Hlavní výhody titanu a titanových slitin v oblasti ortopedické medicíny
1. Výborná biokompatibilita: "Harmonické soužití" s tělem. Lidské tkáně stěží odmítají titan nebo na něj nereagují alergicky, ani nezpůsobuje zánět. Jeho povrch může přirozeně vytvářet stabilní a hustý oxidový film, který zabraňuje dalšímu uvolňování kovových iontů a zajišťuje dlouhodobé-bezpečné soužití s prostředím lidského těla. Ideální mechanické vlastnosti: Pevná a lehká „lidská kostra“ s vysokou specifickou pevností (vysoká pevnost a nízká hmotnost): Pevnost titanových slitin je srovnatelná s pevností mnoha vysoko-ocelí, ale jejich hustota (asi 4,5 g/cm³) je pouze 60 % hustoty oceli. To znamená, že implantát sice poskytuje dostatečnou oporu, ale může výrazně snížit zátěž pro tělo pacienta a zvýšit jeho pohodlí. Nízký modul pružnosti: "Tuhost a pružnost v harmonii s kostmi" : Modul pružnosti (tuhost) titanových slitin je bližší modulu lidských kostí. Tradiční slitiny na bázi nerezové oceli/kobaltu-jsou příliš tvrdé a mohou vytvářet efekt „stresového stínění“, - což znamená, že většinu zátěže nese implantát, což způsobuje degeneraci a uvolnění okolních kostí v důsledku nedostatečné stimulace stresem. Titanové slitiny mohou dosáhnout rozumnější mechanické vodivosti a chránit zdraví kostí. 3. Bezpříkladná odolnost proti korozi: „Nesmrtelný válečník“ v těle. Lidské tělesné tekutiny jsou korozivní prostředí obsahující chloridové ionty. Titan se svým hustým oxidovým filmem na povrchu může odolat korozi tělesných tekutin a zůstat stabilní po dlouhou dobu. To znamená, že implantát neselže v důsledku koroze ani nezpůsobí dlouhodobé-toxické a vedlejší účinky na tělo uvolňováním velkého množství kovových iontů. 4. Vynikající zpracovatelnost a biointegrace: Perfektní partner pro aditivní výrobu (3D tisk): Titanové slitiny jsou velmi vhodné pro výrobu složitých porézních struktur pomocí technologie 3D tisku. To je jeho revoluční výhoda oproti jiným materiálům. Schopnost osseointegrace: Prostřednictvím 3D tisku nebo technologie povrchové úpravy lze na povrchu titanových implantátů vyrobit mikro-póry nebo trojrozměrné porézní struktury. Lidská kostní tkáň může prorůstat do těchto pórů a vytvářet pevnou biologickou fixaci, spíše než se spoléhat pouze na mechanické zamykání. To výrazně zvyšuje dlouhodobou-stabilitu implantátu. 5. Vynikající kompatibilita snímků: Kovový titan generuje méně artefaktů při rentgenovém, CT a vyšetření magnetickou rezonancí (MRI), což je mnohem lepší než u nerezové oceli a slitin na bázi kobaltu{32}}. To lékařům značně usnadňuje provádění jasného zobrazovacího hodnocení polohy implantátu a stavu hojení kosti po operaci.
Hlavní výhody titanu a titanových slitin v oblasti ortopedické medicíny
1. Výborná biokompatibilita: "Harmonické soužití" s tělem. Lidské tkáně stěží odmítají titan nebo na něj nereagují alergicky, ani nezpůsobuje zánět. Jeho povrch může přirozeně vytvářet stabilní a hustý oxidový film, který zabraňuje dalšímu uvolňování kovových iontů a zajišťuje dlouhodobé-bezpečné soužití s prostředím lidského těla. Ideální mechanické vlastnosti: Pevná a lehká „lidská kostra“ s vysokou specifickou pevností (vysoká pevnost a nízká hmotnost): Pevnost titanových slitin je srovnatelná s pevností mnoha vysoko-ocelí, ale jejich hustota (asi 4,5 g/cm³) je pouze 60 % hustoty oceli. To znamená, že implantát sice poskytuje dostatečnou oporu, ale může výrazně snížit zátěž pro tělo pacienta a zvýšit jeho pohodlí. Nízký modul pružnosti: "Tuhost a pružnost v harmonii s kostmi" : Modul pružnosti (tuhost) titanových slitin je bližší modulu lidských kostí. Tradiční slitiny na bázi nerezové oceli/kobaltu-jsou příliš tvrdé a mohou vytvářet efekt „stresového stínění“, - což znamená, že většinu zátěže nese implantát, což způsobuje degeneraci a uvolnění okolních kostí v důsledku nedostatečné stimulace stresem. Titanové slitiny mohou dosáhnout rozumnější mechanické vodivosti a chránit zdraví kostí. 3. Bezpříkladná odolnost proti korozi: „Nesmrtelný válečník“ v těle. Lidské tělesné tekutiny jsou korozivní prostředí obsahující chloridové ionty. Titan se svým hustým oxidovým filmem na povrchu může odolat korozi tělesných tekutin a zůstat stabilní po dlouhou dobu. To znamená, že implantát neselže v důsledku koroze ani nezpůsobí dlouhodobé-toxické a vedlejší účinky na tělo uvolňováním velkého množství kovových iontů. 4. Vynikající zpracovatelnost a biointegrace: Perfektní partner pro aditivní výrobu (3D tisk): Titanové slitiny jsou velmi vhodné pro výrobu složitých porézních struktur pomocí technologie 3D tisku. To je jeho revoluční výhoda oproti jiným materiálům. Schopnost osseointegrace: Prostřednictvím 3D tisku nebo technologie povrchové úpravy lze na povrchu titanových implantátů vyrobit mikro-póry nebo trojrozměrné porézní struktury. Lidská kostní tkáň může prorůstat do těchto pórů a vytvářet pevnou biologickou fixaci, spíše než se spoléhat pouze na mechanické zamykání. To výrazně zvyšuje dlouhodobou-stabilitu implantátu. 5. Vynikající kompatibilita snímků: Kovový titan generuje méně artefaktů při rentgenovém, CT a vyšetření magnetickou rezonancí (MRI), což je mnohem lepší než u nerezové oceli a slitin na bázi kobaltu{32}}. To lékařům značně usnadňuje provádění jasného zobrazovacího hodnocení polohy implantátu a stavu hojení kosti po operaci.
Současné používané druhy slitin titanu a jejich vývoj
V současné době mezi relativně vyspělé druhy titanových slitin patří slitiny Ti-6Al-4V a Ti-6Al-4VELI, které jsou široce používány v materiálech implantátů. Obě tyto slitiny však obsahují toxický prvek vanad a dlouhodobé používání může představovat potenciální nebezpečí pro lidský organismus. Přestože Mezinárodní organizace pro standardizaci a Mezinárodní výbor pro bezpečnost lékařských materiálů zatím nenařídily zákaz používání této slitiny, aplikace Ti-6Al-4V v lidském těle postupně klesá. K vyřešení tohoto problému bylo mezinárodně vyvinuto několik lékařských slitin titanu bez vanadu. Slitina Ti-6Al-7Nb byla vyvinuta ve Švýcarsku a uvedena do klinické aplikace. Ani Čína nezůstává pozadu. Pekingský výzkumný ústav neželezných kovů a továrna na zpracování neželezných kovů Baoji společně vyvinuly slitinu lékařského titanu bez vanadu, která prošla lékařským klinickým aplikačním experimentem. Tento projekt získal v roce 2001 první cenu za vědu a technologii Číny v průmyslu neželezných kovů. Kromě toho existují také slitiny Ti-5Al-2,5Fe z Německa, slitiny Ti-5Al-1,5B z Indie, slitiny Ti-15Mo-5Zr-3Al atd. Tyto nové slitiny poskytují více možností pro aplikaci kovového titanu v ortopedu.
Budoucnost a vyhlídky titanu a titanových slitin v ortopedickém lékařství
S neustálým vývojem technologie se titan a slitiny titanu budou hluboce vyvíjet v oblasti ortopedické lékařské péče směrem k „přesnému mechanickému přizpůsobení, diverzifikované funkční integraci a personalizované klinické aplikaci“, čímž se stanou hlavní silou pohánějící inovaci technologie ortopedické regenerace a oprav. Titanový průmysl by měl využít této příležitosti, zvýšit investice do výzkumu a vývoje a neustále zlepšovat kvalitu a výkon produktů. Zatímco je přínosem pro společnost a zmírňuje utrpení pacientů, může také podporovat svůj vlastní rozvoj a dosáhnout oboustranně výhodné situace se sociálními a ekonomickými výhodami. Předpokládá se, že v budoucnu bude titanový kov hrát důležitější roli v oblasti ortopedie a bude více přispívat k příčině lidského zdraví.
