orais: "Reconstrução funcional" desde o único dente até a restauração da boca inteira
1Implante dentário único: "simulação mecânica" comparável a dentes reais
Corpo do implante: implantes cilíndricos ou cônicos feitos de fundições de titânio, após o tratamento da superfície com gravação ácida de arejamento (SLA), o tempo de ligação óssea pode ser reduzido para 3-4 semanas.Por exemplo::
A taxa de sobrevivência a 5 anos dos implantes de Swiss Straumann (Ti-6Al-4V ELI) é > 98% e a taxa de sucesso é 5% a 8% superior à dos implantes de titânio puro;
Conexão do pilar: A precisão de conexão do pilar de fundição de titânio e do implante é de 50μm, o que pode reduzir o crescimento bacteriano causado por micro-lacuna.
2Implantes bucais e restaurações maxilofaciais: fundição de precisão de estruturas complexas
Suporte de implante de boca cheia todo-em-4: Suportes de liga de titânio são fabricados através de tecnologia de fundição de investimento, que pode fixar 4-6 implantes de uma só vez para apoiar a restauração da dentadura,e reduzir o peso em 40% em comparação com as restaurações segmentadas tradicionais;
Restaurações maxilofaciais: as fundições de titânio podem ser personalizadas para fabricar restaurações de defeitos maxilofaciais complexos, como ossos zigomáticos e mandíbulas.Próteses maxilofaciais de titânio da empresa alemã BEGO são modeladas com dados de TC, e o erro de ajuste é inferior a 0,3 mm.
5- Outras aplicações inovadoras dos materiais fundidos de titânio no domínio médico
Implantes cardiovasculares:
De teor, em peso, em peso, de níquel(liga de memória) são usadas para fabricar stents vasculares, que restauram a forma pré-estabelecida à temperatura corporal e suportam o diâmetro interno do vaso sanguíneo.A sua flexibilidade é 5 vezes superior à dos stents de aço inoxidável;
Implantes auditivos:
As cadeias ossiculares artificiais feitas de fundidos de titânio pesam apenas 0,1-0,3 g, e sua eficiência de condução sonora é 30% superior à dos implantes plásticos.São adequados para pacientes com perda auditiva condutiva.;
Reparação de tecidos moles:
Titânio- os adesivos revestidos são usados para a reparação de hérnia abdominal.A sua estrutura porosa pode promover o crescimento do tecido fibroso e reduzir o risco de deslocamento do adesivo (a taxa de deslocamento dos adesivos de polipropileno tradicionais é de cerca de 8% a 12%)..
VI. Tendências futuras: da "substituição funcional" à "integração biologicamente activa"
Atualização da tecnologia de modificação de superfície:
A superfície das peças fundidas de titânio é revestida com vidro bioativo (como o Bioglass® 45S5), que pode liberar íons Ca2+ e PO43- para promover a mineralização óssea e acelerar a integração óssea;
Combinação de impressão 3D e fundição:
Primeiro, usar a tecnologia SLM para imprimir porosoTitânioestruturas, em seguida, preencher conchas densas de titânio através de fundição de investimento para obter uma estrutura composta de "superfície porosa + núcleo denso",ao mesmo tempo que satisfaz as necessidades de crescimento ósseo e suporte mecânico;
Investigação e desenvolvimento de ligas de titânio degradáveis:
Magnésio ligadoTitânio(como Ti-2Mg-3Zn) pode ser degradado lentamente no organismo, liberando íons de magnésio para promover a osteogênese, e é adequado para fixação a curto prazo (como fixação de fraturas em crianças).
Conclusão: As colagens de titânio tornaram-se o "material de ouro" no domínio dos implantes médicos, com a sua excelente biocompatibilidade, propriedades mecânicas e capacidades de moldagem de precisão.De grandes articulações ortopédicas a microimplantes orais, as suas vantagens não se limitam a substituir os tecidos danificados, mas também a promover o desenvolvimento da medicina regenerativa através da "interação harmoniosa" entre os materiais e o corpo humano.Com inovações na engenharia de superfícies e no projeto de ligas, a aplicação de moldes de titânio na medicina personalizada e no tratamento de precisão continuará a aprofundar-se, proporcionando aos doentes soluções de implante mais duradouras e confortáveis.
