인공 관절 재료 분석 : 의료 이식 가능한 금속? 폴리머? 세라믹?

2. 금속 재료

금속 재료는 우수한 기계적 특성, 처리 용이성 및 안정성으로 인해 인공 관절에 널리 사용됩니다. 주 금속 재료에는 스테인레스 스틸, 코발트 기반 합금, 티타늄 합금 및 탄탈 룸 금속이 포함됩니다.

티타늄 합금


티타늄은 1950 년대에 개발 된 중요한 구조 금속입니다. 사용 된 최초의 티타늄 합금은 1954 년 미국에서 성공적으로 개발 된 TI-6AL-4V 합금으로, 더 나은 내열, 강도, 가소성, 강인성, 용접 성, 부식으로 인해 티타늄 합금 산업의 ACE 합금이되었습니다. 저항 및 생체 적합성. 1950 년대 에이 제품은 에어로 엔진 및 항공기 바디 재료로 개발되었으며 업계의 주요 응용 프로그램은 고강도, 높은 가소성, 높은 인성 및 높은 금속 손상 허용 오차로 특징 지어집니다. 현재, 인공 조인트에 대한 Ti-6AL-4V 합금의 국내 표준은 YY 0117.2-2005입니다.

스테인레스 스틸

스테인레스 스틸은 인공 관절 보철물에 사용되는 최초의 재료이며, 특정 부식 저항성과 기계적 강도를 가지지 만 Ni와 같은 요소는 기형 효과가 있으며 신체 1의 장기 체류에 적합하지 않으며 스테인리스 스틸 재료 그 자체는 생물학적으로 활동적이지 않으며 뼈 조직과 안정적이고 고체 결합을 형성하는 것은 어렵다. 따라서 인공 조인트 재료에서 스테인레스 스틸은 점차 코발트 기반 합금 및 티타늄 합금으로 대체됩니다. 최근에, 인공 관절 보철물로서 코발트 기반 합금 및 티타늄 합금의 임상 적 사용.

스테인레스 스틸과 비교하여 코발트 기반 합금의 패시베이션 필름은 더 안정적이며 내식성이 향상됩니다. 그것의 단점은 주로 금속 마찰 부식으로 인한 CO 및 Ni 혈장의 침출을 포함하여, 사이토 카인 0pg 및 다른 물질의 분비를 자극하고 생체 내에서 뼈 세포와 조직의 괴사를 유발하여 환자의 관절을 느슨하게하는 것과 같은 합병증을 유발합니다. 관절 보철물의 침몰.

코발트-크로 미움 합금


코발트-크로 마움 합금은 다양한 유형의 마모 및 부식뿐만 아니라 고온 산화에 내성이있는 단단한 합금입니다. 일반적으로 코발트-크로 미움-텅스텐 (Molybdenum) 합금 또는 스테아 릭 합금이라고합니다 (1907 년 미국 엘 우드 헤이 니스에 의해 스테아 릭 합금이 발명되었습니다). 코발트 기반 합금은 주요 성분으로 코발트로 만들어지며 상당한 양의 니켈, 크롬, 텅스텐 및 소량의 몰리브덴, 니오 비움, 탄탈륨, 티타늄, 란타늄 및 기타 합금 요소를 포함합니다.


코발트와 크롬은 코발트 기반 합금의 두 가지 기본 요소이며, 몰리브덴의 첨가는 주조 또는 단조 후 더 미세한 곡물과 더 높은 강도를 제공합니다. Cobalt-Chromium-Molybdenum 합금은 기본적으로 두 가지 범주로 나뉩니다. 하나는 일반적으로 주조 제품인 Cocrmo 합금이고 다른 하나는 Conicrmo 합금이며, 일반적으로 정밀 가공을 위해 (핫) 위조됩니다. 인공 관절 제품은 일반적으로 주조 CocroCmo 합금으로 사용되며 치과 관련 임플란트도 제조 할 수 있습니다. 현재 CocroCmo 합금을 주조하기위한 국내 표준은 YY 0117.3-2005입니다.

다공성 탄탈륨 금속 재료

다공성 탄탈륨 물질은 최근에 등장한 새로운 유형의 정형 외과 임플란트 물질입니다. 조직 적합성, 높은 다공성, 높은 표면 마찰 계수 및 낮은 탄성 계수로 인해 이상적인 정형 외과 임플란트 재료로 인식되어왔다. 다공성 탄탈 룸 금속의 기공 구조는 3 차원 연결된 기공 구조를 갖는 취상 뼈 트라 베라의 구조와 유사하며, 이는 뼈 조직의 긴 진입에 매우 적합하며; 탄성 계수는 ​​이식 부위에서 뼈 조직의 탄성 계수와 일치하여 스트레스 마스킹 효과를 피합니다. 다공성 탄탈륨은 체액 환경에서 화학적으로 안정하며 우수한 생체 적합성을 나타냅니다. 다공성 탄탈륨 금속의 많은 장점으로 인해 임상 적용에 대한 관심과 광범위한 사용이 증가했습니다.


이미지 출처 : 인터넷

공개 데이터에 따르면 의료 기기 시장은 2018-2024 년에서 5.6%의 CAGR로 성장하고 있습니다 (출처 : Firestone Creations). 세분화 측면에서, 정형 외과 의료 기기 판매는 365 억 달러로 전 세계 의료 기기 점유율의 9%를 차지합니다. 금속 정형 외과 임플란트의 재료 선택, 제품 설계 및 생물학적 평가는 어떻게 오늘날의 시급한 도전이됩니까?

3. 세라믹 재료

의료 분야에서 세라믹은 인공 관절뿐만 아니라 구강 보철물에도 임플란트 재료로 사용됩니다. 이 중 세라믹 치과 임플란트는 전 세계 세라믹 재료 회사의 잠재적 인 시장입니다.

세라믹 재료는 금속 및 폴리에틸렌 후에 나타난 새로운 유형의 보철 물질입니다. 생체 적합성이 우수하고 마모 속도가 낮기 때문에 널리 사용됩니다. 주로 비증 적 안감, 대퇴부 머리 부분 또는 대퇴 경도 보철물에 사용됩니다. 우리가 인생에서 사용하는 요리는 세라믹으로 만들어졌지만 관절 보철물을 위해 선택된 세라믹 재료는 요리에 사용되는 세라믹과는 매우 다릅니다.

생명에 사용 된 세라믹은 고온에서 소결되는 점토로 만들어졌으며 관절 보철물에 사용되는 세라믹은 고순도 알루미나와 지르코니아로 만들어지며 소결 온도는 더 높고 엄격하게 제어됩니다. 반면, 인공 고관절은 볼 헤드 및 비구 컵의 재료에 따라 세라믹-세라믹, 세라믹-폴리 에틸렌 및 합금-폴리 에틸렌의 세 가지 범주로 나뉩니다. 세라믹-세라믹, 세라믹-폴리 에틸렌과 합금-폴리 에틸렌의 주요 차이점은 기계적 및 생물학적 특성에 반영된다. 특수 재료 및 특정 프로세스는 내마모와 단단한 세라믹을 생성합니다. 문헌에 따르면 세라믹으로 만든 고관절 보철물은 연간 5 미크론 만 착용하여 내구성이 뛰어나고 젊은 환자들에게 최선의 선택이된다고합니다.

인공 관절 교체는 20 세기 정형 외과 수술의 역사상 주요 이정표 중 하나로 환영 받았으며, 공동 대체의 생성 및 개발의 초석은 공동 보철물에 있습니다. 공동 보철물은 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만 의약품, 야금, 재료, 화학 물질 및 역학과 같은 많은 분야에서 과학 기술의 통합의 결과이며 정형 외과 의사와 과학자 간의 수십 년간의 공동 노력의 결과입니다. 다른 필드. 기술의 발달로 인해 환자의 이익을 위해 점점 더 우수한 보철 물질이 등장하여 환자가 관절 질환을 제거 할 수 있습니다.