Vật liệu y sinh đại diện cho một nhánh quan trọng của khoa học vật liệu, đóng vai trò là vật liệu mang tiên tiến với hàm lượng công nghệ cao và giá trị kinh tế để chẩn đoán, điều trị hoặc thay thế các mô và cơ quan của con người, cũng như tăng cường chức năng của chúng. Lĩnh vực này là một lĩnh vực mới nổi trong khoa học và công nghệ vật liệu, sẵn sàng đóng góp lớn hơn vào việc khám phá những bí ẩn của sự sống và đảm bảo sức khỏe và tuổi thọ của con người.
Trong số các vật liệu kim loại y sinh, titan và hợp kim của nó đã trở thành lựa chọn ưu tiên cho các cấy ghép y tế—chẳng hạn như khớp nhân tạo (hông, gối, vai, mắt cá chân, khuỷu tay, cổ tay, khớp ngón tay, v.v.), các sản phẩm chấn thương xương (đinh nội tủy, tấm, vít, v.v.), hệ thống chỉnh hình và cố định bên trong cột sống, cấy ghép nha khoa, răng giả, dây chỉnh nha, van tim nhân tạo và stent tim mạch can thiệp—do các đặc tính toàn diện tuyệt vời của chúng. Hiện tại, không có vật liệu kim loại nào vượt trội hơn hợp kim titan cho các ứng dụng lâm sàng. Với dân số toàn cầu gần 6,5 tỷ người, các thống kê chưa đầy đủ cho thấy khoảng 400 triệu người khuyết tật, bao gồm 60 triệu người bị khiếm khuyết chi và 2 tỷ người mắc các bệnh về răng miệng. Tuy nhiên, chỉ có 35 triệu người đã được cấy ghép thiết bị y sinh cho đến nay. Số lượng thay khớp hàng năm vào khoảng 1,5 triệu, thấp hơn nhiều so với nhu cầu thực tế. Do đó, tiềm năng thị trường cho vật liệu y sinh là rất lớn và nhu cầu về titan và hợp kim của nó, là vật liệu kim loại y sinh được ưa chuộng, dự kiến sẽ tăng đáng kể.
Ưu điểm của Hợp kim Titan trong Thiết bị Y tế:
Nhẹ: Giảm tổn thương cho mạch máu, cơ và các cơ quan trong quá trình phẫu thuật, giảm mệt mỏi cho bác sĩ phẫu thuật. Dụng cụ titan đặc biệt phù hợp cho phẫu thuật vi mô tinh vi.
Khả năng chống ăn mòn và không độc tính tuyệt vời: Ngăn ngừa gỉ sét của thiết bị, giảm nguy cơ nhiễm trùng vết thương và thúc đẩy quá trình lành vết thương nhanh hơn.
Độ đàn hồi vừa phải: Lý tưởng để sản xuất kẹp y tế, nhíp, lưỡi dao vi phẫu và các dụng cụ khác.
Độ phản xạ thấp:Độ chói tối thiểu của titan dưới ánh sáng không bóng khiến nó phù hợp hơn thép không gỉ cho các thủ tục phẫu thuật.
Ứng dụng của Hợp kim Titan Y tế:
Cấy ghép chỉnh hình:
Bao gồm khớp háng nhân tạo, khớp gối và hệ thống cố định bên trong cột sống. Các thiết bị hợp nhất liên thân đốt bằng hợp kim titan xốp có thể đạt được độ xốp 60-80% với kích thước lỗ từ 150-600μm, tạo điều kiện cho sự phát triển của xương. Công nghệ in 3D cho phép sao chép chính xác dữ liệu CT của bệnh nhân, tạo ra các cấy ghép được cá nhân hóa với độ phù hợp giải phẫu trên 95%.
Thiết bị tim mạch:
Được sử dụng trong sản xuất stent van tim nhân tạo và stent mạch máu. Stent hợp kim Ti-6Al-4V có thể được xử lý đến độ dày thành 80μm với độ bền hỗ trợ vượt quá 10N/mm². Các hợp kim β-titanium mới (ví dụ: Ti-15Mo-5Zr) thể hiện các đặc tính chống đông máu được cải thiện, giảm tỷ lệ tái hẹp stent xuống dưới 5%.
Phục hồi răng:
Titan tinh khiết thương mại (TA1/TA2) được sử dụng cho chân cấy ghép nha khoa, đạt được độ bền liên kết xương là 50MPa, vượt qua 35MPa của lớp phủ hydroxyapatite. Cấy ghép hợp kim Ti-Zr cho thấy tỷ lệ sống sót sau năm năm là 97,3%, vượt trội hơn so với 94,1% của hợp kim titan truyền thống.
Với những ưu điểm kết hợp của khả năng tương thích sinh học, tính chất cơ học và tính linh hoạt trong sản xuất, hợp kim titan y tế đã trở thành một nền tảng vật liệu không thể thiếu của ngành chăm sóc sức khỏe hiện đại. Từ chỉnh hình đến các ứng dụng tim mạch, và từ các thành phần tiêu chuẩn hóa đến cấy ghép được cá nhân hóa, sự mở rộng liên tục của chúng làm nổi bật tác động sâu sắc của sự đổi mới vật liệu đối với sức khỏe con người. Khi công nghệ phát triển và nhu cầu lâm sàng ngày càng sâu sắc, hợp kim titan y tế chắc chắn sẽ mang lại hiệu suất thậm chí còn lớn hơn, viết nên những chương mới cho ngành y tế và hỗ trợ con người theo đuổi một cuộc sống chất lượng cao hơn.
