การวิเคราะห์ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพและการประยุกต์ใช้งานจริงในอุตสาหกรรมของโลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์

วัสดุชีวการแพทย์เป็นสาขาสำคัญของวิทยาศาสตร์วัสดุ ทำหน้าที่เป็นวัสดุตัวนำส่งขั้นสูงที่มีเทคโนโลยีสูงและมีมูลค่าทางเศรษฐกิจสำหรับการวินิจฉัย รักษา หรือทดแทนเนื้อเยื่อและอวัยวะของมนุษย์ รวมถึงการเสริมสร้างการทำงานของสิ่งเหล่านั้น สาขานี้เป็นสาขาที่เกิดขึ้นใหม่ภายในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ พร้อมที่จะมีส่วนร่วมมากขึ้นในการสำรวจความลึกลับของชีวิต และรับประกันสุขภาพและอายุยืนยาวของมนุษย์

ในบรรดาวัสดุโลหะชีวการแพทย์ ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันได้กลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ เช่น ข้อต่อเทียม (สะโพก เข่า ไหล่ ข้อเท้า ข้อศอก ข้อมือ ข้อนิ้ว ฯลฯ) ผลิตภัณฑ์บาดเจ็บกระดูก (ตะปูในไขกระดูก แผ่นสกรู ฯลฯ) ระบบแก้ไขและยึดตรึงกระดูกสันหลัง รากฟันเทียม ฟันปลอม ลวดจัดฟัน ลิ้นหัวใจเทียม และขดลวดหลอดเลือดหัวใจแบบสอดผ่าน เนื่องจากคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ยอดเยี่ยม ปัจจุบันยังไม่มีวัสดุโลหะชนิดใดที่เหนือกว่าโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการใช้งานทางคลินิก ด้วยจำนวนประชากรโลกเกือบ 6.5 พันล้านคน สถิติที่ไม่สมบูรณ์ระบุว่ามีผู้พิการประมาณ 400 ล้านคน ซึ่งรวมถึงผู้ที่มีความบกพร่องทางแขนขา 60 ล้านคน และผู้ป่วยโรคทางทันตกรรม 2 พันล้านคน อย่างไรก็ตาม มีเพียง 35 ล้านคนเท่านั้นที่ได้รับการฝังอุปกรณ์ชีวการแพทย์จนถึงปัจจุบัน การเปลี่ยนข้อต่อประจำปีมีจำนวนประมาณ 1.5 ล้านครั้ง ซึ่งต่ำกว่าความต้องการจริงมาก ดังนั้น ศักยภาพทางการตลาดสำหรับวัสดุชีวการแพทย์จึงมีมหาศาล และความต้องการไทเทเนียมและโลหะผสมของมัน ซึ่งเป็นวัสดุโลหะชีวการแพทย์ที่ต้องการ จะเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ

ข้อดีของโลหะผสมไทเทเนียมในอุปกรณ์ทางการแพทย์:

น้ำหนักเบา:ลดความเสียหายต่อหลอดเลือด กล้ามเนื้อ และอวัยวะระหว่างการผ่าตัด บรรเทาความเมื่อยล้าของศัลยแพทย์ เครื่องมือไทเทเนียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผ่าตัดจุลศัลยกรรมที่ละเอียดอ่อน

ทนทานต่อการกัดกร่อนและปลอดสารพิษได้ดีเยี่ยม:ป้องกันการเกิดสนิมของอุปกรณ์ ลดความเสี่ยงของการติดเชื้อที่บาดแผล และส่งเสริมการหายของบาดแผลที่เร็วขึ้น

ความยืดหยุ่นปานกลาง:เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตคีมทางการแพทย์ แหนบ ใบมีดจุลศัลยกรรม และเครื่องมืออื่นๆ

การสะท้อนแสงต่ำ:แสงสะท้อนน้อยที่สุดของไทเทเนียมภายใต้ไฟไร้เงาทำให้เหมาะกว่าสแตนเลสสำหรับการผ่าตัด

การประยุกต์ใช้โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์:
รากฟันเทียม:
รวมถึงข้อต่อสะโพกเทียม ข้อเข่า และระบบยึดตรึงกระดูกสันหลังภายใน อุปกรณ์หลอมรวมระหว่างกระดูกสันหลังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนสามารถทำได้ 60-80% พร้อมขนาดรูพรุน 150-600μm ซึ่งช่วยในการเจริญเติบโตของกระดูก เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้สามารถจำลองข้อมูล CT ของผู้ป่วยได้อย่างแม่นยำ ทำให้เกิดรากฟันเทียมส่วนบุคคลที่มีการจับคู่ทางกายวิภาคมากกว่า 95%

อุปกรณ์หัวใจและหลอดเลือด:
ใช้ในการผลิตขดลวดลิ้นหัวใจเทียมและขดลวดหลอดเลือด ขดลวดโลหะผสม Ti-6Al-4V สามารถประมวลผลให้มีความหนาของผนัง 80μm โดยมีความแข็งแรงในการรองรับเกิน 10N/mm² โลหะผสม β-ไทเทเนียมชนิดใหม่ (เช่น Ti-15Mo-5Zr) แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติในการต้านการแข็งตัวของเลือดที่ดีขึ้น ลดอัตราการตีบซ้ำของขดลวดลงต่ำกว่า 5%

การบูรณะทันตกรรม:
ไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (TA1/TA2) ใช้สำหรับรากฟันเทียม โดยมีความแข็งแรงในการยึดเกาะกระดูก 50MPa ซึ่งสูงกว่า 35MPa ของสารเคลือบไฮดรอกซีอะพาไทต์ รากฟันเทียมโลหะผสม Ti-Zr แสดงอัตราการรอดชีวิตห้าปีที่ 97.3% ซึ่งดีกว่าโลหะผสมไทเทเนียมแบบดั้งเดิมที่ 94.1%

ด้วยข้อดีรวมกันของความเข้ากันได้ทางชีวภาพ คุณสมบัติทางกล และความยืดหยุ่นในการผลิต โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์ได้กลายเป็นเสาหลักของวัสดุที่ขาดไม่ได้ของการดูแลสุขภาพสมัยใหม่ ตั้งแต่ศัลยกรรมกระดูกไปจนถึงการประยุกต์ใช้หัวใจและหลอดเลือด และจากส่วนประกอบมาตรฐานไปจนถึงรากฟันเทียมส่วนบุคคล การขยายตัวอย่างต่อเนื่องของพวกเขาก็เน้นย้ำถึงผลกระทบอย่างลึกซึ้งของนวัตกรรมวัสดุต่อสุขภาพของมนุษย์ ในขณะที่เทคโนโลยีพัฒนาขึ้นและความต้องการทางคลินิกเพิ่มขึ้น โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์จะมอบประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย โดยเขียนบทใหม่สำหรับอุตสาหกรรมการแพทย์และสนับสนุนการแสวงหาชีวิตที่มีคุณภาพสูงขึ้นของมนุษยชาติ