Adaptabilité des matériaux en titane à l'homme

Afin d'observer la réponse des ions métalliques à l'adaptabilité du corps humain, en laboratoire, des cellules de fibroblastes pulmonaires de souris expérimentales médicales chinoises (cellules V79) et des tissus cellulaires de fibroblastes de souris (20- jours postnatals) (cellules I929), etc. ., utilisez des cellules sensibles aux ions métalliques pour effectuer des méthodes d'évaluation de l'adaptabilité des cellules. Les ions d'éléments individuels fournis par l'agence administrative indépendante Product Evaluation Technology Basic Organisation (Comité technique pour la normalisation de l'évaluation biologique des dispositifs médicaux) ont des effets sur le corps humain (organismes). ) réactions et divisé en 3 groupes comme le montre la figure 1.

Les plus toxiques sont le vanadium (V), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), etc. Lorsque les éléments ci-dessus sont présents en parties par million (×{{0}}), les cellules mourront en un temps record. courte période de temps. En prenant le vanadium (V) et le nickel (N) comme exemple, les résultats expérimentaux dans les cellules V79 sont présentés dans la figure 2. Les résultats du test d'immersion d'une semaine ont montré que si la concentration en nickel était d'environ 10 × 10-6 (Note du traducteur pm=parties par million), toutes les cellules mourraient. En revanche, la teneur en vanadium (V) était inférieure de deux chiffres à 0,6. Environ ×10-6 signifie que toutes les cellules sont mortes. Deuxièmement, lorsque les tissus durs (os) et les tissus mous (muscles) de petits animaux tels que les rats et les lapins ont été enterrés dans des tôles pour des tests, il faut que ces métaux hautement toxiques soient en contact à la fois avec les tissus durs (os) et les tissus mous (muscles). Certains provoquent des nécroses.

a-La relation entre l'énergie de formation de la population cellulaire V79 et la concentration en ions nickel (Ni) ;

b-La relation entre l'énergie de formation de la population cellulaire V79 et la concentration en ions vanadium (V)

L'autre groupe indique une blessure. À l'état implanté et attaché, une réaction biologique se forme sur le tissu fibreux au niveau du site de contact qui est évacué hors du corps. Le fer, l’aluminium, l’or, l’argent, etc. se comportent tous de cette manière. Les matériaux métalliques généraux tels que l'acier inoxydable SUS 304L, l'acier inoxydable SUS 36L et les alliages cobalt-chrome appartiennent tous à ce type. La pièce métallique incrustée dans les tissus durs ne fusionne pas avec les cellules osseuses. Lorsque le test d'extraction a été effectué quelques semaines plus tard, l'extraction s'est faite en douceur, sans résistance.

Le troisième groupe doit avoir la plus petite réaction avec les organismes vivants. Lorsqu'ils sont implantés ou fixés, le titane (Ti), le zirconium (Zr), le niobium (Nb), le tantale (Ta) et le platine (Pt) conviennent. Lorsque ces métaux sont implantés ou attachés au corps, ils s’intègrent étroitement aux cellules et tissus des tissus durs et mous, montrant un phénomène de somatisation.

De cette façon, le titane est nettement moins nocif pour les organismes vivants et constitue un métal sûr. Lors de l'utilisation d'un alliage de titane, selon les éléments d'alliage utilisés, la résistance à la corrosion est inférieure à celle du titane pur. Lorsque la corrosion se produit, ses éléments peuvent être dissous. Il est nécessaire de sélectionner des éléments en alliage résistants à la corrosion et non dommageables. Parmi les alliages de titane, l'alliage Ti-6AI-4V est utilisé depuis longtemps dans la fabrication d'avions et dans les équipements d'ingénierie résistants à l'eau de mer, et présente un grand nombre de cas d'utilisation. Dans l'industrie médicale, l'utilisation d'alliages de type ELI présentant une excellente résistance à la corrosion (faible teneur en fer, en oxygène et en hydrogène) est introduite depuis longtemps. Cependant, dans la recherche et le développement récents d'alliages de titane pour implants et attaches, sur la base de rapports faisant état de la nocivité du monomère, l'alliage Ti-13Nb-13Zr a été standardisé en remplaçant le vanadium (V) avec du niobium (Nb) non nocif. (ASTM, ISO). Il existe également un alliage favorable qui décharge activement l'aluminium et est sur le point d'être lancé.

En tant que norme américaine ASTM (code F) à usage médical, elle équivaut à la norme mondiale en Europe. La norme ISO et la norme ASTM ont été consolidées et fusionnées en une norme européenne. Le Japon est en train de trier ses normes nationales, en prenant les normes correspondant à l'ASTM et à l'ISO, et en commençant à formuler des normes basées sur les normes ISO.

Les matériaux en titane spécifiés dans les normes ASTM utilisés dans les implants et attachements représentés par les articulations artificielles du genou, de la hanche (y compris les têtes fémorales), etc. sont répertoriés dans le tableau 1 en fonction de leurs formes. Depuis longtemps, les alliages de titane pur et de Ti-6AI-4V, y compris les matériaux en poudre, sont transformés en composants et pièces de formes diverses.

Les pièces dans lesquelles les matériaux en titane sont largement utilisés sont les articulations fémorales artificielles, les articulations artificielles du genou, les plaques osseuses, etc., qui conviennent à la chirurgie orthopédique. Douleur intense causée par une inflammation articulaire déformante Rhumatismes [translittéré par "Liumaqizim", ce qui signifie une douleur articulaire et musculaire sévère, et est également une maladie allergique - Note du traducteur], etc., entraînant des difficultés à marcher. Les patients atteints de cette maladie peuvent subir une arthroplastie artificielle de la hanche ou du genou, la douleur peut être complètement éliminée et ils peuvent marcher. Au Japon, 80 000 arthroplasties artificielles de la hanche et 40 000 arthroplasties artificielles du genou sont réalisées chaque année (statistiques de 2005). À l’avenir, avec l’arrivée d’une société vieillissante, on peut s’attendre à quel pourcentage de taux de croissance sera utilisé pour répondre à cette demande.

Le titane ne convient pas à toutes les parties artificielles des articulations. Dans les pièces articulaires, les pièces qui oscillent souvent ne conviennent pas car le titane est facile à porter (la céramique et les alliages de cobalt conviennent), et des alliages de titane doivent être utilisés pour les pièces implantées. Afin de l'intégrer rapidement à l'os biologique, la surface de l'alliage de titane doit être rendue inégale et recouverte de capteurs osseux tels que l'apatite (Apatite) et le bioglass. De plus, des clous intramédullaires en alliage de titane et des plaques en alliage de titane sont utilisés pour la fixation des fractures. La figure 3 montre divers exemples d'implantation et de fixation.

On constate également une tendance croissante dans le domaine de la dentisterie avec l'utilisation d'implants et d'accessoires. La quantité de titane utilisée est faible et elle est composée de titane pur, d'alliage de titane et d'alliage à mémoire de forme TiNi. Ses formes incluent le type plaque, le type filetage, le type manchon et le type panier, comme le montre la figure 4. Ces pièces et composants sont directement enfoncés dans la mâchoire pour être fixés sur la partie gingivale implantée et sont recouverts d'apatite qui représente la composition osseuse. Généralement, le titane convient très bien aux implants métalliques dans les dents. Il existe deux méthodes : le moulage de précision et le formage superplastique. Comparé à l'utilisation précédente d'alliages de cobalt et de chrome, il est plus léger et ne provoque pas de changement d'odeur dans les aliments acides. Étant donné que l'utilisation de matériaux en titane sort du cadre du diagnostic et du traitement de l'assurance maladie, le prix est assez élevé.

En tant qu'implant (enterré) ou accessoire de médecine interne, lorsqu'un patient souffre d'un rythme cardiaque faible, un stimulateur cardiaque (Pacemaker --un appareil de contraction ventriculaire automatique) peut être implanté (enterré) pour stimuler le cœur. Un appareil qui assure le nombre normal de battements cardiaques - Note du traducteur). Un fil d'électrode est intégré de la veine sous-clavière au cœur. Cette électrode transmet des signaux électroniques au stimulateur cardiaque, qui devient le stimulateur cardiaque. Récemment, le produit stimulateur cardiaque a une masse de 20 g et une épaisseur de 6 mm. Il est si petit qu’il est relié à des fils d’électrodes et intégré sous la peau. La batterie et le circuit de commande sont emballés dans un petit récipient (boîte), qui est un produit en titane pur non nocif pour les organismes vivants. La durée de vie de la batterie doit être maintenue à au moins 6 ans, ce petit conteneur (boîte) doit donc avoir une stabilité et une sécurité à long terme. Aujourd'hui, près de 5 000 personnes au Japon en ont bénéficié.

Les résultats du traitement au titane peuvent également être observés dans les instruments chirurgicaux. Surtout dans les neurochirurgies à long terme d'une durée de plus de 10 heures, les forceps doivent également être légers, et les forceps hémostatiques et autres forceps doivent être en titane. De nombreux équipements de traitement dentaire, tels que les implants, les instruments chirurgicaux pour la fixation et les vibrateurs pour éliminer le tartre, sont en titane. Outre les implants (enterrements) et les attaches, les équipements d'assistance et les fauteuils roulants sont également fabriqués en titane. Lorsqu'une partie d'un membre est manquante en raison d'une maladie ou d'un accident, une prothèse doit être réalisée pour restaurer la fonction. Étant donné que la partie principale est en métal, elle doit être légère, durable (principalement résistance à la corrosion et résistance aux dommages dus à la fatigue) et en termes de compatibilité biologique (Ni, Cr, etc.), elle est appliquée. En ce qui concerne les fauteuils roulants, l'objectif principal est de réduire le poids de l'ensemble du fauteuil roulant, c'est pourquoi certains utilisent du titane dans presque toutes les pièces métalliques telles que les cadres et les roues.