เซรามิกซิรคอนิยา เปลี่ยนแปลงชีวแพทย์ ด้วยการนําไปใช้งาน

ในสาขาวิศวกรรมทางการแพทย์ชีวภาพ ความต้องการของวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงและเข้ากันได้ด้วยชีวภาพยังคงเพิ่มขึ้น These materials must not only possess physicochemical properties similar to human tissues but also withstand complex physiological environments while maintaining functional integrity over extended periodsซิรคอนิโอเซรามิค เป็นวัสดุที่มีความก้าวหน้าที่รวมกันความแข็งแรงคล้ายโลหะกับความสวยงามคล้ายฟัน

ซิรคอนิโอไดออกไซด์ (ZrO2) หรือซิรคอนิโอ เป็นสารประกอบของซิรคอนิโอไดออกไซด์ความโดดเด่นของมันในการใช้งานทางการแพทย์ชีวภาพมาจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่โดดเด่นมีทั้งความแข็งแรงทางกลที่เทียบเท่าโลหะและสีเหมือนฟันธรรมชาติ

ซิรคอนีมีอยู่ในโครงสร้างคริสตัลที่แตกต่างกัน 3 แบบ

• โมโนคลินิก (M):มั่นคงในอุณหภูมิห้องสูงถึง 1170 °C มีลักษณะของความสมองต่ําและการปรับปรุงปริมาตรของกล่องที่สําคัญ
• เทตราโกนัล (T):มั่นคงระหว่าง 1170 °C และ 2370 °C แสดงความสมองสูงขึ้นและการลด anisotropy เครือข่าย
• ขนาด 3 ลิตร (C):มั่นคงเหนือ 2370 °C มีความสมองสูงสุดกับปารามิเตอร์เกตส์ไอโซโทรปิก

ระหว่างการเย็น, ซิรคอนิโอจะปรับเปลี่ยนเฟสจากคิวบิกเป็นโมโนคลินิก, พร้อมด้วยการขยายปริมาณ 3-5% ที่สามารถทําให้ความเครียดภายในนําไปสู่การล้มเหลวของวัสดุ.วิธีการรักษาความมั่นคงโดยใช้โอกไซด์โลหะ (MgO), CaO, หรือ Y2O3) งับการแปลงเหล่านี้โพลิกริสตัลซิรคอนีย์เทตราโกนัล (Y-TZP) ที่มั่นคงด้วยไททเรีย ปัจจุบันเป็นหลักในการใช้งานทางชีวแพทย์ เนื่องจากคุณสมบัติทางกลและความเข้ากันทางชีวภาพที่ดีที่สุด.

ทฤษฎีการ์วีปี 1975 อธิบายผลงานทางกลที่พิเศษของซิรโคเนีย ผ่านการแปลงเฟสที่เกิดจากการเครียดโฟซ tetragonal metastable เปลี่ยนแปลงเป็นโมโนคลินิกภายใต้ความเครียด (e.ตัวอย่างเช่น, ที่ปลายรอยแตก), สร้างความเครียดการบดที่ขัดขวางการแพร่กระจายรอยแตก

ซิรคอนิยาแสดงลักษณะทางกล ที่สามารถแข่งขันกับสแตนเลสได้

• ความแข็งแรงในการดึง: 900-1200 MPa
• ความแข็งแรงในการบด: ~ 2000 MPa
• ความแข็งแรงในการแตกสูง
• ทนความเหนื่อยล้าที่ดีมาก (ทน ~ 50 พันล้านรอบที่ 28 kN)

สภาพบนพื้นผิวมีผลกระทบต่อการทํางานอย่างสําคัญ ความหยาบคายและความบกพร่องลดความแข็งแรง ขณะที่การเคลือบทําให้อายุยืนมากขึ้นการชราไฮโดเทอร์มัลในสภาพแวดล้อมที่ชื้นทําให้ความแข็งแรงลดลงด้วยการลด Y2O3 ที่ขอบเขตของเมล็ดการบดพื้นผิวยังลดความแข็งแกร่งโดยการนําเข้า microcracks กลยุทธ์การลดลดรวมถึง:

• การปรับความหนาแน่น
• สารเสริมป้องกันการแก่ตัว (ตัวอย่างเช่น ซิลิก้า)
• การเคลือบป้องกัน

ตั้งแต่การใช้ทางการแพทย์ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1969 สําหรับการเปลี่ยนสะโพก ซิรคอนิยาได้แสดงให้เห็นถึงความเข้ากันทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม ทั้งใน vivo (การปลูกฝังสะโพกเอวของลิง) และการศึกษาใน vitro การวิจัยยืนยันว่า:

• ไม่มีสารพิษต่อเซล
• ไม่มีผลกระทบทางการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม (การกลายพันธุ์ในฟิบโรบลาสต์น้อยกว่าขั้นต่ําการเกิดมะเร็ง)

ซิรคอนิยาทําให้เกิดการอักเสบที่อ่อนแอกว่าไทเทเนียม โดยการศึกษาแสดงให้เห็นว่า

• ลดการบวม
• ความหนาแน่นของหลอดเลือดเล็กน้อย
• ลดการแสดง VEGF
• ลดการสะสมของผลิตภัณฑ์ข้างเคียงจากแบคทีเรีย

ซิรคอนิยาส่งเสริมการติดต่อ, การขยายตัวและการแตกต่างของเซลล์กระดูก การปรับปรุงพื้นผิวด้วยไฮโดรคเซียปาไตต์หรือโปรตีนมอร์โฟเจนเนติกกระดูกเพิ่มการบูรณาการกระดูก

วัสดุนี้สนับสนุนการติดต่อและการเยียวยาของเซลล์เนื้อเยื่ออ่อน ทําให้มันเหมาะสําหรับการใช้งานที่ติดต่อกับเยื่อผิว

• โปรเทสกระดูกไหล่/เข่า (ความทนทานต่อการสวมเสื้อที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับแลกเปลี่ยนโลหะ/เซรามิก)
• สกรู/แผ่นกระดูก (ความแข็งแกร่งสูงสําหรับการปรับความแตก)

ข้อดีต่อการซ่อมแซมโลหะ-เซรามิก

• สวยงาม: ความโปร่งใสเหมือนฟันธรรมชาติ
• ความเหมาะสมทางชีวภาพ: ลดการกดดันของรังสี
• ความแข็งแรง: ทนทานแรงกัดเคี้ยว

การใช้เฉพาะอย่างยิ่งประกอบด้วยมงกุฎ สะพาน ฐานฝังสิทธิ์ ผงผง และบราคเก็ต

• นาโน-ซิกอร์คอนี (ความแข็งแรง/ความแข็งแรงเพิ่มขึ้น)
• ซีรคอนี (การกระจายทรัพย์สมบัติที่ดีที่สุด)
• ซิรคอนิยาแบบมีขุม (การบูรณาการของเซลล์/หลอดเลือด)

เทคนิคในการกระตุ้นการทํางานทางชีวภาพ

• การเคลือบชีวภาพ (ไฮดรอ็กซียาแพทิต, BMPs)
• การทําให้ผิวค่อนข้างหยาบ (ส่งเสริมการติดต่อของเซลล์)
• การฝังไอออน

ทําให้การปรับปรุงอาการของผู้ป่วยได้โดย:

• การดึงของวัสดุ
• ภาพโพลิเมอริเซชั่น VAT
• การผสมผสานผงผงผง

การผสมผสานกันแบบสอดคล้องกับ

• แก้วประสิทธิภาพทางชีวภาพ (กระดูก)
• บิโอเซรามิก (บิโอแอคติเวนต์เพิ่ม)
• โพลิเมอร์ (ความยืดหยุ่นที่ดีขึ้น)

เซรามิกซิรโคเนียเป็นพัสดุชีวภาพที่เปลี่ยนแปลงที่มีคุณสมบัติทางกลพิเศษ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และคุณสมบัติด้านความงดงามความก้าวหน้าที่ต่อเนื่องในวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีการผลิต สัญญาที่จะขยายการใช้งานคลินิกส่งผลให้ผู้ป่วยดีขึ้นในทุกสาขาด้านการรักษาสะโพกและทันตแพทย์