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常用的醫(yī)用鈦合金及其應(yīng)用情況

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時間:2024-08-08 | 瀏覽:268次 ]

工業(yè)純鈦,是最早用于人體醫(yī)療用途的鈦合金。中國人民解放軍總醫(yī)院于1977年對某患者進行了工業(yè)純鈦人工股骨頭置換手術(shù)。30年后觀察發(fā)現(xiàn),鈦假體球部表面光滑,直徑?jīng)]有明顯變化,用骨水泥固定鈦假體牢固,沒有松動和下沉,與髖臼配合良好,髖關(guān)節(jié)活動自如(包括屈、伸、外展、內(nèi)收、內(nèi)旋、外旋等),無疼痛感,長期療效良好。

Ti-6A1-4V Ti-6AI-4VELI合金,是比較成熟的鈦合金,廣泛應(yīng)用于植人物材料。由于該合金含有毒元素釩,長期用于人體,恐有潛在有害影響。醫(yī)務(wù)界對此心存疑慮。

第二代無釩醫(yī)用鈦合金。Ti-6AI-7Nb合金由瑞士Sulzer 醫(yī)學(xué)技術(shù)公司開發(fā)并投入臨床應(yīng)用,證明其具有更好的生物相容性,于1987年被納入瑞士SN056512標準。國內(nèi)由北京有色金屬研究院與寶雞有色金屬加工廠共同研制開發(fā)該合金,并通過醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用試驗,該項目于 2001年度獲中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎。此外,還有德國的Ti-5A1-2.5Fe合金、印度的 Ti-5A1-1.5B 合金,Ti-15Mo-5Zr-3A1Ti-6A1-2Nb-1Ta等。

新型β型鈦合金。20 世紀90年代,美、日不用釩、鋁等有毒元素,而用鉬、鈮、鉭、鋯等無毒元素開發(fā)了一系列新型β鈦合金。該類合金有兩個特點:一是含高的穩(wěn)定元素;二是具有較低的彈性模量(E=55-80GPa),這樣更接近致密人骨的彈性模量(E=28GPa)。美國開發(fā)的合金系列有:Ti-13Nb-13Zr、Ti-12M0-6Zr-2Fe(TMZF)、Ti-15Mo-2.8Nb-0.2S(Timetal 21SRX)Ti-15Nb、Ti-16Nb-10Hf、Ti-15Mo-3Nb。日本開發(fā)的有:Ti-35Nb5Ta-7ZrTi-29Nb-13Ta(分別加上4.6Zr4Mo2Sn4.6Sn6Sn)等合金系列。

Ti-Ni合金。Ti-Ni形狀記憶合金是一種新型的功能材料,具有奇特的形狀記憶特性和相變偽彈性,Ti-Ni合金通常分為三類:單程記憶效應(yīng)合金;雙程記憶效應(yīng)合金;超彈性合金。應(yīng)具有優(yōu)良的生物相容性,耐蝕耐磨性、高抗疲勞性、與人體骨頭相近的彈性模量,該合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,可用于口腔、神經(jīng)外科、心血管胸外科、耳鼻喉科、肝膽科、泌尿外科及婦科等,產(chǎn)品包括牙齒矯形絲、根管銼、脊柱矯形棒、接骨板,髓內(nèi)針、髕骨爪、導(dǎo)絲、導(dǎo)針、心臟補片、血管支架、血栓濾器、食道支架、呼吸道支架、膽道支架、尿道支架、直腸支架。十二指腸支架、、外耳道支架、節(jié)育環(huán)等。

28世紀80年代初內(nèi)支架治療在臨床上逐步興起以來,新型的內(nèi)支架的開發(fā)和研制工作不斷取得令人矚目的研究成果,一些新型的血管與非血管支架不斷涌現(xiàn),目前常用內(nèi)支架已有10多種類型,從基本結(jié)構(gòu)來看,支架可分為兩類:回旋支架和網(wǎng)格支 架。網(wǎng)格型又分交叉網(wǎng)格型(改良型 walstent支架)和編織型(改良型Memotherm支架)等。目前又開發(fā)帶膜支架,防反流帶膜支架,覆膜材料有醫(yī)用硅橡膠、滌綸薄膜。

非血管支架有前列腺尿道支架、食管支架、氣管支架、膽管支架等。心血管支架主要以進口為主,尤其是冠狀動脈。我國自1989年以來在心血管方面進行大量基礎(chǔ)實驗,將Ti-Ni記憶合金支架放入外周血管、冠狀動脈腔靜脈和腹主動脈中進行動物實驗, 結(jié)論是TINi合金血管支架具有良好的血液相容性,支架使血管內(nèi)血流暢通,沒有其他病變發(fā)生。同時,開始在外周血管、冠狀動脈、腔靜脈和腹主動脈中進行了臨床應(yīng)用實驗。

2.鈦在醫(yī)藥和食品工業(yè)中的應(yīng)用

在制藥工業(yè)中,用鈦制錨式或框式攪拌器、鈦制離心機、壓濾罐管道、列管式或盤管式換熱器等。

在化學(xué)制藥生產(chǎn)中廣泛使用搪瓷設(shè)備,其使用壽命較短,因此化工制藥生產(chǎn)使用鈦設(shè)備引人注目。鈦設(shè)備在制藥工業(yè)的應(yīng)用也取得較好的經(jīng)濟效益

(1)維生素B1生產(chǎn)

維生素B1即鹽酸硫胺,由于維生素B1是鹽酸鹽類,含有大量游離氯離子,它對不銹鋼有明顯的腐蝕作用,使用不到半年可導(dǎo)致成品藥中出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物,嚴重影響藥品品質(zhì)。工業(yè)純鈦TA3腐蝕率為 0.00088mm/a,鈦的耐腐蝕能力遠遠優(yōu)于不銹鋼。

東北制藥總廠鈦氣流干燥裝置采用了鈦設(shè)備,1977年制造旋風(fēng)分離器(直徑4450mm*2164mm)兩件;螺旋推進加料機(直徑4100mm*500mm)一套;旋蝸體兩件及附屬管路。1979年制造袋濾器及附屬管路。1984年又制造兩臺加熱器和粉碎機,除散熱器外全部設(shè)備均由鈦材構(gòu)成,鈦設(shè)備使用超過20年以上。

該廠生產(chǎn)葡萄糖產(chǎn)品,其工藝過程中采用 38m2鈦薄膜蒸發(fā)器,管徑為22mm,壁厚2mm,長度 4.8m,共用 103 根鈦管。

(2) 硝氯酚和驅(qū)蛔凈(四咪唑)生產(chǎn)

制藥廠生產(chǎn)硝氯酚和驅(qū)蛔凈,應(yīng)用的是鈦錨式攪拌器和鈦壓濾罐。

生產(chǎn)獸藥硝氯酚的原料為硫酸、硝酸、冰醋酸及含氯的冰醋酸溶液。這些介質(zhì)對設(shè)備腐蝕嚴重,例如用于硝氯化罐中的不銹鋼攪拌器,使用24h就被腐蝕穿孔。使用的鈦錨式攪拌器未發(fā)現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象,正常運轉(zhuǎn),解決了生產(chǎn)中的老大難問題。

驅(qū)蛔凈是一種高效驅(qū)腸道線蟲藥物。在生產(chǎn)過程中,設(shè)備接觸鹽酸、鹽酸鹽等強腐蝕性介質(zhì),所以鋼材設(shè)備壽命都極短。漢江制藥廠應(yīng)用了鈦壓濾罐,多年來的運轉(zhuǎn)效果十分顯著,一級產(chǎn)品率提高到100%。

(3)咖啡因生產(chǎn)

制藥廠生產(chǎn)咖啡因采用了鈦制容器,鈦制框式攪拌器??Х纫蜍囬g縮合工序是以氰化鈉、鹽酸、醋酸、尿素等為原料,在100℃左右條件下反應(yīng)生成咖啡因中間體--氰乙酰脲。反應(yīng)罐中的攪拌器采用不銹鋼制造,一般壽命8~12個月,攪拌器上的螺絲每半個月就得更換一次。使用了鈦制框式攪拌器,使用壽命大為延長,減少了維修工作量,顯著地改善了勞動環(huán)境,促進了咖啡因的生產(chǎn)。

另外,制藥廠在咖啡因生產(chǎn)中采用鈦列管、鈦盤管換熱器等,也取得了顯著的效果。

(4) 氯霉素、安乃近生產(chǎn)

制藥廠生產(chǎn)化學(xué)合成藥品,主要有氯霉素、甲硝唑、安乃近等,使用了鈦熱交換器、升膜濃縮器、鈦硝化反應(yīng)鍋、鈦離心機。

武漢制藥廠1980年,首先做了鈦掛片試驗,將鈦片置于腐蝕嚴重的吡唑酮水解設(shè)備內(nèi),該設(shè)備內(nèi)接觸的主要腐蝕介質(zhì)是氯離子和稀硫酸。反應(yīng)溫度98℃,最后反應(yīng)濃度為9.5%~11%,兩個月后取出試片,經(jīng)稱重及觀察,該片失重幾乎為零,毫無被腐蝕 跡象。1980年加工了一臺鈦熱交換器(TA1鈦管規(guī)格中50mmx2.5mm),1981年初用于生產(chǎn)。

在氯霉素回收工藝上制造了一套鈦合金(T1-0.3M0-0.8Ni)的升膜濃縮器,包括升膜蒸發(fā)器、列管預(yù)熱器、旋風(fēng)分離器各一臺在氯霉素離心過濾工藝中使用了鈦離心過濾機。

另外,食品工業(yè)與制藥業(yè)所使用的設(shè)備相類似,食品用鈦設(shè)備有:味精生產(chǎn)使用了鈦制過濾器。檸檬酸生產(chǎn)使用了鈦制反應(yīng)鍋和換熱器。

7.市場趨勢與展望

30年來,我國植入性醫(yī)療器械市場發(fā)展速度驚人。2009年使用人工關(guān)節(jié)15萬例以上,骨折內(nèi)固定裝置100萬例以上,種植牙數(shù)萬例。過去10年的平均增長率一直保持在15%~30%之間,預(yù)計未來10年仍將以10%以上的速度增長。目前我國骨科和冠狀動脈支架的市場規(guī)模已躍居世界第三位,僅次于美國成為第二位。鈦及鈦合金是與生物系統(tǒng)直接接合的最理想的金屬材料,隨著我國經(jīng)濟和醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展,人民生活水平不斷提高,而且考慮到發(fā)展中國家人口眾多、老齡化明顯等因素,鈦及鈦合金在醫(yī)療行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。


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