کاربردها و چالش های آلیاژهای تیتانیوم در کاشت قلبی عروقی

بیماری های قلبی عروقی همچنان یکی از علل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان هستند و دستگاه های کاشتنی مداخله ای به عنوان یک رویکرد درمانی حیاتی برای طیف گسترده ای از اختلالات قلبی عروقی عمل می کنند. عملکرد جامع مواد ایمپلنت نتایج طولانی مدت درمان را دیکته می کند.آلیاژهای تیتانیوم دارای خواص کلی برجسته است و به بستر اولیه برای استنت های قلبی، قلب مصنوعی کامل و سایر دستگاه ها تبدیل شده است. با این وجود، معایبی از جمله سازگاری ضعیف خون، عدم تطابق خواص مکانیکی و عملکرد ناکافی سطحی مانع از پیشرفت فناوری دستگاه‌های ایمپلنت قلبی عروقی پیشرفته می‌شود.

 

 

1. زیست سازگاری عالی و مقاومت در برابر خوردگی

یک فیلم غیرفعال کننده دی اکسید تیتانیوم پایدار روی سطح ماده تشکیل می شود که در برابر خوردگی توسط مایعات بدن مقاومت می کند و از شسته شدن یون فلزات سنگین جلوگیری می کند. این باعث کاهش التهاب، پس زدن سیستم ایمنی و عفونت می‌شود، تکثیر سلول‌های اندوتلیال را تسهیل می‌کند و شرایط لازم برای کاشت طولانی‌مدت را برآورده می‌کند.

 

2. خواص مکانیکی مطابق با عروق فیزیولوژیکی

آلیاژهای تیتانیوم دارای استحکام ویژه بالا و وزن کم هستند. آلیاژهای تیتانیوم نوع بتا دارای مدول الاستیک نزدیک به رگ‌های خونی انسان هستند که محافظ استرس و تحریک عروقی را کاهش می‌دهد. آلیاژهای نیکل{3}}تیتانیوم حافظه شکل و فوق الاستیسیته را از خود نشان می‌دهند که آنها را برای روش‌های مداخله‌ای کم تهاجمی ایده‌آل می‌کند.

 

3. کاربرد بالینی مطلوب

آلیاژهای تیتانیوم با MRI{0}}سازگار هستند و به بیماران کاشته شده اجازه می‌دهند تا تحت تصویربرداری رزونانس مغناطیسی معمولی قرار گیرند. آنها دید رادیوگرافی واضحی را برای پشتیبانی از دستکاری دقیق حین عمل و بهبود ایمنی جراحی ارائه می دهند.

 

 

1. استنت عروق کرونر و محیطی

این نشان دهنده کاربرد غالب آلیاژهای تیتانیوم است. استنت های تیتانیومی از نظر انعطاف پذیری بهتر از جایگزین های فولاد ضد زنگ هستند و خطر تنگی مجدد عروق را کاهش می دهند. استنت‌های آلیاژی حافظه‌دار نیکل{2} خود منبسط شونده{3}}تیتانیوم را می‌توان برای تحویل کم تهاجمی منقبض کرد و با آناتومی‌های پیچیده عروقی مطابقت داشت. استنت‌های اصلی{5}}شست‌کننده دارو، عوامل درمانی را از طریق پوشش‌هایی برای مهار هیپرپلازی عروقی آزاد می‌کنند. استنت‌های دارای پوشش‌های زیست تخریب‌پذیر چارچوب باربری تیتانیوم را حفظ می‌کنند در حالی که پوشش به تدریج تخریب می‌شود و عملکرد بالینی طولانی‌مدت بهتری دارد.

 

2. قلب های مصنوعی و دستگاه های کمکی بطنی (VAD)

آلیاژ Ti-6Al-4V مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر خستگی و خواص ضد همولیتیک نشان می‌دهد و آن را به ماده ترجیحی برای محفظه‌ها و پروانه‌های پمپ در دستگاه‌های درمان نارسایی قلبی مرحله پایانی تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، قلب مصنوعی مجموع SynCardia به بدنه اصلی آلیاژ تیتانیوم برای حفظ پمپاژ پایدار خون متکی است و از گردش خون درازمدت برای بیمارانی که در انتظار پیوند قلب هستند، پشتیبانی می‌کند.

 

3. قطعات برای دریچه های قلب و دستگاه های ضربان

قاب‌های آلیاژ تیتانیوم برای دریچه‌های قلب مصنوعی تعادلی بین وزن سبک و تغییر شکل‌پذیری سازگار با حلقۀ دریچه ایجاد می‌کنند و خطرات نارسایی و التهابی را کاهش می‌دهند. این آلیاژ همچنین برای پوشش‌های بیرونی و پایه‌های ضربان‌ساز و دفیبریلاتورهای قلب کاشتن- (ICD) استفاده می‌شود. مقاومت در برابر خوردگی و حساسیت مغناطیسی کم آن امکان کاشت دائمی را در کنار سازگاری کامل با MRI فراهم می کند.

 

4. مواد ترمیم جراحی برای اقدامات قلبی

ورقه ها و مش های تیتانیوم برای تثبیت استرنوم، ترمیم نقص بافتی و بازسازی عروق استفاده می شوند. وزن سبک و استحکام مکانیکی کافی آنها با حرکات دینامیکی قلب و قفس سینه سازگار است و میزان عوارض بعد از عمل را کاهش می دهد.

 

 

1. سازگاری ناکافی خون

ماتریکس تیتانیوم فعالیت بیولوژیکی پایینی از خود نشان می دهد و به آسانی باعث ترومبوز، التهاب مزمن و همولیز می شود. بنابراین بیماران ملزم به دریافت-درمان ضد انعقاد طولانی مدت پس از جراحی- هستند که خطرات خونریزی ذاتی را به همراه دارد.

 

2. تطبیق مکانیکی ناقص

آلیاژهای تیتانیوم مدول الاستیک بالاتری نسبت به رگ‌های خونی طبیعی دارند و در نتیجه باعث محافظت در برابر استرس می‌شوند که ترمیم عروق را مختل می‌کند. آلیاژهای تیتانیوم معمولی انعطاف پذیری محدودی دارند و در معرض آسیب خستگی تحت بارگذاری چرخه ای طولانی مدت هستند و نمی توانند نیازهای تولید را برآورده کنند.

دستگاه‌های میکرو{0}دقیق.

 

3. محدودیت های فن آوری های اصلاح سطح

پوشش‌های دارویی و پوشش‌های کربنی{0}مثل الماس (DLC) مستعد لایه‌برداری با مدت زمان اثربخشی دارو هستند. فرآیندهای اصلاح هزینه های تولید بالایی را به همراه دارد و در عین حال عملکرد مکانیکی بستر را به خطر می اندازد و پذیرش صنعتی در مقیاس بزرگ را محدود می کند.

 

4. نقص در شرایط خدمات تخصصی

آلومینیوم و وانادیوم موجود در آلیاژهای تیتانیوم سنتی خطرات بالقوه شستشوی یونی را به همراه دارند. این مواد در هنگام ساخت اجزای بسیار ظریف و بسیار نازک بسیار نازک-و مواد، چالش‌های پردازشی ایجاد می‌کنند، و دید رادیوگرافی آنها از فلزات گرانبها پایین‌تر است، و مانع از عمل جراحی میکروسکوپی بر روی رگ‌های خونی کوچک و پیگیری‌های تصویربرداری می‌شود.

 

 

1. طراحی آلیاژ پیشرفته

آلیاژهای بتا تیتانیوم آزاد-آلومینیوم-وانادیم- با خلوص بالا به عنوان مواد اصلی ظهور خواهند کرد. عناصر آلیاژی مانند تانتالیوم، نیوبیم و زیرکونیوم برای کاهش خطرات سمی، کاهش محافظ استرس و افزایش ایمنی کاشت درازمدت ترکیب خواهند شد.

 

2. پوشش های کامپوزیت چند کاره-

پوشش‌های کامپوزیت زیست فعال که عملکردهای ضد انعقاد، اندوتلیالیزه کردن-ترویج و ضد التهابی{1}} را یکپارچه می‌کنند، توسعه خواهند یافت. پوشش‌های رهش پایدار{3}}هوشمند به جدا شدن پوشش و چرخه‌های کوتاه اثر دارویی برای جلوگیری از ترومبوز و تنگی مجدد عروقی رسیدگی می‌کنند.

 

3. فرآیندهای تولید نوآورانه

ماشینکاری میکرو{0}نانو و ساخت افزودنی (چاپ سه بعدی) ساخت سفارشی دستگاه های عروقی را امکان پذیر می کند. کامپوزیت های تیتانیوم زیست تخریب پذیر، پشتیبانی مکانیکی را با تخریب قابل کنترل بعد از عمل متعادل می کند.

 

4. دستگاه ایمپلنت هوشمند

با استفاده از خواص مکانیکی و رسانایی منحصربه‌فرد آلیاژهای تیتانیوم، سیستم‌های کاشتنی هوشمند برای نظارت مستمر نشانگرهای زیستی عروقی متعدد، که زیربنای درمان بالینی قلبی عروقی دقیق است، توسعه خواهند یافت.