बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली एक प्रकार की कार्यात्मक संरचनात्मक सामग्री को संदर्भित करती है, विशेष रूप से सर्जिकल प्रत्यारोपण और आर्थोपेडिक उपकरणों के उत्पादन और निर्माण के लिए [1]। टाइटेनियम मिश्र धातु प्रसंस्करण सामग्री के उत्पादन और तैयारी में धातु विज्ञान, दबाव प्रसंस्करण, मिश्रित सामग्री और रासायनिक उद्योग के क्षेत्र शामिल हैं। इसे दुनिया में एक उच्च तकनीक उत्पाद के रूप में मान्यता प्राप्त है। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु धीरे-धीरे एयरोस्पेस, विमानन, राष्ट्रीय रक्षा और सैन्य उद्योग के क्षेत्र से नागरिक उपभोग के क्षेत्र में प्रवेश कर गए हैं [2]। जैसे चिकित्सा और स्वास्थ्य उद्योग में प्रत्यारोपण और चिकित्सा उपकरण; खेल अवकाश उद्योग में टाइटेनियम गोल्फ क्लब, टाइटेनियम तमाशा फ्रेम, टाइटेनियम घड़ियाँ, टाइटेनियम साइकिल और अन्य उत्पादों के लिए टाइटेनियम प्रसंस्करण सामग्री की मांग बढ़ रही है। जैव प्रौद्योगिकी के जोरदार विकास और बड़ी सफलता के साथ, जैव चिकित्सा धातु सामग्री और उनके उत्पाद उद्योग विश्व अर्थव्यवस्था के एक स्तंभ उद्योग के रूप में विकसित होंगे [3]। उनमें से, हल्के वजन, कम लोचदार मापांक, गैर-विषाक्त और गैर-चुंबकीय, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च शक्ति और अच्छी कठोरता [4] जैसे उत्कृष्ट व्यापक गुणों के कारण हाल के वर्षों में टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं की मांग तेजी से और लगातार बढ़ी है। उसी समय, जैसे ही टाइटेनियम मिश्र धातु प्लास्टिक सर्जरी और अन्य क्षेत्रों में प्रवेश करना शुरू करती है, नई संभावित बाजार मांग दिखाई देती है, और भविष्य में टाइटेनियम मिश्र धातु बाजार और अधिक तेजी से बढ़ेगा।
चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातु की अनुसंधान प्रगति
1.1 चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातुओं का वर्गीकरण
टाइटेनियम मिश्र धातुओं को विभाजित किया जा सकता है: प्रकार, + प्रकार और प्रकार 3 टाइटेनियम मिश्र धातु।
1.2 मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु की विकास प्रवृत्ति
साहित्य अनुसंधान [8-14] के माध्यम से, यह पाया गया है कि देश और विदेश में प्रासंगिक अनुसंधान विद्वान इस बात से सहमत हैं कि चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातु के विकास ने तीन ऐतिहासिक चरणों का अनुभव किया है। पहला चरण शुद्ध टाइटेनियम और Ti-6Al-4V मिश्र धातु द्वारा दर्शाया गया है; दूसरा चरण एक नया चरण है जो ti-5a1-2.5fe और ti-6a1-7nb + प्रकार मिश्र धातु द्वारा दर्शाया गया है; तीसरा चरण मुख्य रूप से बेहतर जैव अनुकूलता और कम लोचदार मापांक - टाइटेनियम मिश्र धातु चरण का विकास और विकास है। आदर्श बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री [15] को निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना होगा: अच्छी जैव अनुकूलता, कम लोचदार मापांक, कम घनत्व, अच्छा संक्षारण विरोधी प्रदर्शन, गैर विषैले, उच्च उपज शक्ति, लंबी थकान जीवन, कमरे के तापमान पर बड़ी प्लास्टिसिटी, बनाने में आसान, ढलाई में आसान, आदि। वर्तमान में, प्रत्यारोपण सामग्री में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली महत्वपूर्ण मिश्र धातुएं Ti-6A1-4V और ti-6a1-4veli हैं। यह बताया गया है कि [16-19] वी तत्व घातक ऊतक प्रतिक्रिया का कारण बन सकता है और मानव शरीर पर विषाक्त और दुष्प्रभाव हो सकता है, जबकि एएल ऑस्टियोपोरोसिस, मानसिक विकार और अन्य बीमारियों का कारण बन सकता है; इस समस्या को हल करने के लिए, बायोमटेरियलिस्ट वी और अल के बिना नई बायोमेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री की खोज और अध्ययन करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। इससे पहले, यह पता लगाना आवश्यक है कि कौन से मिश्र धातु तत्व जोड़ने के लिए उपयुक्त हैं, जो गैर विषैले हैं और जैव-अनुकूलता के सिद्धांत के अनुरूप हैं। कुछ अध्ययनों [20-23] में पाया गया कि इसमें मोलिब्डेनम, नाइओबियम, टैंटलम और ज़िरकोनियम जैसे गैर-विषैले तत्व होते हैं। टाइटेनियम मिश्र धातु में स्थिर तत्वों की उच्च सामग्री होती है, और + प्रकार I टाइटेनियम मिश्र धातु की तुलना में, इसमें कम लोचदार मापांक (ई {{27 }} ~ 80gpa), बेहतर कतरनी गुण और कठोरता होती है, और यह मानव शरीर में आरोपण के लिए अधिक उपयुक्त है।
2 टाइटेनियम मिश्र धातु का अनुप्रयोग
2.1 टाइटेनियम मिश्र धातु का चिकित्सा आधार
मानव प्रत्यारोपण के रूप में टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग करने के फायदे हैं: (1) घनत्व (20 डिग्री)=4.5जी/सेमी3, हल्का वजन। मानव शरीर में प्रत्यारोपित करना: मानव शरीर का भार कम करना। एक चिकित्सा उपकरण के रूप में: चिकित्सा कर्मियों के परिचालन भार को कम करें। (2) लोचदार मापांक कम है, और शुद्ध टाइटेनियम 108500mpa है। इसे मानव शरीर में प्रत्यारोपित किया जाता है: यह मानव शरीर की प्राकृतिक हड्डी के करीब है, जो हड्डी के कनेक्शन के लिए अनुकूल है और प्रत्यारोपण पर हड्डी के तनाव-परिरक्षण प्रभाव को कम करता है। (3) गैर चुंबकीय, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और तूफान के मौसम से प्रभावित नहीं, जो उपयोग के बाद मानव सुरक्षा के लिए अनुकूल है। (4) गैर विषैला। इम्प्लांट के रूप में इसका मानव शरीर पर कोई दुष्प्रभाव नहीं पड़ता है। (5) संक्षारण प्रतिरोध (जैव अक्रिय धातु सामग्री), मानव रक्त के विसर्जन वातावरण में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध, मानव रक्त और कोशिका ऊतक के साथ अच्छी संगतता, प्रत्यारोपण के रूप में कोई मानव प्रदूषण और एलर्जी प्रतिक्रिया नहीं, जो टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु के अनुप्रयोग के लिए मूल स्थिति है। (6) इसमें उच्च शक्ति और अच्छी क्रूरता है। हड्डी और जोड़ों की क्षति आघात, ट्यूमर और अन्य कारकों के कारण होती है। एक स्थिर हड्डी मचान स्थापित करने के लिए, आर्क प्लेट, स्क्रू, कृत्रिम हड्डियों और जोड़ों का उपयोग किया जाना चाहिए। इन प्रत्यारोपणों को मानव शरीर में लंबे समय तक रखा जाना चाहिए, और ये मानव शरीर के झुकने, मरोड़, बाहर निकलने और मांसपेशियों के संकुचन से प्रभावित होंगे। यह आवश्यक है कि प्रत्यारोपण में उच्च शक्ति और कठोरता हो।
2.2 टाइटेनियम मिश्र धातु के चिकित्सा और आर्थोपेडिक क्षेत्र
टाइटेनियम मिश्र धातु के विकास, टाइटेनियम किस्मों की वृद्धि और कीमत में कमी के साथ बाजार की स्थिति, नागरिक उद्योग में टाइटेनियम का अनुप्रयोग दोगुना हो गया है। सीएफडीए चिकित्सा उपकरणों को उनकी सुरक्षा के अनुसार उच्च से निम्न तीन स्तरों में विभाजित करता है, और तीन स्तर की सरकारें क्रमशः उनकी निगरानी और प्रबंधन करती हैं। टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री से बने प्रत्यारोपण चिकित्सा उपकरणों की तीसरी श्रेणी से संबंधित हैं और उच्च मूल्य वाले उपभोग्य हैं। 5% से अधिक बाजार खंड वाले उप उद्योगों में इन विट्रो डायग्नोसिस, हृदय, इमेजिंग डायग्नोसिस, ऑर्थोपेडिक्स, नेत्र विज्ञान और प्लास्टिक सर्जरी शामिल हैं। उनमें से, इन विट्रो डायग्नोसिस, ऑर्थोपेडिक्स और कार्डियक इंटरवेंशन चीन में सबसे तेजी से बढ़ती हुई उच्च मूल्य वाली उपभोग्य वस्तुएं हैं। बायोमेडिकल टाइटेनियम और इसकी मिश्र धातु सामग्री के अनुप्रयोग ने तीन ऐतिहासिक चरणों का अनुभव किया है [27]: 1950 के दशक की शुरुआत में, वाणिज्यिक शुद्ध टाइटेनियम का उपयोग पहली बार ब्रिटेन और संयुक्त राज्य अमेरिका में हड्डी की प्लेट, स्क्रू, इंट्रामेडुलरी नाखून और कूल्हे के जोड़ों के निर्माण के लिए किया गया था। स्विट्जरलैंड की मैथिस ऊरु गर्दन के फ्रैक्चर के इलाज के लिए नॉन रीम्ड इंटरलॉकिंग इंट्रामेडुलरी नेल सिस्टम (टिबिया, ह्यूमरस और फीमर सहित) और खोखले स्क्रू के निर्माण के लिए ti{32}}6a1-7nb मिश्र धातु का भी उपयोग करती है। कनाडा की पोरस नी टीआई (पीएनटी) मिश्र धातु बायोएक्टिव मटेरियल निर्माता सर्वाइकल और लम्बर इंटरबॉडी फ्यूजन केज (केज) बायोरथेक्स कंपनी ने आर्थोपेडिक रीढ़ की चोट के इलाज के लिए पोरस नी टीआई मिश्र धातु पेटेंट सामग्री एक्टिपोर जीए से बना एक सर्वाइकल और लम्बर इंटरबॉडी फ्यूजन केज विकसित किया है। नए प्रकार का टाइटेनियम मिश्र धातु एक उन्नत सामग्री है जिसका उपयोग आर्थोपेडिक्स, दंत चिकित्सा और संवहनी हस्तक्षेप में किया जा सकता है। आर्थोपेडिक चिकित्सा उपकरण उद्योग की वैश्विक चिकित्सा उपकरण बाजार में हिस्सेदारी 9% है और यह अभी भी तेजी से बढ़ रहा है। आर्थोपेडिक चिकित्सा उपकरण बाजार मुख्य रूप से चार क्षेत्रों में विभाजित है: आघात, जोड़, रीढ़ और अन्य। उनमें से, आघात एकमात्र उप-विभाजित क्षेत्र है जिस पर विदेशी उद्यमों का कब्जा नहीं है। मुख्य कारण यह है कि इस क्षेत्र के उत्पादों में तकनीकी सामग्री कम होती है, कॉपी करना आसान होता है और संचालन कम कठिन होता है। कई माध्यमिक और तृतीयक अस्पताल इसे अंजाम दे सकते हैं, जिन्हें विदेशी उद्यमों द्वारा पूरी तरह से कवर नहीं किया जा सकता है। आघात उत्पादों को आंतरिक निर्धारण और बाह्य निर्धारण उपकरणों में विभाजित किया जा सकता है। आंतरिक निर्धारण आघात उत्पादों में इंट्रामेडुलरी नाखून, हड्डी की प्लेटें और स्क्रू शामिल हैं। 2012 में, घरेलू आर्थोपेडिक बाजार में आघात का योगदान 34%, जोड़ों का 28%, रीढ़ का 20% और अन्य का 18% था। बड़े जोड़ उच्च तकनीकी बाधाओं वाले उच्च स्तरीय चिकित्सा उपकरण हैं। वर्तमान में, मुख्यधारा के अस्पताल मुख्य रूप से आर्थोपेडिक सामग्री का आयात करते हैं। प्रौद्योगिकी, डिजाइन, अनुसंधान एवं विकास, सामग्री, सतह उपचार प्रक्रिया आदि के मामले में घरेलू और आयातित उत्पादों के बीच अभी भी एक अंतर है। कृत्रिम जोड़ों को मुख्य रूप से कृत्रिम घुटने, कूल्हे, कोहनी, कंधे, उंगली और पैर के जोड़ों में विभाजित किया जाता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण संयुक्त प्रतिस्थापन में कूल्हे और घुटने शामिल हैं, जो वैश्विक संयुक्त प्रतिस्थापन बाजार के 95% से अधिक के लिए जिम्मेदार हैं। स्पाइनल इम्प्लांट उपकरणों में थोरैकोलम्बर स्क्रू प्लेट सिस्टम, सर्वाइकल स्क्रू प्लेट सिस्टम और फ्यूजन केज सिस्टम शामिल हैं। इंटरवर्टेब्रल फ्यूजन केज प्रणाली का उपयोग मुख्य रूप से इंटरवर्टेब्रल डिस्क प्रतिस्थापन के उपचार के लिए किया जाता है। यह सबसे महत्वपूर्ण खंड भी है, जो पूरे स्पाइनल इम्प्लांट बाजार का लगभग आधा हिस्सा है।
3 निष्कर्ष
टाइटेनियम मिश्र धातु का बेहतर प्रदर्शन इसे चिकित्सा क्षेत्र में अग्रणी स्थान बनाता है। जैव प्रौद्योगिकी की सफलता और चिकित्सा अनुप्रयोग की बड़ी मांग के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातु की सामग्री डिजाइन और तैयारी तकनीक तेजी से विकसित हुई है। वर्तमान में, उत्पादित मुख्य चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातु + प्रकार टाइटेनियम मिश्र धातु हैं। तैयारी प्रक्रिया के संदर्भ में, TC4 (tc4eli) का उत्पादन वर्तमान में मुख्य बाजार हिस्सेदारी पर है। बायोकम्पैटिबिलिटी और मैकेनिकल अनुकूलता में इसके कुछ फायदों के कारण, टी - प्रकार का टाइटेनियम मिश्र धातु नए मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु का अनुसंधान हॉटस्पॉट और चिकित्सा प्रत्यारोपण के क्षेत्र में सबसे संभावित तकनीक बन गया है। भविष्य में, टाइटेनियम मिश्र धातु की उत्पादन तकनीक कम मापांक, उच्च शक्ति, अच्छी जैव अनुकूलता और यांत्रिक अनुकूलता की दिशा में विकसित होनी चाहिए। विकास की प्रवृत्ति से, टाइप टाइटेनियम मिश्र धातु भविष्य की विकास दिशा और चिकित्सा टाइटेनियम मिश्र धातु बाजार की मुख्यधारा बन जाएगी।
