티타늄 합금은 오랫동안 높은 강도, 가벼운 무게와 같은 특성의 독특한 조합으로 인해 의료 임플란트 및 인공 인체에 가장 유망한 재료 중 하나로 간주되었습니다.,그러나 의료용 용도에 대한 적합성을 결정하는 가장 중요한 측면 중 하나는생물 호환성이 연구는 티타늄 합금의 생물 호환성을 탐구합니다.인체에 대한 성능과 의료용으로 이러한 재료를 최적화하는 것과 관련된 과제에 초점을 맞추고.

1.의료용 타이타늄 합금의 개요

티타늄과 그 합금은 다음과 같은 다양한 의료 용도로 일반적으로 사용됩니다.

정형 임플란트(예를 들어, 허프 및 무릎 교체, 뼈 나사)

치아 임플란트

심장 혈관 장치(예: 심장 밸브, 스텐트)

크라니오맥실로페시얼 임플란트

티타늄이 의학 분야에서 광범위하게 사용 된 이유는생물학적 무력성- 그것은 신체 조직과 액체에 부정적인 반응을 일으키지 않으며, 이식되면 최소한의 거부 또는 염증을 유발합니다.높은 강도/중량 비율그리고 복잡한 기하학으로 쉽게 형성될 수 있습니다. 이것은 의료 임플란트에서 필수적입니다.

2.티타늄 합금의 주요 생물 호환성 요인

여러 가지 요인이 티타늄 합금의 생물 호환성에 영향을 미칩니다.

A.부식 저항성

티타늄의 가장 바람직한 특징 중 하나는 인간의 신체의 가혹하고 유체로 가득 찬 환경에서 필수적인 예외적인 부식 저항성입니다.비활성화 산화물층 (TiO2)이 층은 대부분의 생리적 환경에서 안정적이지만 생물 호환성은 다음과 같이 영향을받을 수 있습니다.

산화층의 분해:어떤 경우에는 산화층이 시간이 지남에 따라 퇴색될 수 있습니다. 특히 산성 또는 염증 상태와 같은 공격적인 환경에서요.

표면 변경:표면 처리 (예를 들어, 애노디화, 하이드록시아파티트 코팅) 는 부식 저항성을 향상시키고 촉진 할 수 있습니다.골 통합이식물의 표면에 뼈가 자라는 과정입니다.

B.세포 독성성

세포 독성은 물질이 세포에 유해한 영향을 줄 수있는 잠재력을 의미합니다. 티타늄은 일반적으로 독성이 없다고 간주되지만바나디움, 알루미늄, 몰리브덴, 특히 이 요소들이 부식이나 마모로 인해 신체에 방출되면 세포 독성에 대한 우려가 발생할 수 있습니다.이 미량 원소 들 이 인간 세포 에 미치는 영향 을 이해 하기 위한 연구 가 계속 되고 있다특히 면역 반응과 관련하여

C.면역 반응

티타늄의 생체 호환성은 면역 시스템과의 상호 작용이 거의 없기 때문입니다.외체 반응특히 특정 금속 합금에 대한 알레르기 또는 감수성이있는 개인에서 티타늄 임플란트에 반응하여연구 결과 티타늄 자체 는 면역 반응 을 유발 하는 것 이 드물다그러나 다른 합금 요소 또는 표면 오염 물질의 존재는 조직 통합에 영향을 줄 수 있습니다.

D.뼈 통합

티타늄 합금 을 정형 및 치아 임플란트 에 적합 하게 만드는 주요 특성 중 하나는골 통합- 뼈 세포가 임플란트 표면에 붙어 성장하는 과정입니다. 티타늄의 표면 거칠성, 포러스성, 화학적 성분은 골 통합에 영향을 줄 수 있습니다.연구결과에 따르면, 표면처리는미세한 거칠성, 모래 분쇄 및 플라스마 분사 등은 골성 세포 (뼈 형성 세포) 의 접착을 촉진함으로써 생물학적 반응을 향상시킵니다.

E.마모 및 입자 생성

사용 및 후속 세대쓰레기 입자또 다른 중요한 생물 호환성에 영향을 미치는 요소입니다. 시간이 지남에 따라 티타늄 임플란트에 대한 기계적 스트레스는 주변 조직에 미세한 입자를 방출하도록 할 수 있습니다.이 입자들은 염증 반응을 유발하고 임플란트 느슨해지거나 실패에 기여할 수 있습니다.마모 저항 코팅 연구 및 새로운 티타늄 합금 개발은 마모율과 입자 방출을 줄이고 환자에게 장기적인 결과를 개선하는 것을 목표로합니다.

3.생물 호환성 에 관한 최근 연구 와 혁신

A.생물 호환성 표면 수정

최근 표면 수정 기술에서의 발전은 티타늄 합금과 생물학적 조직 사이의 상호 작용을 개선하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 수정에는 다음이 포함됩니다.

수산화아파티트 (HA) 코팅:뼈에 존재하는 미네랄 인 HA는 뼈 부착을 촉진하기 위해 티타늄 합금에 적용 될 수 있습니다. 이것은 특히 치아 임플란트 및 관절 교체와 같은 응용 프로그램에서 유용합니다.

티타늄 산화물 (TiO2) 나노튜브:티타늄 임플란트의 표면에 나노 규모의 특징을 만드는 것은 세포 부착, 증식 및 차별화를 향상시킵니다. 특히 골반 세포에 대해.이것은 더 빠르고 강한 골 통합으로 이어집니다..

플라즈마 분사:티타늄에 플라즈마 스프레이 코팅을 적용하여 마모 저항성을 향상시키고 표면 거칠성을 향상시키고 뼈 성장을 촉진할 수 있습니다.

B.독성 가 감소 된 티타늄 합금

이 같은 합금 원소의 세포 독성에 대한 우려를 해결하기 위해알루미늄그리고바나디움, 연구의 중심은 개발에 초점을 맞췄습니다더 많은 생물 호환성 요소를 가진 티타늄 합금, 예를 들어니오비아, 탄탈,그리고지르코늄이 요소들은 덜 독성이 있을 뿐만 아니라 더 나은 골 통합을 촉진시켜 장기적인 의료 임플란트에 더 적합하게 만듭니다.

C.생물분해성 티타늄 합금

또 다른 혁신적인 연구 분야는생물분해성 티타늄 합금시간이 지남에 따라 신체 내에서 점차 분해될 수 있습니다. 임플란트 제거 수술의 필요성을 제거합니다.이 합금은 전통적인 티타늄 합금과 유사한 기계적 강도를 제공하지만 통제 된 방식으로 분해하도록 설계되었습니다., 유해 잔류를 남기지 않습니다.