Titane à usage médical
Qu'est-ce que le Titane ?
Les matériaux en titane sont utilisés depuis longtemps dans la vie quotidienne. Les années 1930 ont marqué le début des matériaux fonctionnels biomédicaux modernes. Initialement, l'acier inoxydable a été développé pour être utilisé dans des applications médicales et implantaires. Un alliage à base de cobalt est le deuxième matériau. Le titane et son alliage sont devenus la dernière génération de biomatériaux métalliques vers les années 1960. Depuis son apparition la plus mémorable, le titane a été décrit comme un métal merveilleux et a suscité de nombreuses considérations.
Pourquoi le titane est-il si unique ?
Titaneest un métal de transition qui a une résistance élevée et une faible densité. Dans diverses conditions, il résiste à la corrosion. En particulier, le titane est latent et résistant aux liquides corporels et aux tissus. Il s'agit de la prétendue biocompatibilité et de l'obstruction à la consommation. Ce sont des exigences essentielles pour les applications en médecine.
Les propriétés fondamentales du titane, de l'acier inoxydable et de l'alliage de cobalt sont décrites dans le tableau 1. La densité la plus faible est de 4,51 g/cm-3 pour le titane, tandis que la densité la plus élevée est de 8 g/cm-3 pour acier inoxydable. Le titane a un rapport résistance/densité beaucoup plus élevé de 76 kNm/kg pour la même résistance à la traction. Avec une résistance/densité de 63 kNm/kg, il est 20 % plus résistant que l'acier inoxydable. La valeur du module élastique du titane n'est que la moitié de celle de l'alliage de cobalt et de l'acier inoxydable conventionnel. Il ressemble beaucoup plus à de l'os humain. De plus, le titane a une faible dilatation thermique et conductivité, ce qui le rend non ferromagnétique.
Le titane et son composite ont les propriétés les plus utiles qui en font des résultats énormes dans la santé musculaire, les inserts et les champs d'instruments prudents. Baoji ville changsheng titane co. ltd est un fabricant et fournisseur de produits de laminage et de produits finis en titane et Cu-Ni dans la gamme la plus complète de nuances, de dimensions et de produits de laminage.
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Quelle est la densité du titane ?
Parce qu'il est plus difficile à extraire, le titane métal n'est pas aussi abordable que le fer, de sorte que ses applications ont tendance à être spécialisées. Les propriétés du titane métallique sont extrêmement précieuses. Semblable à l'aluminium, il forme une fine couche d'oxyde protectrice pour empêcher la corrosion, ce qui le rend pratiquement inerte. Parce qu'il a une densité de 4,5 grammes par cm3, ce qui est nettement inférieur à celui du fer, les alliages de titane sont importants pour l'industrie aérospatiale. Il a été utilisé pour fabriquer une grande partie du SR-71 Blackbird, qui était l'avion habité le plus rapide au monde. Il a également été utilisé pour fabriquer de nombreux moteurs et cellules de gros avions de ligne comme les Airbus et les 747.
En raison de sa résistance à l'eau de mer, ce métal est utilisé dans des applications marines comme les arbres porte-hélices. On dit aussi que les Russes l'utilisaient pour construire des sous-marins. Le titane n'est pas toxique, et il n'est pas rejeté par le corps. Parce qu'il se connecte également à l'os, il a été utilisé dans des procédures chirurgicales telles que les implants dentaires et les remplacements d'articulations, en particulier les articulations de la hanche.
Pourquoi le titane est-il utilisé pour les implants ?
Le marché des implants dentaires, estimé à environ 4,6 milliards de dollars dans le monde, a ouvert la porte à la possibilité de restaurer la santé et la fonction dentaire d'un patient [6]. En raison de leur biocompatibilité et de leur faible coût, les implants en titane sont le matériau le plus couramment utilisé sur le marché.
Le titane est un matériau bioinerte, n'entraînant pratiquement aucun impact pernicieux sur les tissus environnants. Cependant, malgré la description par le matériau d'un certain nombre d'avantages inhérents, il ne s'intègre pas bien avec l'os et le tissu gingival sans traitement de surface adéquat, ce qui peut entraîner une défaillance de l'implant. Une mauvaise ostéointégration est à l'origine de ces échecs qui affectent la stabilité de l'implant dans l'os et peuvent entraîner le développement d'infections et de processus inflammatoires dans l'espace péri-implantaire [7]. Différents traitements de surface pour prévenir la formation de biofilms bactériens nocifs et améliorer l'ostéointégration sont à l'étude afin de réduire ces problèmes. La nanotechnologie a créé des effets positifs en dentisterie, offrant la possibilité de fournir des surfaces avec une géographie particulière et une pièce synthétique pour travailler sur les qualités biocompatibles des matériaux.
Le titane chirurgical est-il magnétique ?
Les implants métalliques sont particulièrement vulnérables aux risques de migration de l'implant et d'échauffement induit par les radiofréquences (RF), qui peuvent tous deux endommager les tissus environnants car les appareils d'IRM utilisent des aimants puissants [11].
Les implants solidement fixés à l'os ne sont pas affectés par le déplacement induit par l'IRM, selon des études [1,12]. Compte tenu du manque d'examens en cours, la radiographie n'est pas suggérée dans la période postopératoire rapide chez les patients présentant des encastrements non impliqués comme des boucles, des canaux et des stents [6]. Étant donné que les courants de Foucault de l'implant sont parallèles au champ magnétique statique du scanner, le chauffage RF est théoriquement possible. Dans tous les cas, toutes les études de partenaires ont révélé que ce changement de température est sans importance, démontrant que les inquiétudes concernant les lésions tissulaires causées par le réchauffement RF sont injustifiées.
Les artefacts d'image causés par les implants métalliques peuvent entraîner une mauvaise interprétation des résultats. En optimisant les paramètres de numérisation et en modifiant les séquences d'impulsions de résonance magnétique, les progrès technologiques peuvent réduire la distorsion de l'image. Les médecins doivent tenir compte des avantages de l'imagerie ainsi que de la possibilité de distorsion de l'image induite par l'implant lorsqu'ils décident d'effectuer ou non des IRM sur les patients.
Le champ magnétique de l'IRM n'a aucun effet sur le titane car il s'agit d'un matériau paramagnétique. L'IRM peut être utilisée en toute sécurité chez les patients porteurs d'implants car le risque de complications causées par les implants est très faible. Cependant, des alliages sont utilisés pour fabriquer les plaques de titane utilisées dans la zone craniofaciale. Étant donné que les effets de l'IRM sont influencés par la proportion des constituants de l'alliage, des recherches plus précises sont nécessaires.
Joint contrefait et intégration clinique
La population totale progresse au fil des ans. Nous voulons vivre plus longtemps et mener une vie très active aujourd'hui. Les accidents liés au sport, à la circulation et autres entraînent tous des blessures. De toute évidence, l'intérêt du joint contrefait ne cesse de se développer. Le titane et ses composites ont été généralement utilisés pour fabriquer des gadgets intégrés, par exemple, des plaques osseuses, des vis pour la fixation de fractures, des prothèses valvulaires cardiaques, des stimulateurs cardiaques et des cœurs artificiels sont tous des exemples d'articulations artificielles. Plus de 100 millions de patients dans le monde reçoivent une thérapie de remplacement chaque année, et plus de 1 000 tonne de titane est insérée dans le corps des patients.
Ces implants métalliques doivent être façonnés mécaniquement d'une certaine manière pour conserver leurs fonctions lors de leur utilisation. Au cours de nos activités quotidiennes, nous plions, tordons, pressons et contractons nos muscles. Lorsqu'elles sont soumises à des charges de fatigue, d'abrasion et d'impact, ces pièces artificielles ne doivent pas se détériorer. Le titane est 50 % plus léger que l'acier inoxydable et son rapport résistance/densité est supérieur de 20 %. Il est plus solide et plus léger. Au moment où il est intégré à l'intérieur du corps humain, il réduira les charges corporelles. Les patients pourront se déplacer plus librement. Entre la partie artificielle et le corps humain, il y aura des tensions. Une inadéquation du module d'élasticité est ce qui conduit à ce que l'on appelle la contrainte d'interface. D'après le tableau 1, nous pouvons voir que le titane a le module de flexibilité le plus minimal parmi ces trois matériaux. L'implant en titane et l'os humain sont beaucoup plus compatibles mécaniquement.
Physiologiquement, le corps rejette les parties inconnues. Après la chirurgie implantaire, une inflammation clinique, des rougeurs et des démangeaisons sont fréquemment ressenties lorsque l'acier inoxydable et un co-alliage sont utilisés comme biomatériaux. Le titane et ses alliages sont réputés pour leur inertie biologique. Ils sont extrêmement résistants à la corrosion dans l'environnement d'immersion du sang humain. Il s'oppose globalement bien au sang humain et au tissu cellulaire, garantissant une grande similitude. Il n'y a pratiquement pas de contamination et de réponses défavorables, ce qui agit extraordinairement sur la récupération des patients. Les nombreuses applications du titane sont basées sur cela.
En raison de sa biocompatibilité supérieure, le titane commercialement pur (Cp Ti) est généralement considéré comme le meilleur candidat. Cependant, les alliages ELI Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr et Ti{ {6}}Al-4V sont également largement utilisés dans les implants médicaux. En fait, jetez un œil à notre site pour vous renseigner sur nos différents articles!
Equipement pour l'orthopédie Le traitement des déformations osseuses est l'objectif principal de l'orthopédie. Pour aider le corps tordu à revenir à sa position normale, une force externe est nécessaire. Le matériel de santé musculaire doit apporter un soutien solide et rappeler le bon état du corps. Outre l'obstruction à l'usure et l'opposition à l'érosion, la nouvelle propriété attendue ici est la mémoire de forme. Les alliages à mémoire de forme à base de titane et de nickel possèdent à la fois des propriétés de haute résistance et de mémoire. L'alliage Ti-Ni est actuellement utilisé pour fabriquer des plaques osseuses courantes, des clous intramédullaires, une fixation interne mandibulaire, une correction de la scoliose et d'autres dispositifs similaires.
Les implants dentaires ont leurs propres caractéristiques distinctes. Il existe trois types d'implant dentaire : zygomatique, ostéointégré et un mini-implant pour l'ancrage orthodontique. Le titane a été utilisé comme couronnes, clous de couronne, travées fixes, travées en porcelaine, travées en ciment, anneaux de maintien de remplacement dentaire, bases, gadgets d'interfaçage et gadgets fortifiants. Le titane a été utilisé pour couvrir presque tous les composants métalliques des prothèses dentaires.
Commençons par l'ostéointégration standard. Une "racine" ou "graine" sera d'abord insérée dans l'os de la mâchoire par un médecin. Après son installation, la superstructure de la dent se liera à l'encastrement. Après cela, une nouvelle dent se développera par-dessus. Voici le contraste entre l'intégration clinique et l'intégration dentaire. Un implant médical est soit une « colle » ou une « vis » utilisée pour relier les tissus durs cassés ou un remplacement pour les tissus durs endommagés. Dans tous les cas, l'intégration dentaire a aidé une nouvelle conception à se développer. Comment intrigant!
Cette procédure "simple" nécessite d'excellentes propriétés thermiques et de biocompatibilité. En buvant de la soupe et en mangeant du yogourt glacé, les gens auront chaud et froid, mais ces sentiments viennent de la bouche et non des dents. Il n'y aura pas de stimulation pour la santédents.
Le titane se dilate très peu lorsqu'il est chauffé. Au moment où l'enrobage à base de titane est utilisé comme "racine", il ne grandira pas ou ne se ratatinera pas dans la bouche des individus. La dent récemment encadrée restera là où elle devrait être. Le titane a une conductivité thermique de seulement un cinquième de celle de l'acier inoxydable, un tiers de celle de l'aluminium et la moitié de celle du cuivre. Il n'adhérera pas à la structure des dents réelles lorsqu'il est utilisé comme couronne. La pulpe dentaire peut être protégée des stimulations thermiques et froides par le titane.
Le titane de coulée de précision est utilisé en dentisterie car il a une grande précision dimensionnelle, aucun retrait et aucune bulle. À l'heure actuelle, 4 titane financièrement non altéré (Cp Ti) sont uniquement utilisés pour les applications d'intégration dentaire. Ils varient en grade ASTM de 1 à 4. Ils ont tous un faible degré de conductivité électronique, une forte opposition à l'érosion, un état thermodynamique à des valeurs de pH physiologiques, une faible propension à l'arrangement des particules dans des conditions fluides et un point isoélectrique de l'oxyde de 5-6.
La pureté diminue et la résistance augmente entre les grades 1 et 4. Le titane de grade 2 est l'étoile la plus connue pour les applications d'intégration dentaire. Il a une limite d'élasticité minimale de 275 MPa, ce qui équivaut aux aciers trempés austénitiques trempés. Lorsque vous avez besoin d'une résistance plus élevée, une combinaison de titane peut également être appliquée. D'autres alliages, tels que Ti-6Al-4V, sont également utilisés dans divers contextes.
Instruments chirurgicaux
La première génération d'instruments chirurgicaux était en acier au carbone, mais leurs performances n'étaient pas à la hauteur de celles d'une utilisation clinique après galvanoplastie. Conduisent fréquemment à une infection. L'acier inoxydable de deuxième génération est austénitique, mais la teneur en chrome est toxique et a des effets sur le corps.
Les propriétés mécaniques et la ductilité sont les premières choses à prendre en considération lors de la fabrication d'instruments chirurgicaux. Le métal privilégie une flexibilité spécifique pour suivre la forme requise sans capitulation. Les scalpels, les pincettes et les ciseaux sont des exemples d'instruments chirurgicaux de base longs et fins. L'instrument nécessite une certaine force pour fonctionner en toute sécurité. Ils doivent être suffisamment intenses et ne pas se casser lors d'un acte médical. Pour les instruments chirurgicaux, le module minimum requis est de 100 GPa. Le module du titane est de 116 GPa.
Au cours de l'activité de la procédure médicale, les instruments sont directement présentés aux tissus vivants. Il est nécessaire d'avoir une résistance à la corrosion, une biocompatibilité et des propriétés magnétiques. Le titane n'est pas toxique pour les tissus humains. Il n'apportera aucune réaction insensible. La salle d'opération subit occasionnellement des champs magnétiques. Par exemple, les rayons X créent un champ attractif d'environ 1,5 Tesla. Ce champ attractif peut influencer les instruments prudents de différentes manières, notamment : les mouvements nocifs provoqués par l'interaction des champs magnétiques (l'effet de missile), la chaleur de l'instrument causée par le dépôt de puissance de radiofréquence (RF) et la photographie liée aux instruments. Le titane est bien-être de l'activité non attrayant et fiable. Parce qu'il est non magnétique, il élimine également la possibilité de causer des dommages aux implants électroniques délicats.
La stérilisation est réalisée à l'aide d'un jet de vapeur chaude à haute température après la chirurgie. Différents nettoyants sont utilisés pour nettoyer les microbes et les maladies. La taille et la qualité de surface de l'instrument ne doivent pas changer après des nettoyages répétés. De plus, il devrait y avoir peu de dégâts. Chaque fois qu'un chirurgien utilise un instrument, il en a besoin pour fonctionner correctement. La résistance à la corrosion du titane et des alliages de titane est excellente. Enfin, le faible poids du titane le rend idéal pour la microchirurgie. La température de travail peut varier de 150 à 500 degrés Celsius. La fatigue du chirurgien peut être réduite en utilisant des instruments chirurgicaux légers, en particulier pour les procédures longues.
Le titane médical et les alliages de titane sont des métaux de haute qualité fréquemment utilisés dans les équipements médicaux. Les cathodes laser, les forets dentaires et les forceps sont souvent fabriqués à partir de titane.
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Références : https://www.rsc.org/periodic-table/element/22/titanium
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9104688/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6369045/
