تیتانیوم پزشکی

لیست مزایای فلز تیتانیوم بسیار طولانی است. این فلز، برای صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوا و فضا و دنیای معماری فوق العاده مفید است. اما چون مقاوم در برابر خوردگی، سازگار با محیط زیست و دارای توانایی ذاتی لازم به عنوان مفصل برای استخوان انسان است، به عنوان یکی از اصلی­ترین زمینه­ های پزشکی به حساب می ­آید. از ابزارهای جراحی که از جنس تیتانیوم هستند می­ توان به میله ­ها، پین­ ها و روکش­ های ارتوپدی تیتانیوم و تیتانیوم دندانی اشاره کرد که به ماده اصلی استفاده شده در پزشکی تبدیل شده­­ است.

تیتانیوم ­های گرید پزشکی

تیتانیوم گرید 6Al4V و 6Al4V ELI، با ترکیب آلیاژی 6% آلومینیوم و 4% وانادیوم ساخته شده ­اند و رایج ­ترین انواع تیتانیوم مورد استفاده در پزشکی هستند. از آن­جایی که این آلیاژها عامل سازگار با بدن انسان هستند، پس در روش­های پزشکی و در سوراخ­کاری بدن مورد استفاده قرار می­ گیرند. همچنین به عنوان تیتانیوم ­های گرید 5 و گرید 23 شناخته شده­ اند.

Ti-6Al-4V و Ti-6Al-4V ELI زمانی که در ایمپلنت ­های دندانی استفاده می­ شوند، مقاومت در برابر شکست بیشتری ایجاد می­ کنند. روش ایمپلنت با وارد کردن یک پیچ تیتانیومی در داخل فک آغاز می­ شود. پیچ مشابه و همانند ریشه دندان عمل می­ کند. پس از گذشت مدت زمان اختصاص داده شده برای استخوان در داخل آن پیچ تیتانیوم­ های گرید پزشکی رشد کرده، در نتیجه یک دندان مصنوعی به ایمپلنت متصل می­ شود.

خواص تیتانیوم پزشکی

• محکم
• وزن سبک
• مقاوم به خوردگی
• مقرون به صرفه
• غیر سمی
• بیوسازگار (غیر سمی است و توسط بدن انسان رد نمی­ شود)
• غیر فرومغناطیس
• با دوام
• یکپارچگی و همسان­ سازی استخوان (پیوند استخوان با ایمپلنت مصنوعی)
• محدوده دسترسی طولانی
• انعطاف­ پذیری و قابلیت الاستیسیته که با بدن انسان رقابت می­ کند.

دو مورد از مهم­ترین مزایای تیتانیوم مقاومت به خوردگی و نسبت استحکام به وزن بالا است. همچنین با وجود غیر سمی بودن و توانایی تیتانیوم برای مقابله با خوردگی مایعات بدن، انتخاب این ماده به عنوان فلز انتخابی در زمینه پزشکی اصلاً عجیب نیست.

تیتانیوم فوق­ العاده بادوام و پایدار است. هنگامی که کیج­ها، میله­ ها، روکش­ ها و پین­ های تیتانیومی وارد بدن انسان می­ شوند، می­ توانند تا بیش از 20 سال دوام داشته باشند. تیتانیوم دندانی مانند ایمپلنت­ ها و پست­ های تیتانیومی می ­توانند حتی بیشتر دوام بیاورند.

یکی دیگر از مزایای تیتانیوم برای استفاده در علوم پزشکی، ویژگی غیر فرومغناطیسی آن است، که اجازه می­ دهد تا بیماران مبتلا به ایمپلنت­ های تیتانیوم نیز با خیال راحت با روش­های MRIs و NMRIs مورد آزمایش قرار گیرند.

پیوند استخوان یک پدیده منحصر به فرد است، به طوری­که استخوان طبیعی بدن با بافت انسان به وسیله ایمپلنت مصنوعی متصل می ­شود، که ایمپلنت­ های تیتانیوم دندانی یا پزشکی را به طور محکم در جایگاهش قرار می­ دهد. تیتانیوم یکی از فلزاتی است که برای این پیوند تصویب شده است.

شکل1. مهم­ترین خواص تیتانیوم پزشکی

استفاده از تیتانیوم پزشکی

اکثریت همه ما می­ دانیم چه کسی به عمل جراحی ارتوپدی برای جایگزینی یک سوکت مفصل هیپ، مفصل شانه یا استخوانی که شدیداً شکسته نیاز دارد. تیتانیوم گرید پزشکی، ماده انتخابی جراحان است تا بتوانند این قسمت از بدن را ترمیم و احیا کنند. همان­­ طور که ذکر شد، خواص تیتانیوم طبیعی، یک آلیاژ کامل را برای استفاده در داخل بدن انسان به وجود می ­آورد.

تیتانیوم گرید پزشکی در تولید محصولات زیر استفاده می ­شود:

• پین­ها
• روکش­ های استخوان
• پیچ­ ها
• میله­ ها
• سیم­ ها
• پست­ ها
• قفسه­ های انعطاف­ پذیر سینه
• قفسه­ های هم­جوشی ستون فقرات
• جایگزین­ های پا و دست
• پروتزهای فک و صورت

شکل 2. جایگزینی مفصل هیپ

از جمله رایج ­ترین انواع استفاده ­های تیتانیوم در جراحی­ها جایگزینی مفصل هیپ و زانو است. همچنین این فلز برای جایگزینی مفصل­های شانه و آرنج، و برای محافظت از مهره ­ها پس از عمل جراحی پیچیده و بدون ورود به داخل بدن استفاده می­ شوند. پگ­های تیتانیوم برای اتصال چشم­ها و گوش­های مصنوعی استفاده می­ شوند و دریچه­ های قلب تیتانیومی حتی با دریچه­ های منظم بافت بدن نیز رقابت می­ کنند.

ابزارهای جراحی تیتانیوم

تعدادی از ویژگی­هایی که باعث انتخاب مناسب تیتانیوم برای ابزارهای جراحی شدند:

• از برخی فولادها سخت­ تر است، اما وزن سبک­تری دارد.
• در برابر باکتری­ها مقاوم است.
• مجدداً می­ توان از آن در رابطه با ابزارهای تابش اشعه استفاده کرد.
• با توجه به اینکه تیتانیوم فوق­ العاده بادوام است، این ابزارها طول عمر بیشتری به آن می ­دهند.

با توجه به این خواص عالی، از آن برای ساخت تعدادی از ابزارهای تیتانیومی استفاده می شود:

شکل 3. ابزارهای جراحی تیتانیومی

• فورسپس (یا انبر) جراحی
• رترکتورها (یا منقبض­ کننده­ ها)
• موچین­ های جراحی
• ابزار بخیه
• قیچی
• سوزن­ گیر و میکرو سوزن­ گیر
• اسکنرهای دندان­پزشکی
• الواتورهای دندان­پزشکی
• مته ­های دندان­پزشکی
• دستگاه جراحی لیزیک چشم
• الکترودهای لیزر
• پنس­ های کالبدشناسی

دندان تیتانیومی

همان­طور که قبلاً ذکر شد، تیتانیوم توانایی اتصال با استخوان­ های زنده بدن را دارد. این خاصیت باعث می­ شود که تیتانیوم در زمینه دندان­پزشکی بسیار سودمند باشد. ایمپلنت ­های دندانی تیتانیوم به علت تمایل به پیوند با استخوان به طور گسترده به عنوان یک نوع ایمپلنت پذیرفته شده ­اند و به طور موفقیت­ آمیزی مورد استفاده قرار می­ گیرند. هنگامی که سلول­های تشکیل دهنده استخوان خودشان را به ایمپلنت تیتانیوم متصل می­ کنند، یک پل ساختاری و کارکردی بین استخوان بدن و ایمپلنت خارجی که تازه اعمال شده، شکل می­ گیرد.

شکل 4. دندان تیتانیومی

بریس ­های ارتودنسی تیتانیوم نیز در حال رشد محبوبیت هستند. آن­ها سخت­ تر، محکم­تر و سبک­تر از همتایان فولاد خودی هستند. البته بیو سازگاری تیتانیوم گرید پزشکی، استفاده از آن را در بریس­ ها حتی از آلیاژهای رقیبش نیز بیشتر سودمند می­ سازد.

تیتانیوم بیوپزشکی در آینده

این­گونه انتظار می­ رود که استفاده در صنایع بیوپزشکی برای تیتانیوم در سال­های آینده رشد بیشتری خواهد داشت. با توجه به جمعیت­ شناسی بیبی­ بومر، با ادامه دوره و پیش بردن صنعت سلامتمان رو به جلو به منظور حیات مردم زندگی فعال­تری خواهیم داشت، تنها دلیل منطقی اینکه صنعت پزشکی تحقیقات جدید و نوآورانه ­ای را برای این آلیاژ محبوب فلزی ادامه می­ دهد. و با مراقبت­های بهداشتی یک موضوع مهم فعلی اصلاح می­ شود، تا هزینه بهره­ وری تیتانیوم باعث افزودن جذابیت بیشتر کاربرانی شود که به دنبال کاهش هزینه­ های مراقبت­ های بهداشتی هستند.