의학 분야에서 티타늄의 주요 응용

티타늄은 주로 다음과 같은 분야에서 사용됩니다:

1. 정형외과 임플란트
이것은 티타늄의 가장 광범위하고 잘 확립된 응용 분야입니다.

• 인공 관절: 고관절, 무릎 관절, 어깨 관절, 팔꿈치 관절 등. 대퇴골 줄기 및 비구 컵과 같은 중요한 하중 지지 부품은 대부분 티타늄 합금으로 만들어집니다.

• 외상 수리: 내부 골절 고정을 위한 뼈판, 나사 및 골수강 내 못. 이러한 장치는 골절을 안정시키고 뼈 치유를 촉진합니다.

• 척추 유합술: 척추 측만증 교정 및 디스크 교체 수술에 사용되는 체간 융합 장치, 티타늄 메쉬 및 추체 나사 시스템.

2. 치과 임플란트 및 보철물

• 치과 임플란트: 티타늄 임플란트는 치과에서 "표준"입니다. 인공 뿌리 역할을 하기 위해 턱뼈에 삽입되어 강한 골유착 뼈와 함께 형성되며, 그 위에 크라운이 나중에 장착됩니다.

• 틀니 프레임워크: 탈착식 틀니의 금속 프레임워크와 크라운 및 브릿지 베이스는 가볍고 내구성이 뛰어나며 알레르기 유발성이 낮기 때문에 종종 티타늄을 사용합니다.

• 교정 장치: 일부 교정 브래킷과 아치 와이어도 티타늄 합금으로 만들어집니다.

3. 심혈관 중재 장치

• 심박 조율기 및 제세동기 케이스: 티타늄 케이스는 우수한 밀봉 기능을 제공하여 내부精密 전자 부품을 보호하는 동시에 인체 조직과 생체 적합하여 거부 반응을 줄입니다.

• 혈관 스텐트: 현재 코발트-크롬 합금 및 생분해성 재료가 주류를 이루고 있지만, 니켈-티타늄 합금(Nitinol)은 고유한 초탄성 및 형상 기억 효과 때문에 특히 경동맥 및 하지 동맥과 같은 부위에서 자가 팽창 혈관 스텐트에 사용됩니다.

4. 수술 도구 및 장비

• 수술 도구: 티타늄 겸자, 가위, 견인기 등은 스테인리스 스틸 도구보다 가볍고 높은 피로 강도를 제공하며 부식에 강하여 반복적인 고온 멸균을 견딜 수 있습니다.

• 의료 기기 부품: MRI 스캐너, 로봇 수술 팔 등의 내부 부품. 티타늄의 비자성 특성 은 MRI 환경에서 안전에 매우 중요하며 영상 간섭을 방지합니다.

5. 두개안면 재건

• 외상 또는 수술로 인한 두개골 및 안면 골 결손을 수리하는 데 사용되는 티타늄 메쉬 및 플레이트. 기능과 외관을 모두 복원하도록 정밀하게 성형할 수 있습니다.

2. 티타늄 재료의 핵심 장점

의료 분야에서 티타늄의 대체 불가능한 역할은 탁월한 특성에서 비롯됩니다:

1. 우수한 생체 적합성
이것은 티타늄의 가장 중요한 장점입니다. 표면은 자연적으로 조밀하고 안정적인 티타늄 산화물 수동 피막을 형성하며, 이는 화학적으로 비활성이며 인체 조직이나 체액과 거의 반응하지 않습니다. 이는 염증, 알레르기 또는 거부 반응을 방지합니다. 이는 직접적이고 기능적인 결합 생체 뼈 조직과 함께, 이는 골유착 으로 알려져 있으며, 임플란트의 장기적인 안정성에 매우 중요합니다.

2. 높은 강도 대 중량비 및 낮은 탄성 계수

• 높은 강도 대 중량비: 티타늄의 강도는 많은 강철과 비슷하지만 밀도(~4.5 g/cm³)는 강철의 약 60%에 불과하여 임플란트를 가볍게 하고 환자의 부담을 줄입니다.

• 낮은 탄성 계수: 티타늄의 탄성 계수(~110 GPa)는 인체 뼈(10-30 GPa)에 더 가깝고 스테인리스 스틸 또는 코발트-크롬 합금보다 훨씬 낮습니다. 이는 응력 차폐 효과—경직된 임플란트가 대부분의 응력을 받으면서 주변 뼈가 기계적 자극 부족으로 인해 다공성이 되고 흡수되는 현상. 티타늄 임플란트는 뼈로의 보다 자연스러운 응력 전달을 허용하여 치유 및 장기적인 안정성을 촉진합니다.

3. 뛰어난 내식성
체액은 염화물 이온(예: 염화나트륨)을 포함하는 부식성 환경입니다. 티타늄의 수동 피막은 생리적 환경에서 매우 높은 내식성을 제공하여 부식에 거의 영향을 받지 않게 합니다. 이는 다음을 의미합니다:

• 긴 임플란트 수명: 부식으로 인한 고장 없음.

• 높은 생체 적합성: 금속 이온 방출로 인한 조직 독성 및 알레르기 반응(예: 니켈 알레르기) 방지.

4. 비자성 특성
티타늄은 상자성이며 강한 자기장에서도 자화되지 않습니다. 이를 통해 티타늄 임플란트를 가진 환자는 MRI 스캔 임플란트 가열, 변위 또는 영상 간섭에 대한 걱정 없이 안전하게 받을 수 있으며, 이는 수술 후 진단 및 모니터링에 매우 중요합니다.

5. 우수한 가공성 및 성형성
순수 티타늄은 부드럽지만 합금(예: 알루미늄 및 바나듐과 합금하여 Ti-6Al-4V 형성) 및 고급 가공 기술을 통해 맞춤형 수술 요구 사항을 충족하는 복잡한 모양의 임플란트를 생산할 수 있습니다. 니켈-티타늄 합금의 형상 기억 효과 는 자가 팽창 스텐트와 같은 응용 분야에 고유한 솔루션을 제공합니다.

요약 및 미래 전망

미래 동향: