1Los requisitos básicos de los materiales de implantes médicos: biocompatibilidad, compatibilidad mecánica y seguridad a largo plazo
Los implantes humanos deben cumplir los siguientes requisitos:
No toxicidad y alergenicidad: los materiales no pueden liberar sustancias nocivas ni inducir respuestas inmunitarias.
Compatibilidad mecánica: la resistencia del implante y el módulo elástico deben estar cerca del tejido óseo para evitar el "escudo de esfuerzo" que conduzca a la atrofia ósea.
Resistente a la corrosión de los fluidos corporales: se mantiene estable en el ambiente electrolítico humano (fluido sanguíneo y tisular con un pH de 7,3-7,4).
2- Biocompatibilidad de las piezas fundidas de titanio: base científica para una "coexistencia armoniosa" con el cuerpo humano
Capacidad de integración de la superficie inerte y del hueso
de aceroforma una película de óxido de TiO2 a nanoescala en un entorno fisiológico y su composición química es similar a la de la hidroxiapatita (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) de los huesos humanos,que pueden inducir la unión y proliferación de osteoblastosLos datos clínicos muestran que:
La fuerza de unión entreel titaniolos implantes y el tejido óseo pueden alcanzar 15-25 MPa (equivalente al 70% de la resistencia de la interfaz ósea natural);
La deposición de tejido óseo nuevo en elel titanioEn el caso de los implantes de acero inoxidable, el tiempo de tratamiento de la superficie de los implantes puede observarse 6-8 semanas después de la cirugía (en comparación con más de 12 semanas).
No hay riesgo de liberación de iones metálicos
El potencial del electrodo estándar deel titanioes de -1,63 V, que se encuentra en estado pasivado en el entorno del cuerpo humano, y la liberación de iones es < 0,1 μg/L (mucho menor que los 5 μg/L especificados en la norma ISO 10993).Los implantes de acero inoxidable pueden liberar iones alergénicos como Ni2+ y Cr3+, causando dermatitis de contacto (la incidencia es de aproximadamente el 5% al 10%).
3Aplicación depiezas fundidas de titanioen prótesis ortopédicas: soluciones de dimensiones completas desde el reemplazo de articulaciones hasta la fijación de la columna vertebral
1Las articulaciones artificiales: un salvavidas que reemplaza el "desgaste"
Protesis de articulaciones de cadera: las copas acetabulares y los tallos femorales fundidos con aleaciones de titanio (como Ti-6Al-4V ELI) tienen las siguientes características:
Resistencia al desgaste: después de rociar la superficie con plasma con un revestimiento de hidroxiapatita, la tasa de desgaste es inferior a 0,1 mm/año (mejor que la aleación de cobalto-cromo-molibdeno);
Crecimiento interno de los huesos: el revestimiento poroso de titanio (porosidad 60%-70%, tamaño de poro 300-500μm) puede promover el crecimiento interno de las células óseas para formar un "bloqueo mecánico".
Caso: el sistema de reemplazo de cadera Mako asistido por robot de Zimmer Biomet utiliza prótesis de titanio con una tasa de supervivencia de 10 años de más del 95%.
Las prótesis de articulaciones de rodilla: las mesetas tibiales y los cóndilos femorales hechos de fundiciones de titanio pueden lograr un diseño de superficie curva compleja mediante fundición de inversión, que se ajustan a la estructura anatómica humana,y reducir el riesgo de concentración de estrés.
2Sistema de fijación interno de la columna vertebral: remodelar la estabilidad de la columna vertebral
Jaula de titanio: se utiliza para la fusión lumbar, la estructura de malla de la jaula de titanio fundido se puede llenar con hueso autólogo, y su módulo elástico (110GPa) está cerca del hueso canceloso (1-10GPa),reducción del blindaje por esfuerzo de las vértebras adyacentes;
tornillo de pedículo: La precisión de diseño del hilo de los tornillos de fundición de titanio puede alcanzar ± 0,05 mm, y el daño a la corteza ósea durante la implantación es un 30% menor que el de los tornillos de acero inoxidable.
3- Reparación de traumas: "apoyo invisible" para la fijación de fracturas
Placas y tornillos óseos: las piezas fundidas de titanio se pueden fabricar en placas ultrafinas (de espesor 1,5-2 mm), que son adecuadas para pequeñas fracturas óseas en las manos y los pies.El desarrollo postoperatorio de la radiografía es claro y no afecta el diagnóstico por imágenes;
Clavos intramedulares: La resistencia a la torsión de los clavos intramedulares de aleación de titanio es un 20% mayor que la del acero inoxidable.que es adecuado para la fijación de fracturas óseas largas (como fracturas del eje femoral).
IV. Aplicación de piezas fundidas de titanio en implantes orales: "Reconstrucción funcional" desde un solo diente hasta la restauración de la boca completa
1Implante dental único: "simulación mecánica" comparable a los dientes reales
Cuerpo del implante: implantes cilíndricos o cónicos hechos de fundiciones de titanio, después de que la superficie sea tratada con grabado ácido de chorro de arena (SLA), el tiempo de unión ósea se puede acortar a 3-4 semanas.Por ejemplo::
La tasa de supervivencia a 5 años de los implantes de Swiss Straumann (Ti-6Al-4V ELI) es > 98%, y la tasa de éxito es entre un 5% y un 8% superior a la de los implantes de titanio puro.
Conexión con el pilar: la precisión de conexión del pilar de fundición de titanio y el implante es de 50 μm, lo que puede reducir el crecimiento bacteriano causado por las micro brechas.
2Implantes de boca completa y restauraciones maxilofaciales: fundición de precisión de estructuras complejas
Soporte para implantes de boca completa todo en 4: Los soportes de aleación de titanio se fabrican mediante tecnología de fundición de inversión, que pueden fijar 4-6 implantes a la vez para apoyar la restauración de la dentadura postiza,y reducir el peso en un 40% en comparación con las restauraciones segmentadas tradicionales;
Restauraciones maxilofaciales: las fundiciones de titanio se pueden personalizar para fabricar restauraciones de defectos maxilofaciales complejos como huesos zigomáticos y mandíbulas.Las prótesis maxilofaciales de titanio fundido de la empresa alemana BEGO se modelan a través de datos de tomografía computarizada, y el error de ajuste es inferior a 0,3 mm.
5Otras aplicaciones innovadoras de las piezas fundidas de titanio en el campo médico
Implantes cardiovasculares:
Las demás aleaciones de titanio y níquel( aleación de memoria) se utilizan para fabricar stents vasculares, que restauran la forma preestablecida a temperatura corporal y sostienen el diámetro interno del vaso sanguíneo.Su flexibilidad es 5 veces mayor que la de los stents de acero inoxidable;
Implantes de oído:
Las cadenas osciculares artificiales hechas de piezas fundidas de titanio pesan sólo 0,1-0,3 g, y su eficiencia de conducción del sonido es un 30% superior a la de los implantes de plástico.Son adecuados para pacientes con pérdida auditiva conductiva.;
Reparación de tejidos blandos:
de aceroLos parches revestidos se usan para la reparación de hernias de la pared abdominal.Su estructura porosa puede promover el crecimiento del tejido fibroso y reducir el riesgo de desplazamiento de los parches (la tasa de desplazamiento de los parches de polipropileno tradicionales es de aproximadamente el 8% al 12%).
VI. Tendencias futuras: de "reemplazo funcional" a "integración biológicamente activa"
Actualización de la tecnología de modificación de la superficie:
La superficie de las piezas fundidas de titanio está recubierta con vidrio bioactivo (como el 45S5 Bioglass®), que puede liberar iones Ca2+ y PO43- para promover la mineralización ósea y acelerar la integración ósea.
Impresión 3D y combinación de fundición:
Primero, utilizar la tecnología SLM para imprimir porosoel titanioandamios, y luego llenar conchas densas de titanio mediante fundición de inversión para lograr una estructura compuesta de "superficie porosa + núcleo denso",mientras se satisfacen las necesidades de crecimiento óseo y apoyo mecánico;
Investigación y desarrollo de aleaciones de titanio degradables:
Las demás:el titanio(como Ti-2Mg-3Zn) puede degradarse lentamente en el cuerpo, liberando iones de magnesio para promover la osteogénesis, y es adecuado para la fijación a corto plazo (como la fijación de fracturas en niños).
Conclusión: Las piezas fundidas de titanio se han convertido en el "material de oro" en el campo de los implantes médicos, gracias a su excelente biocompatibilidad, sus propiedades mecánicas y sus capacidades de moldeo preciso.Desde las grandes articulaciones ortopédicas hasta los microimplantes orales, sus ventajas no son sólo en la sustitución de tejidos dañados, sino también en la promoción del desarrollo de la medicina regenerativa a través de la "interacción armoniosa" entre los materiales y el cuerpo humano.Con innovaciones en ingeniería de superficies y diseño de aleaciones, la aplicación de piezas fundidas de titanio en medicina personalizada y tratamiento de precisión continuará profundizándose, proporcionando a los pacientes soluciones de implantes más duraderas y cómodas.
1Los requisitos básicos de los materiales de implantes médicos: biocompatibilidad, compatibilidad mecánica y seguridad a largo plazo
Los implantes humanos deben cumplir los siguientes requisitos:
No toxicidad y alergenicidad: los materiales no pueden liberar sustancias nocivas ni inducir respuestas inmunitarias.
Compatibilidad mecánica: la resistencia del implante y el módulo elástico deben estar cerca del tejido óseo para evitar el "escudo de esfuerzo" que conduzca a la atrofia ósea.
Resistente a la corrosión de los fluidos corporales: se mantiene estable en el ambiente electrolítico humano (fluido sanguíneo y tisular con un pH de 7,3-7,4).
2- Biocompatibilidad de las piezas fundidas de titanio: base científica para una "coexistencia armoniosa" con el cuerpo humano
Capacidad de integración de la superficie inerte y del hueso
de aceroforma una película de óxido de TiO2 a nanoescala en un entorno fisiológico y su composición química es similar a la de la hidroxiapatita (Ca10(PO4) 6 ((OH) 2) de los huesos humanos,que pueden inducir la unión y proliferación de osteoblastosLos datos clínicos muestran que:
La fuerza de unión entreel titaniolos implantes y el tejido óseo pueden alcanzar 15-25 MPa (equivalente al 70% de la resistencia de la interfaz ósea natural);
La deposición de tejido óseo nuevo en elel titanioEn el caso de los implantes de acero inoxidable, el tiempo de tratamiento de la superficie de los implantes puede observarse 6-8 semanas después de la cirugía (en comparación con más de 12 semanas).
No hay riesgo de liberación de iones metálicos
El potencial del electrodo estándar deel titanioes de -1,63 V, que se encuentra en estado pasivado en el entorno del cuerpo humano, y la liberación de iones es < 0,1 μg/L (mucho menor que los 5 μg/L especificados en la norma ISO 10993).Los implantes de acero inoxidable pueden liberar iones alergénicos como Ni2+ y Cr3+, causando dermatitis de contacto (la incidencia es de aproximadamente el 5% al 10%).
3Aplicación depiezas fundidas de titanioen prótesis ortopédicas: soluciones de dimensiones completas desde el reemplazo de articulaciones hasta la fijación de la columna vertebral
1Las articulaciones artificiales: un salvavidas que reemplaza el "desgaste"
Protesis de articulaciones de cadera: las copas acetabulares y los tallos femorales fundidos con aleaciones de titanio (como Ti-6Al-4V ELI) tienen las siguientes características:
Resistencia al desgaste: después de rociar la superficie con plasma con un revestimiento de hidroxiapatita, la tasa de desgaste es inferior a 0,1 mm/año (mejor que la aleación de cobalto-cromo-molibdeno);
Crecimiento interno de los huesos: el revestimiento poroso de titanio (porosidad 60%-70%, tamaño de poro 300-500μm) puede promover el crecimiento interno de las células óseas para formar un "bloqueo mecánico".
Caso: el sistema de reemplazo de cadera Mako asistido por robot de Zimmer Biomet utiliza prótesis de titanio con una tasa de supervivencia de 10 años de más del 95%.
Las prótesis de articulaciones de rodilla: las mesetas tibiales y los cóndilos femorales hechos de fundiciones de titanio pueden lograr un diseño de superficie curva compleja mediante fundición de inversión, que se ajustan a la estructura anatómica humana,y reducir el riesgo de concentración de estrés.
2Sistema de fijación interno de la columna vertebral: remodelar la estabilidad de la columna vertebral
Jaula de titanio: se utiliza para la fusión lumbar, la estructura de malla de la jaula de titanio fundido se puede llenar con hueso autólogo, y su módulo elástico (110GPa) está cerca del hueso canceloso (1-10GPa),reducción del blindaje por esfuerzo de las vértebras adyacentes;
tornillo de pedículo: La precisión de diseño del hilo de los tornillos de fundición de titanio puede alcanzar ± 0,05 mm, y el daño a la corteza ósea durante la implantación es un 30% menor que el de los tornillos de acero inoxidable.
3- Reparación de traumas: "apoyo invisible" para la fijación de fracturas
Placas y tornillos óseos: las piezas fundidas de titanio se pueden fabricar en placas ultrafinas (de espesor 1,5-2 mm), que son adecuadas para pequeñas fracturas óseas en las manos y los pies.El desarrollo postoperatorio de la radiografía es claro y no afecta el diagnóstico por imágenes;
Clavos intramedulares: La resistencia a la torsión de los clavos intramedulares de aleación de titanio es un 20% mayor que la del acero inoxidable.que es adecuado para la fijación de fracturas óseas largas (como fracturas del eje femoral).
IV. Aplicación de piezas fundidas de titanio en implantes orales: "Reconstrucción funcional" desde un solo diente hasta la restauración de la boca completa
1Implante dental único: "simulación mecánica" comparable a los dientes reales
Cuerpo del implante: implantes cilíndricos o cónicos hechos de fundiciones de titanio, después de que la superficie sea tratada con grabado ácido de chorro de arena (SLA), el tiempo de unión ósea se puede acortar a 3-4 semanas.Por ejemplo::
La tasa de supervivencia a 5 años de los implantes de Swiss Straumann (Ti-6Al-4V ELI) es > 98%, y la tasa de éxito es entre un 5% y un 8% superior a la de los implantes de titanio puro.
Conexión con el pilar: la precisión de conexión del pilar de fundición de titanio y el implante es de 50 μm, lo que puede reducir el crecimiento bacteriano causado por las micro brechas.
2Implantes de boca completa y restauraciones maxilofaciales: fundición de precisión de estructuras complejas
Soporte para implantes de boca completa todo en 4: Los soportes de aleación de titanio se fabrican mediante tecnología de fundición de inversión, que pueden fijar 4-6 implantes a la vez para apoyar la restauración de la dentadura postiza,y reducir el peso en un 40% en comparación con las restauraciones segmentadas tradicionales;
Restauraciones maxilofaciales: las fundiciones de titanio se pueden personalizar para fabricar restauraciones de defectos maxilofaciales complejos como huesos zigomáticos y mandíbulas.Las prótesis maxilofaciales de titanio fundido de la empresa alemana BEGO se modelan a través de datos de tomografía computarizada, y el error de ajuste es inferior a 0,3 mm.
5Otras aplicaciones innovadoras de las piezas fundidas de titanio en el campo médico
Implantes cardiovasculares:
Las demás aleaciones de titanio y níquel( aleación de memoria) se utilizan para fabricar stents vasculares, que restauran la forma preestablecida a temperatura corporal y sostienen el diámetro interno del vaso sanguíneo.Su flexibilidad es 5 veces mayor que la de los stents de acero inoxidable;
Implantes de oído:
Las cadenas osciculares artificiales hechas de piezas fundidas de titanio pesan sólo 0,1-0,3 g, y su eficiencia de conducción del sonido es un 30% superior a la de los implantes de plástico.Son adecuados para pacientes con pérdida auditiva conductiva.;
Reparación de tejidos blandos:
de aceroLos parches revestidos se usan para la reparación de hernias de la pared abdominal.Su estructura porosa puede promover el crecimiento del tejido fibroso y reducir el riesgo de desplazamiento de los parches (la tasa de desplazamiento de los parches de polipropileno tradicionales es de aproximadamente el 8% al 12%).
VI. Tendencias futuras: de "reemplazo funcional" a "integración biológicamente activa"
Actualización de la tecnología de modificación de la superficie:
La superficie de las piezas fundidas de titanio está recubierta con vidrio bioactivo (como el 45S5 Bioglass®), que puede liberar iones Ca2+ y PO43- para promover la mineralización ósea y acelerar la integración ósea.
Impresión 3D y combinación de fundición:
Primero, utilizar la tecnología SLM para imprimir porosoel titanioandamios, y luego llenar conchas densas de titanio mediante fundición de inversión para lograr una estructura compuesta de "superficie porosa + núcleo denso",mientras se satisfacen las necesidades de crecimiento óseo y apoyo mecánico;
Investigación y desarrollo de aleaciones de titanio degradables:
Las demás:el titanio(como Ti-2Mg-3Zn) puede degradarse lentamente en el cuerpo, liberando iones de magnesio para promover la osteogénesis, y es adecuado para la fijación a corto plazo (como la fijación de fracturas en niños).
Conclusión: Las piezas fundidas de titanio se han convertido en el "material de oro" en el campo de los implantes médicos, gracias a su excelente biocompatibilidad, sus propiedades mecánicas y sus capacidades de moldeo preciso.Desde las grandes articulaciones ortopédicas hasta los microimplantes orales, sus ventajas no son sólo en la sustitución de tejidos dañados, sino también en la promoción del desarrollo de la medicina regenerativa a través de la "interacción armoniosa" entre los materiales y el cuerpo humano.Con innovaciones en ingeniería de superficies y diseño de aleaciones, la aplicación de piezas fundidas de titanio en medicina personalizada y tratamiento de precisión continuará profundizándose, proporcionando a los pacientes soluciones de implantes más duraderas y cómodas.
