تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم :
تیتانیوم فلز رایجی است که برای کاشت در جراحی ارتوپدی استفاده می شود. در حالی که تیتانیوم یک عنصر فلزی است، اکثر “ایمپلنت های تیتانیوم” ارتوپدی در واقع آلیاژ هستند. این آلیاژها معمولاً ترکیبات اختصاصی هستند – از سازنده ای به سازنده دیگر متفاوت است.
ایمپلنت ها، به‌ویژه آن‌هایی که قرار است برای طول عمر میزبان نگهداری شوند، باید از نظر بیولوژیکی خنثی یا تقریباً از نظر بیولوژیکی خنثی شوند. به عنوان مثال، اگر ماده ای کاشته شود که می تواند متابولیزه شود (به مواد بخیه قابل جذب در زیر مراجعه کنید)، بدن به راحتی خواص مکانیکی ماده را تغییر می دهد. این عواقب طولانی مدت غیرقابل پیش بینی و تا حدودی اجتناب ناپذیر مرتبط با کاشت را ایجاد می کند. به طور مشابه، موادی که مستعد اکسیداسیون هستند یا ذرات فعال بیولوژیکی آزاد می کنند نامطلوب هستند.
تیتانیوم، بر خلاف این نمونه ها، به طور قابل پیش بینی در هنگام کاشت اکسید می شود. تیتانیوم اکسید شده یک لایه بسیار نازک از تیتانیوم اکسید شده ایجاد می کند که برای پوشش ایمپلنت عمل می کند. این لایه از نظر بیولوژیکی بی اثر است. مزایای این شامل مکانیک حفظ شده و قابل پیش بینی مواد، عدم پاسخ بیولوژیکی میزبان، و پایداری طولانی مدت مواد بود.
مدول الاستیسیته توانایی یک ماده برای تغییر شکل تحت تنش را توصیف می کند. به طور خاص، مقدار تنش مورد نیاز برای تغییر شکل الاستیک مواد را توصیف می کند. این تغییر شکل به صورت خطی و قابل پیش بینی رخ می دهد. هنگام مقایسه فلزات برای کاشت، تیتانیوم مدول الاستیسیته نسبت به سایر گزینه‌ها به استخوان قشر نزدیک‌تر است. ایمپلنت‌های تیتانیوم در حالی که هنوز بیش از 10 ضریب متفاوت هستند، معمولاً نقطه دوم کوچک‌تری نسبت به استخوان دارند (مستقیماً به سطح مقطع مربوط می‌شود). برعکس، فولاد ضد زنگ مدول الاستیسیته بالاتری نسبت به تیتانیوم دارد. استفاده از ایمپلنت یا دستگاهی که خواص مکانیکی مشابه استخوان (مانند تیتانیوم) دارد، در کاربردهای ارتوپدی سودمند است.
خواص فوق را می توان برای ایجاد بیومکانیک استخوان-ایمپلنت مطلوب دستکاری کرد. مهمتر از همه، زمانی که تیتانیوم به طور مناسب طراحی و اعمال شود، اجازه می دهد تا به اندازه کافی ریزحرکت در مکان های شکست در سازه های تحمل بار و تقسیم بار برای ایجاد کالوس ایجاد شود. این حرکت نسبی برای یک پاسخ بیولوژیکی قوی و بهبود ثانویه استخوان ضروری است.
تیتانیوم ماده ای است که به راحتی قابل کار است و می توان آن را سرد یا گرم به اشکال مختلف کار کرد. تکنیک‌های متالورژی مدرن امکان طراحی ایمپلنت تقریباً نامحدود را فراهم می‌کنند، که منجر به تکنیک‌های متعدد تولید ایمپلنت و انواع ایمپلنت‌های به‌طور گسترده در دسترس برای آرتروپلاستی و مراقبت از تروما شده است.
صافی یک ویژگی مواد قابل اندازه گیری است که به طور گسترده ای در طراحی بلبرینگ مهم است. بسیاری از طرح‌های اولیه کل زانو، از جمله Miller-Galante، دارای سطح تیتانیومی بودند. در حالی که این ایمپلنت های M-G در زمان خود بسیار موفق بودند، ویژگی های سایش تیتانیوم با فلزات “صاف تر” (مانند آلیاژهای کبالت-کروم) جایگزین شد. تیتانیوم نمی تواند صیقل داده شود و ماشین کاری شود تا سطح صافی قابل رقابت با سایر مواد کاشت مانند کروم کبالت باشد. ایمپلنت‌های مدرن زانو عمدتاً از آلیاژ تیتانیوم در سطح مشترک استخوان و آلیاژهای کروم کبالت در سطح باربر هستند. این ویژگی باعث ایجاد رابط مطلوب استخوان و ایمپلنت (تیتانیوم) و صافی مطلوب برای تحمل بار (کبالت-کروم) می شود. صفحات تیتانیوم و سایر ایمپلنت ها به راحتی در اتاق عمل و in-vivo کار می شوند. خم کننده ها، فرزها و دستگاه های برش ایمپلنت ابزارهای رایجی هستند که برای سفارشی کردن ایمپلنت ها بر اساس نیازهای خاص استفاده می شوند.
فولاد ضد زنگ :
فولاد ضد زنگ ماده انتخابی برای طیف وسیعی از ایمپلنت های ارتوپدی بوده و همچنان ادامه دارد. مجموعه ای از آلیاژهای فولاد ضد زنگ برای مصارف صنعتی و همچنین پزشکی ساخته شده است. این مخلوط ها برای تغییر خواص ساختاری و پاسخ بیولوژیکی به مواد آلیاژی استفاده می شوند. در حالی که تفاوت قابل توجهی بین آلیاژها وجود دارد، اکثر فولاد ضد زنگ درجه پزشکی آلیاژی به نام 316L است. بیشتر از آهن به اضافه کروم، نیکل و مولیبدن تشکیل شده است.
کبالت کروم :
کروم کبالت امروزه به یک سطح متداول در جراحی ارتوپدی تبدیل شده است. این یک سطح یاتاقان متداول در فلز در کاربردهای بلبرینگ پلی اتیلن (پلاستیک) است. در طول افزایش و کاهش متعاقب آن، فلز بر روی فلز کروم کبالت در آرتروپلاستی کامل مفصل ران یک سطح باربری اغلب مورد استفاده قرار گرفت. برخی از سیم های سرکلاژ نیز از آلیاژ کروم کبالت انعطاف پذیرتر ساخته شده اند.
کبالت کروم مدول الاستیسیته بسیار بالایی دارد. به این ترتیب، زمانی که خواص تغییر شکل مواد الاستیک یا پلاستیکی مورد نظر باشد، انتخابی نیست. علاوه بر این، سطحی دارد که می تواند به شدت جلا داده شود و می تواند صافی سطح فوق العاده بالایی را به دست آورد که حداقل سایش فلز را در موقعیت های بلبرینگ پلی اتیلن امکان پذیر می کند. علاوه بر این، کروم کبالت در هنگام ضربه بسیار بادوام است و قبل از شکستن در برابر نیروی شدید مقاومت می کند.
تانتالیوم :
رایج ترین کاربرد فعلی تانتالیوم به عنوان مکمل است. تقویت کننده ها برای پر کردن نقایص استخوان در آرتروپلاستی، تومور و برخی از تنظیمات شکستگی عمل می کنند. این ماده را می توان طوری کار کرد که بسیار متخلخل باشد و به نظر می رسد اجازه رشد استخوانی و ترکیب بیولوژیکی موثر را می دهد. این ترکیب بیولوژیکی با درجه بالایی از کارایی حین عمل جفت می شود. تقویت کننده های تانتالیوم را می توان در اتاق عمل سوراخ کرد و برش داد و به طور منظم در داخل بدن سوراخ می شود.این ویژگی های مطلوب، آن را به انتخابی جذاب در بازسازی پیچیده استابولوم، در میان سایر کاربردها تبدیل کرده است. صحبت هایی در مورد نقش های گسترش یافته تانتالیوم، از جمله ایمپلنت های شکستگی تانتالیوم وجود دارد. این برنامه ها در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند.
References
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560505
https://northernriversdentureclinic.com.au/chrome-dentures
