Svarstymas apie ortopedinę chirurgiją su magnio lydiniais

Svarstymas apie ortopedinę chirurgiją su magnio lydiniais

Šis straipsnis yra pagrįstas apžvalginiu dokumentu apie magnio (Mg) lydinių naudojimą ortopedinėje chirurgijoje, kuris yra atvirai prieinamas žurnale Medžiagos. Pagrindiniai šio dokumento bruožai yra Mg svarba ortopediniuose implantuose, pagrindiniai legiravimo elementai Mg lydiniuose ir jų fizikinės ir cheminės savybės, poveikis osteogenezei ir angiogenezei, gamybos metodai, bandymų su gyvūnais rezultatai ir kai kurie šiuo metu naudojami komerciniai Mg. lydiniai.

Studijos: Magnio lydiniai, naudojami ortopedinėje chirurgijoje. Vaizdo kreditas: Floris Slooff / Shutterstock.com

Mg pagrindu pagamintos biomedžiagos ortopediniame gydyme

Magnis (Mg) yra būtinas mineralas žmonėms ir gyvūnams. Žmonėms kasdien reikia apie 250-350 mg Mg, iš kurio didžioji dalis pašalinama per virškinimo traktą (GI) ir inkstų sistemą. Tuo tarpu apie 70-180 mg jo žmogaus organizmas pasisavina ląstelių skysčiams, inkstams ir kaulams. Mg yra ir biologiškai suderinamas, ir biologiškai skaidomas žmogaus organizme, todėl skatinamas biologinis atsakas ląstelių ir molekulių lygiu.

Pagrindiniai šeši Mg pagrindu pagaminti dvejetainiai lydiniai, skirti ortopedijos reikmėms.

Pagrindiniai šeši Mg pagrindu pagaminti dvejetainiai lydiniai, skirti ortopedijos reikmėms. Vaizdo kreditas: Antoniac, I. ir kt., Medžiagos

Ortopediniai implantai naudojami visam laikui arba laikinai, kol pasveiks, kompensuoti kaulų ar minkštųjų audinių praradimą dėl traumų, vėžio, infekcijų, amputacijų ir uždegimų. Kiekvienas protezas yra osteogeninis (kaulą generuojantis) arba osteoklastinis (kaulą šalinantis).

Po tam tikro laikotarpio iš kūno reikėjo išimti laikinus implantus. Taigi tokiose situacijose biologiškai skaidūs implantai yra patogūs, nes jie pašalina antrosios operacijos poreikį, norint pašalinti įsodintus implantus.

Mg tamprumo modulis yra ~ 45 GPa, kuris yra artimas žmogaus kaulo moduliui (15-25 GPa). Panašiai Mg lydinių tankis yra nuo 1,74 iki 1,84 g / cm3kuris yra artimas kaulo (1,8–2,1 g / cm3), prieštaraujantis apsaugos nuo streso efektui. Be to, jo skilimo produktai yra netoksiški ir osteogeniški.

Tačiau jo žemas standartinis elektrodo potencialas (SHE) yra -2 372 V, todėl jis yra linkęs į koroziją vandeninėje terpėje, o dėl labai mažo takumo stiprumo gniuždant 65–100 MPa jis netinkamas laikantiems implantams. Žmogaus kaulų takumo riba gniuždant yra 130-180 MPa.

Mg lydinio sudėtis ir charakteristikos

Dvejetainiai Mg lydiniai paprastai yra Mg-itris (Y), Mg-cinkas (Zn), Mg-kalcis (Ca), Mg-sidabras (Ag), Mg-cirkonis (Zr) ir Mg-retųjų žemių (RE). Geležies ir nikelio priemaišų koroziniam poveikiui sumažinti naudojami Mg-Zn lydiniai, kurių Zn koncentracija yra iki 3%. Panašiai Mg-Mn lydiniai, kurių koncentracija iki 2 masės %, pagerina plastiškumą, mechaninį stiprumą ir lydinio klampumą.

Mg-Ca lydiniuose Ca sudaro Laves tipo intermetalines fazes, tokias kaip Mg2Ką. Šie krituliais sukietinti kietieji tirpalai padidina atsparumą valkšnumui, rafinuoja grūdus ir sustiprina grūdų ribas. Zr taip pat yra grūdų rafinuotojas ir sumažina ėsdinantį Fe priemaišų poveikį. Mg lydiniuose dažniausiai naudojamas RE elementas yra Y, kuris gerai tirpsta Mg, po to seka stroncis (St), gadolinis (Gd), neodimis (Nd) ir ceris (Ce).

Mg absorbcijos ir išsiskyrimo pusiausvyra žmogaus organizmo sistemoje.

Mg absorbcijos ir išsiskyrimo pusiausvyra žmogaus organizmo sistemoje. Vaizdo kreditas: Antoniac, I. ir kt., Medžiagos

Mg lydinio gamybos procesas

Liejimo metodai, tokie kaip liejimas aukštu slėgiu, liejimas suspaudimu, liejimas maišant ir liejimas smėliu, yra paprasčiausi ir pigiausi Mg lydinių gamybos būdai; tačiau jie gali sukelti fazių segregaciją ir nepageidaujamą pirmenybinę orientaciją. Tuo tarpu miltelinė metalurgija pasižymi dideliu tikslumu ir nerodo pirmenybės orientacijos dėl homogeniško maišymo ir didelio masės transportavimo greičio.

Mg milteliai gaunami mechaninio smulkinimo, išlydyto metalo purškimo, elektrolizės ir garinimo-kondensacijos būdu. Paskutinis iš Mg lydinio gamybos metodų yra priedų gamyba lazeriu, kuris yra naudingas greitam prototipų kūrimui ir yra vienas geidžiamiausių šiuolaikinių chirurgų naudojamų metodų.

In vivo Mg lydinių bandymai su gyvūnais buvo atlikti su pelėmis, triušiais, žiurkėmis, miniatiūrinėmis kiaulėmis, biglių šunimis ir ožkomis. WZ42 lydinys parodė tinkamą biologinį suderinamumą, nesikaupė Mg ir normalų lūžių gijimą.

WZ43 lydinys pasižymėjo keturis kartus lėtesniu skilimo greičiu, kai buvo panardintas į SBF tirpalą. Po 12 savaičių padengti implantai išlaikė didesnį stiprumą nei nepadengti. Šepečiais padengtas Mg-Nd lydinys parodė lėtą skilimo greitį ir puikų osteoinduktyvumą. Panašiai ir MAGNEZIX® (Mg-Y-RE-Zr), Syntellix AG ir RESOMET) (Mg-Ca lydinys) yra vieni dažniausiai naudojamų Mg lydinių ortopedinėje chirurgijoje.

Scheminė Mg korozijos iliustracija dažniausiai naudojamose terpėse [75].

Scheminė Mg korozijos iliustracija dažniausiai naudojamose terpėse. Vaizdo kreditas: Antoniac, I. ir kt., Medžiagos

Išvados ir ateitis

Mg lydiniai yra tinkami laikini ortopediniai implantai dėl jų biologinio suderinamumo ir biologinio skaidumo. Be to, dėl panašių mechaninių savybių kaip ir žmogaus kaulas, jie pasižymi mažo įtempimo ekranavimo efektu. Be to, dėl jų osteogeninių savybių jie yra tinkami kandidatai nedidelio masto ortopediniams implantams.

Šaltinis

Antoniac, I., Miculescu, M., Mănescu, V., Stere, A., Quan, PH, Păltânea, G., Robu, A., Earar, K. Magnio pagrindu pagaminti lydiniai, naudojami ortopedinėje chirurgijoje. Medžiagos, 2022 m. 151148. https://www.mdpi.com/1996-1944/15/3/1148

Atsakomybės apribojimas: čia išsakytos nuomonės yra autoriaus, išreikštos privačiai, ir nebūtinai atspindi AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, šios svetainės savininko ir operatoriaus, nuomonę. Šis atsakomybės atsisakymas yra šios svetainės naudojimo sąlygų ir sąlygų dalis.

Leave a Comment

Your email address will not be published.