Czy stopy na bazie niklu-mogą zastąpić stopy tytanu w produkcji wyrobów medycznych?
Scenariusze, w których możliwa jest częściowa substytucja
Odporność na korozję w ekstremalnych mediach
Stopy na bazie niklu-wykazują doskonałą odporność na mocne kwasy, zasady i roztwory-zawierające chlorek, lepszą niż konwencjonalne stopy tytanu (np. Ti-6Al-4V). Nadają się do produkcji elementów sprzętu medycznego m.insterylizatory narzędzi chirurgicznych, maszyny do dializy i analizatory chemiczne, gdzie są w stanie wytrzymać-długotrwałą erozję pod wpływem środków sterylizujących (np. tlenku etylenu, nadtlenku wodoru) i symulatorów płynów ustrojowych.
Wysoka wytrzymałość i odporność na zużycie
Niektóre stopy na bazie niklu- mają wyższą wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zużycie niż stopy tytanu. Na przykład MP35N (stop kobaltu-niklu-chromu-molibdenu) ma wyjątkowo-wysoką wytrzymałość i odporność na zmęczenie, co czyni go idealnym materiałem doortopedyczne narzędzia chirurgiczne, wiertła dentystyczne i prowadniki, które mogą zastąpić elementy ze stopu tytanu podatne na zużycie podczas-długoterminowego użytkowania.
Scenariusze, w których zastąpienie nie jest zalecane lub wykonalne
Zagrożenia związane z biokompatybilnością
Większość stopów-na bazie niklu zawiera dużą ilość pierwiastków niklowych (10–70%). Jony niklu mogą przedostawać się do organizmu ludzkiego, wywołując reakcje alergiczne u około 10–20% populacji, a w ciężkich przypadkach mogą nawet wywołać stan zapalny lub martwicę tkanek. Natomiast stopy tytanu charakteryzują się wyjątkowo niską szybkością uwalniania jonów, dobrą zgodnością tkankową i mogą tworzyć na powierzchni stabilną warstwę tlenkową, która może dobrze integrować się z ludzkimi kośćmi (osteointegracja). Dlatego stopy na bazie niklu- nie mogą zastąpić stopów tytanusztuczne stawy, implanty dentystyczne, płytki kostne i stenty kardiologiczne.
Niedopasowanie gęstości i modułu
Gęstość stopów na bazie niklu- (7,8–9,0 g/cm3) jest znacznie większa niż stopów tytanu (4,5 g/cm3), co zwiększa wagę urządzeń wszczepialnych i powoduje dyskomfort pacjentów. Ponadto moduł sprężystości stopów na bazie niklu- jest bliższy modułowi stali nierdzewnej (około 200 GPa), czyli znacznie wyższym niż moduł ludzkiej kości korowej (10–30 GPa). Doprowadzi to do „efektu ekranowania naprężeń” (implant przenosi większość naprężeń, co powoduje resorpcję kości), podczas gdy stopy tytanu mają niższy moduł sprężystości (około 110 GPa), co może zmniejszyć ten efekt.
Ograniczenia przetwarzalności implantów precyzyjnych
Stopy tytanu mają dobrą plastyczność i można je przetwarzać w złożone kształty (np. porowate rusztowania ze sztucznej kości) poprzez wytwarzanie przyrostowe (druk 3D). Chociaż stopy na bazie niklu-można również drukować w 3D, ich wysoka temperatura topnienia i słaba przewodność cieplna sprawiają, że są one podatne na pękanie i odkształcenia podczas przetwarzania, co nie nadaje się do wytwarzania precyzyjnych wszczepialnych urządzeń o złożonej strukturze.
Wniosek
Mogą to być stopy-na bazie nikluczęściowo zastępują stopy tytanuw- sprzęcie medycznym nie do wszczepiania i-wysokich narzędziach chirurgicznych, wykorzystując ich zalety w zakresie odporności na korozję i wytrzymałości.
W przypadku wyrobów wszczepialnych, które wymagają wysokiej biokompatybilności i osteointegracji, stopy tytanu pozostają niezastąpione, a stopy na bazie niklu nie są zalecane ze względu na biokompatybilność i ograniczenia właściwości mechanicznych.
