какой металл используют в медицине
Какой металл используют в медицине
Динамика продвижения новых материалов для медицины имеет ряд особенностей, связанных с прохождением ими дополнительных тестов и сертификаций на предмет их дальнейшего использования. В силу этого обстоятельства лишь немногие из перспективных материалов «кандидатов» могут считаться практически ценными и рекомендованными к последующему медико-биологическому применению. Создатели современных материалов стремятся добиться деликатного и благоприятного взаимодействия между материалом и биологической средой, в которой он находится, и которая бы не оказывала обратного отрицательного влияния на сам материал.
Упругие характеристики материалов играют большую роль для функциональных свойств материалов и конструкций из них. Необходимость механической совместимости абиотических материалов и инструментов предъявляет особые требования к их пассивному деформационному поведению. В связи с этим являются актуальными знания и сравнительный анализ упругих свойств металлов и сплавов, используемых в сегодняшней медицине и медицинском приборостроении для изготовления инструментария. Тем не менее, сведения о величине и анизотропии упругих свойств медицинских металлических материалов в литературе разрознены и часто содержатся в труднодоступных источниках. В настоящей работе предпринята попытка в некоторой степени восполнить этот пробел на примере соединений на основе титана, никелида титана (нитинола) и железа.
Роль металлов в медицине
Применение металлов в медицине:
В современной травматологии и ортопедии трудно представить хирургические манипуляции без использования остеофиксаторов, имплантатов или металлоконструкций.
Использовать изделия из металла в медицинской практике начали ещё в 18 веке. Для фиксации костных отломков использовали проволоку или штифты из драгоценных металлов. Но ввиду высокой стоимости от этой затеи быстро отказались.
В 20-х годах 20 века основным материалом, используемым в травматологии и ортопедии, была сталь, конструкции из стали отличались устойчивостью к коррозии и биологической совместимостью.
В 50-х годах 20 века на замену стали пришёл титан, который и по сей день применяют в медицине.
Титан – это лёгкий металл серебристого оттенка. К основным достоинствам изделий из титана можно отнести устойчивость к коррозии, биоинертность, отсутствие токсичности и низкую теплопроводность.
Благодаря биологической инертности титановые конструкции не отторгаются организмом и не вызывают аллергическую реакцию.
Титановые сплавы применяют для изготовления эндопротезов, сосудистых стентов, шовного материала (нитей, скреп, фиксаторов), пластин для краниопластики, микроклипс, коронок, бюгелей, медицинских инструментов.
Тантал характеризуется высокой биологической совместимостью, благодаря чему его используют в медицине на ровне с титаном.
Чаще всего тантал используют в восстановительной хирургии, пластинами из титана закрывают проломы черепа, танталовой пряжей компенсируют потерю мускульной ткани, танталовые скрепки применяют для соединение кровяных сосудов, из танталовых сеток изготавливают глазные протезы, нитями сшивают нервные волокна.
Сталь в медицине: особенности использования
Медицина является особой отраслью, где восстанавливают здоровье и саму жизнь людей. Все инструменты, принадлежности, приборы, связанные с лечением, должны быть изготовлены из идеальных, стерильных материалов и сплавов. Специальная нержавеющая сталь в медицине играет важнейшую роль, поэтому к ее изготовлению, технологической обработке подходят со всей серьезностью и профессионализмом.
Виды стали
Современные медицинские средства изготавливаются из нескольких сортов нержавеющей стали высокого качества:
Молибденовая сталь. Материал используется в производстве приборов, оборудования, инструментов для медицины. Из стали изготавливается посуда высокого качества, применяющаяся в медицинских целях. Изделия из молибденовой стали имеют высокие механические прочностные характеристики. Их с успехом подвергают многократным перепадам высоких запредельных температур.
Это чрезвычайно важный показатель при стерилизации инструментов. Из-за того, что в составе данной стали присутствует редкий элемент молибден, все изделия из молибденовой стали имеют высокую стоимость. Но во имя восстановления здоровья, спасения жизни людей затраты на их производство вполне оправдывают себя.
Хромоникелевая сталь. В составе материала присутствуют определенные части никеля и хрома. Данная марка стали чрезвычайно стойкая к окислению или коррозионному воздействию. Любые хирургические, стоматологические инструменты, оборудование, посуду, изготовленные из хромоникелевой стали, можно смело подвергать воздействию кислотно-щелочных сред без опаски окисления и причинения вреда здоровью.
Большим спросом в медицинской сфере пользуется нержавеющая сталь данной марки под названием Сталь 18/10. Она содержит 18% хрома, 10% никеля, 0,12% углерода. Благодаря высокой плотности – 7,8 г/см³, сталь не имеет в своей структуре микропор, а значит, нет места для скопления пыли, грязи, микробов. Материал твердый, устойчивый к механическим воздействиям, его почти невозможно поцарапать, нанести сколы.
Ферритная хромистая сталь. Наиболее популярный материал для производства всех медицинских изделий: хирургических, стоматологических инструментов, протезов, стентов, приборов, оборудования, посуды. Различные металлические блок контейнеры, стерилизационные баки, емкости для инструментов, обеззараживания, кипячения – все это оборудование изготовлено по большей части из ферритной хромистой стали.
В отличие от первых двух видов стали, ферритная хромистая сталь с легкостью подвергается механической обработке. Ее с успехом можно точить, сверлить, гнуть, нарезать резьбу, паять, сваривать различными методами сварки. Она отличается сверхвысокими показателями антикоррозионной стойкости, устойчива к возникновению царапин, микротрещин. Это очень важный показатель для хорошей медицинской стали.
Специальная обработка
Медицинские стали обладают всеми необходимыми характеристиками для использования их в качестве инструментов, приборов, оборудования. Для снижения хрупкости в производстве каждую сталь иногда «отпускают». Показатель твердости при этом снижают до 50-52 единиц. Суть процесса такова: детали нагреваются в технологической печи до 1050ºС, затем резко охлаждаются в жидкой среде – масле, воде или эмульсии. После этого металл снова нагревают, охлаждая уже просто на воздухе.
Таким способом изготавливают особо важные инструменты, где нужна пластичность и должна быть исключена хрупкость: ножницы, зажимы, щипцы, скальпели. После выполнения отпуска у всех инструментов надолго сохраняется хорошая теплоизоляция, сверкающий внешний вид, хорошая пластичность, удобство пользования. Приборы служат длительный период, идеально выполняя свои функции.
Нержавеющая сталь в медицине должна получать особый уход и обработку. Для мойки посуды используются специальные чистящие, моющие составы. От обычных средств тускнеет первоначальная полировка посуды, инструментов, приборов. Исключено натирание нержавеющих медицинских средств металлическими губками. Рекомендуется использование только мягких губок из поролона, фланелевых салфеток.
С целью избежания появления на медицинской посуде, приборах, инструментах белесых пятен, после мойки их необходимо тщательно протирать мягкими льняными салфетками. Медицинские изделия, длительный срок лежащие в соленой воде, могут потемнеть. Избавиться от темного налета поможет протирка поверхности нержавеющей стали 4,5%-ным раствором столового уксуса.
Идеальные металлы для медицины
Прочные, почти не подверженные коррозии, биоинертные и долговечные – тантал и титан
Металлы прочны, долговечны, пластичны и по многим другим своим свойствам завоевали свое место в медицине, в частности, в ортопедии при изготовлении костных имплантов и иммобилайзеров и, особенно, наборов хирургического инструмента.
Основные ограничители для применения металлических сплавов в медицине – подверженность коррозии при реакции с живыми тканями. Идеальны в этом отношении металлы платиновой группы (золото, платина, иридий, осмий, палладий, родий), но массово, по понятным причинам, их использовать нельзя.
Титан – серебристый парамагнитный металл, легкий и вдвое прочнее железа, с низким коэффициентом теплового расширения и электропроводности. При температурах до 530-560 °С поверхность металла покрывается прочной абсолютно нейтральной защитной оксидной пленкой TiO2, и сплав становится сравним с платиной. Человеческая лимфа разрушает его со скоростью 0,00003 мм/год. Самыми востребованными медициной марками титана являются технически чистые ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. В качестве легирующих добавок используются Та, Al, V, Mo, Mg, Cr, Si, Sn, Zr, Au и металлы платиновой группы.
Тантал – тяжелый тугоплавкий металл серебристо-голубоватого «свинцового» оттенка – конструкционный металл, высокопластичен, хорошо обрабатывается любыми способами (штамповка, прокатка, ковка, скручивание, резка). Тантал легко перерабатывается в тонкую проволоку и раскатывается в листы, а также отличается стойкостью к агрессивным средам, поэтому так ценен в производстве наборов хирургического инструмента. Он устойчив к воздействию HNO3, H2SO4, HCl, H3PO4, а также органических кислот любых концентраций. По данному параметру его превосходят лишь благородные металлы, но не во всех случаях., Так же, как и титан, организм воспринимает тантал как собственную ткань.
Тантал входит в число редких металлов: его запасы в земной коре составляют примерно 0,0002%, поэтому в чистом виде его не применяют – только виде пленки на основном металле. Пленка, кстати, в три-четыре раза тверже чистого титана.
Стальные, титановые и другие металлические сплавы с добавлением тантала широко востребованы в химико-медицинском приборостроении. Из них, в частности, изготавливают змеевики, дистилляторы, аэраторы, рентгеновскую аппаратуру, наборы хирургического инструмента, стерилизаторы, сложнейшие устройства для дублирования работы жизненно важных органов типа «искусственное сердце», «искусственное легкое», «искусственная почка» и другое медицинское оборудование. Титановые головки аппаратов для УЗИ имеют самый продолжительный эксплуатационный ресурс из всех материалов, даже под воздействием ультразвуковых колебаний.
В составе обширной номенклатуры титаново-танталовых наборов хирургического инструмента представлены сотни наименований шпателей, клипсов, расширителей, зеркал, зажимов, ножниц, щипцов, скальпелей, стерилизаторов, тубусов, долот и пинцетов. Характеристики легких титановых инструментов имеют огромное значение для военно-полевой хирургии и различных экспедиций, где каждые 5-10 граммов лишнего груза являются существенной обузой. Данные металлы экранируют излучение радиоактивных изотопов, в связи с чем активно применяются в различных защитных устройств и радиологической аппаратуры.
На медицинские нужды расходуется примерно 5% производимого в мире тантала. Из танталовых листов и проволоки изготавливают конструкции для пластической, кардио-, нейро- и остеохирургии для наложения швов, сращивания костных обломков, стентирования и клипирования сосудов. Танталовыми пластинами и сетками челюстно-лицевые хирурги шинируют челюсти, танталовой нитью сшивают мышцы, сухожилия и даже нервы. Танталовые сетки незаменимы в офтальмопротезировании.
Статические электрополя сплава могут активизировать в человеческом организме желательные биопроцессы: покрытия из пентаоксида тантала имеют высокие электретные свойства, поэтому его электретные пленки получили распространение в сосудистой хирургии, эндопротезировании и создании наборов медицинских инструментов.
Эластичные эндопротезы из проволочной титановой сетки распространены в восстановительной хирургии для пластики мягких тканей – они прочны при нулевом риске побочных проявлений. Но основной плюс титана — повышенная прочность в сочетании с небольшим весом.
Разработаны полутысячи разных конструкций сосудистых стентов, различающиеся между собой по сплаву (композиции благородных металлов, а также титановые сплавы ВТ6С, ВТ8, ВТ 14, ВТ23, нитинол), длине, конфигурации отверстий и виду покрытия.
В настоящее время разрабатываются все более совершенные технологии нейро- остео- и вазопластики, однако применяемые для этого титано-танталовые материалы продолжают удерживать пальму первенства перед всеми прочими.
Широкое медицинское применение титан, тантал и их сплавы нашли при протезировании зубов, потому что полость рта — довольно агрессивная среда, и даже драгметаллы в ней подвержены коррозии и отторжению. Большой популярностью пользуются штампованные и цельнолитые титановые коронки, а коронки с плазменным напылением из нитрида титана TiN по внешнему виду и свойствам неотличимы от золотых.
В третьем тысячелетии медицинская наука и техника являются основными движущими силами цивилизации, и значение титана и тантала в современной медицине нельзя переоценить. Несмотря на непродолжительную историю применения, они стали одними из лидирующих по использованию материалами во множестве медицинских отраслей.
Медицинские интернет-конференции
Языки
Драгоценные металлы и камни в медицине
Драгоценные металлы и камни в медицине
Научный руководитель: преподаватель географии и экологии Спиридонова Е.А.
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И.Разумовского Минздрава России
Актуальность: XXI век – век новшеств и технологий. Медицина тоже не стоит на месте: разнообразие медицинского оборудования, инструменты, протезы и многое другое. Все это свидетельствует о стремительном развитии и использовании для этого различных материалов, в том числе драгоценных металлов и камней.
Цель работы: выявить причины и значение использования драгоценных металлов и камней в медицине.
Задачи: изучить специфические особенности данных материалов и возможности их медицинского применения.
Материалы и методы: Интернет-ресурсы, методические пособия, лабораторные исследования.
Выводы: Драгоценные камни нашли широкое применение в хирургии, стоматологии и фармакологии. Например, алмаз используют в изготовлении хирургических инструментов, которые активно используются в сверхточных операциях. Искусственный сапфир применяют для изготовления брекетов. Жемчуг известен в фармацевтической промышленности как источник кальция. Янтарь применяется в качестве источника витамина В3. Минерал турмалин используют в медицинских приборах благодаря его пьезоэлектрическим свойствам для синтеза отрицательных ионов.
Драгоценные металлы широко применяются для изготовления различных лекарственных средств, зубных протезов. Металлотерапия используется в косметологической области не особо широко, но эффективно. Главный недостаток дороговизна. Возникает вопрос: почему эти вещества так широко применимы в медицине? Ответ прост: их использование обуславливается их химическими свойствами, которые были проверены опытным путем в практической части моей работы.