Analyse artificielle des matériaux articulaires: métal implantable médical? Polymères? Céramique?

2. Matériaux métalliques

Les matériaux métalliques sont largement utilisés dans les articulations artificielles en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, de la facilité de traitement et de la stabilité. Les principaux matériaux métalliques comprennent l'acier inoxydable, les alliages à base de cobalt, les alliages de titane et les métaux en tantale.

Alliage de titane


Le titane est un métal structurel important développé dans les années 1950. Le premier alliage de titane utilisé était l'alliage TI-6AL-4V développé avec succès en 1954 aux États-Unis, qui est devenu l'alliage ACE dans l'industrie de l'alliage de titane en raison de sa meilleure résistance à la chaleur, de sa force, de sa plasticité, de sa ténacité, de sa formulation, de sa corrosion, de sa meilleure résistance à la chaleur résistance et biocompatibilité. Dans les années 1950, il a été développé comme un matériau de carrosserie aérodynamique et aéronef, et son application principale dans l'industrie est caractérisée par une forte résistance, une forte plasticité, une ténacité élevée et une tolérance aux dommages aux métaux élevés. À l'heure actuelle, la norme nationale pour l'alliage TI-6AL-4V pour les articulations artificielles est YY 0117.2-2005.

Acier inoxydable

L'acier inoxydable est le premier matériau utilisé dans la prothèse articulaire artificielle, a une certaine résistance à la corrosion et une résistance mécanique, mais contient des éléments tels que Ni a un effet tératogène, pas adapté au séjour à long terme dans le corps 1, en plus, un matériau en acier inoxydable lui-même n'est pas biologiquement actif, il est difficile de former une liaison stable et solide avec le tissu osseux. Par conséquent, dans les matériaux articulaires artificiels, l'acier inoxydable est progressivement remplacé par des alliages à base de cobalt et des alliages de titane. Ces dernières années, l'utilisation clinique d'alliages à base de cobalt et d'alliages de titane comme matériaux de prothèse articulaire artificielle.

Par rapport à l'acier inoxydable, le film de passivation de l'alliage à base de cobalt est plus stable et a une meilleure résistance à la corrosion. Ses inconvénients incluent principalement la lixiviation du plasma CO et Ni causée par la corrosion par friction des métaux, qui stimule la sécrétion des cytokines 0pg et d'autres substances2 et provoque la nécrose des cellules osseuses et des tissus in vivo, conduisant ainsi à des complications telles que le relâchement de l'articulation du patient et naufrage de la prothèse conjointe.

Alliage de chrome de cobalt


L'alliage de chrome de cobalt est un alliage dur qui résiste à divers types d'usure et de corrosion ainsi que de l'oxydation à haute température. Il est communément appelé alliage de cobalt-chrome-tungstène (molybdène) ou alliage stéarique (l'alliage stéarique a été inventé par American Elwood Hayness en 1907). Les alliages à base de cobalt sont fabriqués avec du cobalt comme composant principal et contiennent des quantités considérables de nickel, de chrome, de tungstène et de petites quantités de molybdène, de niobium, de tantale, de titane, de lanthane et d'autres éléments alliés.


Le cobalt et le chrome sont les deux éléments de base des alliages à base de cobalt, tandis que l'ajout de molybdène donne un grain plus fin et une résistance plus élevée après la coulée ou la forge. Les alliages de cobalt-chrome-molybdène sont essentiellement divisés en deux catégories: l'une est des alliages cocrmo, qui sont généralement des produits coulés, et l'autre est des alliages conicrmo, qui sont généralement (chauds) forgés pour l'usinage de précision. Les produits conjoints artificiels sont couramment utilisés comme alliages de cocrmo coulés, et les implants liés à la dents peuvent également être fabriqués. À l'heure actuelle, la norme domestique pour le casting de l'alliage cocrmo est YY 0117.3-2005.

Matériaux poreux en métal

Le matériel de tantale poreux est un nouveau type de matériel d'implant orthopédique qui a émergé récemment. En raison de sa bonne histocompatibilité, de sa porosité élevée, de son coefficient de frottement de surface élevé et de son module élastique faible, il a été reconnu comme un matériau d'implant orthopédique idéal. La structure interstitielle du tantale métallique poreuse est similaire à celle des trabécules osseuses spongieuses, avec une structure de pores connectés en trois dimensions, qui convient très à la longue entrée de tissu osseux; Son module élastique correspond au module élastique du tissu osseux au site d'implantation, évitant l'effet de masquage de contrainte. Le tantale poreux est chimiquement stable dans l'environnement du liquide corporel et présente une excellente biocompatibilité. Les nombreux avantages du tantale métallique poreux ont conduit à son intérêt croissant et à une utilisation généralisée dans les applications cliniques.


Source de l'image: Internet

Les données publiques montrent que le marché des dispositifs médicaux augmente à un TCAC de 5,6% par rapport à 2018-2024 (Source: Firestone Creations). En termes de segmentation, les ventes de dispositifs médicaux orthopédiques sont de 36,5 milliards de dollars, représentant 9% de la part mondiale des dispositifs médicaux. Comment la sélection des matériaux, la conception des produits et l'évaluation biologique des implants orthopédiques métalliques deviennent-ils un défi urgent aujourd'hui?

3. Matériaux en céramique

Dans le domaine médical, les céramiques sont utilisées comme matériaux d'implant non seulement pour les articulations artificielles, mais aussi pour les prothèses orales. Parmi ceux-ci, les implants dentaires en céramique sont un marché potentiel d'intérêt pour les sociétés de matériaux en céramique dans le monde.

Les matériaux en céramique sont un nouveau type de matériau prothétique qui a émergé après le métal et le polyéthylène. Il est largement utilisé en raison de sa bonne biocompatibilité et de son faible taux d'usure. Il est principalement utilisé pour la muqueuse acétabulaire, la partie de la tête fémorale ou la prothèse de condyle fémorale. Les plats que nous utilisons dans la vie sont également en céramique, mais le matériau en céramique choisi pour la prothèse articulaire est très différent de la céramique utilisée pour les plats.

La céramique utilisée dans la vie est faite d'argile qui est frittée à des températures élevées, tandis que la céramique utilisée dans la prothèse articulaire est faite d'alumine et de zircone de haute pureté, et la température de frittage est plus élevée et plus strictement contrôlée. Les articulations artificielles de la hanche, en revanche, sont divisées en trois catégories: céramique-céramique, céramique-polyéthylène et alliage-polyéthylène, selon le matériau de la tête de balle et de la coupe acétabulaire. La principale différence entre céramique-céramique, céramique-polyéthylène et alliage-polyéthylène se reflète dans les propriétés mécaniques et biologiques. Des matériaux spéciaux et des processus spécifiques produisent des céramiques à la fois résistantes à l'usure et difficiles. La littérature rapporte que les prothèses de hanche en céramique ne portent que 5 microns par an, ce qui les rend durables et le meilleur choix pour les jeunes patients.

Le remplacement artificiel artificiel a été salué comme l'une des étapes majeures de l'histoire de la chirurgie orthopédique au 20e siècle, et la pierre angulaire de la création et du développement du remplacement conjoint réside dans les prothèses conjointes. Une prothèse conjointe peut sembler insignifiante, mais elle est le résultat de l'intégration de la science et de la technologie dans de nombreux domaines tels que la médecine, la métallurgie, les matériaux, les produits chimiques et les mécanismes, et est le résultat de décennies d'efforts conjoints entre les chirurgiens orthopédiques et les scientifiques de scientifiques de scientifiques différents champs. Avec le développement de la technologie, de plus en plus d'excellents matériaux prothétiques émergeront au profit des patients, afin que les patients puissent se débarrasser des maladies articulaires.