Титан был открыт в 1795 г. М. Н. Claproth. Впервые его использовал для остеосинтеза G. Levanthol (1951). В 1959 г. Л. К. Митюнин защитил кандидатскую диссертацию по применению титановых стержней для остеосинтеза.

Титан очень распространен в природе. Важнейшими минералами, содержащими титан, являются титаномагнетиты FeTW3 и FезO

, ильменит FeTiO„ сфен CaTiSiO5 и рутил TiO2. Основные месторождения титановых руд в СССР находятся на Урале.

Металлический титан образуется при спекании под вакуумом металлической губки, полученной восстановлением тетрахлорида титана магнием при температуре 800— 850°С. Титан плавится при температуре 1690°С, имеет плотность 4,5 г/см

. В настоящее время получен титан ВТ 1-0 и ВТ 1-00 (соответственно 99,53 и 99,48% чистоты). Примерно 0,5% составляют примеси железа, азота, водорода, которые ухудшают свойства титана. Концентрация водорода в титане ВТ 1-00 при 20°С составляет 0,002 %, а при нагреве до 300°С в нем растворяется около 0,14 % водорода. Допустимым насыщением, при котором не уменьшается время до разрушения об-.

Таблица 2.

Металлы, применяемые для изготовления имплантатов

разца, считается 0,012%. Наступившая водородная хрупкость может быть устранена с помощью вакуумного отжига. Небольшое количество титана высокой чистоты может быть получено йодидным методом.

В химическом отношении титан является активным элементом. Благодаря защитной пленке, состоящей из TiO2, он приобретает коррозионную стойкость. В зависимости от окружающей среды защитная пленка может расти или растворяться в кислотах, реагирующих с титаном, выделяется водород, в связи с чем образуются пленки из гидрида титана, тогда как в азотной кислоте, царской водке или в хромовой кислоте — из TiO2. Ионы фтора, концентрированная серная, концентрированная соляная и щавелевая кислоты образуют с титаном комплексные легкорастворимые соединения и препятствуют созданию защитных пленок. Щавелевая кислота любой концентрации вызывает сильную коррозию титана при температуре выше 35°С. Коррозионную стойкость титана можно повысить легированием элементами, увеличивающими стойкость и прочность защитной пленки.

Небольшие легирующие присадки (до 0,1 %) молибдена, циркония, рения, тантала, палладия, платины создают положительные значения электропотенциала титана. Для титана характерны как благородные пассивные потенциалы, так и активное состояние. Пленки быстро образуются на титане в присутствии воздуха и имеют потенциал —100—300 мВ, тогда как стандартный потенциал титана равен 1,65 В. Смещение потенциала в отри-.

цательную сторону в зависимости от окружающей среды объясняется тем, что скорость растворения пленки превышает скорость ее образования. Потенциал пробоя для титана равен 0,9 В. Маловероятно, что в тканях возникает такая разность потенциалов.

Титан относится к полиморфным металлам и имеет две аллотропические модификации. Исходная а-модификация титана имеет гексагональную плотно упакованную решетку; Р-модификация — это объемно-центрированная кубическая решетка. Температура полиморфного превращения 882,5 °С. Титановые сплавы бывают а-, а+Р и P-структуры. В имплантации получили распространение сплавы а- и а+Р-структуры. Титан — практический немагнитный металл и не подвергается коррозии под напряжением. Теплопроводность его в 5 раз меньше, чем железа, почти в 15 раз меньше, чем алюминия, и равняется 0,045 кал/ (см-с-град). Электрическое сопротивление титана сравнительно высокое и в зависимости от примесей изменяется в пределах 40 — 80 1о--ом*ем. Благодаря легкости, коррозионной стойкости, прочности, которая составляет 441 — 588 Н/см

, титановые сплавы нашли применение для изготовления имплантатов. Возможна аргонодуговая или газовая (электрошлаковая) сварка титана. В тех случаях, когда требуется высокое качество титана, применяется электронно-лучевая сварка. Другие виды сварки не пригодны для изготовления медицинских изделий.

Изготовление деталей из титановых сплавов методом литья эффективно во всех отношениях. Однако расплавленный титан активно реагирует с материалом отливочных форм. В связи с этим формы изготовляются из специальных материалов на основе графита по методике выплавляемых моделей. Усадка титановых сплавов составляет 2 — 3 %. По совокупности литейных свойств титан и его сплавы приближаются к сталям.

Литьевой титан для изготовления зубных протезов применяли Г. И. Рогожников, К. И. Черенова, А. М. Огурцов, А. М. Балховских (1983, 1985) — сотрудники Пермского медицинского института. Клинический и лабораторный опыт использования титана открывает большие перспективы в стоматологии.

На базе новых металлургических технологий разработаны сплавы никелида титана, имеющие хорошую коррозионную стойкость, пластичность, свойство «памяти». G. F. Andreasen и Т. В. Hilleman в 1971 г.

описали успешное применение нитиноловой (никелид титана) проволоки в ортодонтии по разработанной ими методике.

Фокуе Сэкио (1982) получил патент на конструкцию эндооссального имплантата из нитинола, где с успехом использовано свойство «памяти» этого вида сплавов.

В. Н. Олесова (1985) впервые разработала методику применения эндооссальных имплантатов из пористого никелида титана для протезирования мостовидными протезами концевых дефектов зубного ряда нижней челюсти. Наблюдение в течение 2,5 лет за 48 зафиксированными мостовидными протезами показало пригодность этого вида имплантатов для широкого клинического применения.

Первый патент на КХС получил Е. Haynis в 1907 г. Только в 1931 г. Н. Erdle и К. Prange в США получили патент на сплав «Vitallium» для изготовления каркаса цельнолитого бюгельного протеза на огнеупорной модели. В. 1986 г. A. Venable и В. Stuck на основании 1227 случаев применения сплава «Vitallium» сделали вывод, что он не корродирует в тканях организма и обладает высокой прочностью. Лишь в 2,3 % случаев имели место поломки.

КХС применяются для изготовления клапанов сердца, суставов, корпусов имплантируемых стимуляторов, игл для лечения рака изотопом

Со и постоянных магнитов (СО — Pt, Со — Sm) с целью фиксации съемных зубных протезов. Сплав «Vitallium» состоит из кобальта (62 %), хрома (30%), молибдена (5%), углерода (0,4%) с некоторыми примесями. Аналогичный состав имеют сплавы «Groform» (Великобритания), «Viptam», «Dentitan», «Cromodur», «Vi-comp» (ФРГ). В СССР для стоматологии выпускается КХС, для промышленности — сплав ЛК-4. Эти сплавы характеризуются хорошим соотношением механических свойств и биологической совместимости; их часто называют стеллитами.

КХС имеют температуру плавления около 1400 °С, плотность 8,4 г/см

, предел прочности 50—70 кг/мм

, твердость по Бринелю 250—350 кг/мм

, модуль упругости около 22* 10

кг/мм

. Согласно данным В. П. Панчохи (1980), литейная усадка КХС за время остывания до комнатной температуры составляет 2,2 %.

Большим недостатком КХС надо считать очень быстрое образование наклепа, поэтому изготовление деталей из этих сплавов производится методом литья, которое может изменить состав, структуру сплава и его свойства. Прочность КХС зависит от размера зерен и характера распределения карбида. При увеличении содержания углерода сплавы делаются более хрупкими и непригодными для изготовления имплантатов.

Впервые для имплантации нержавеющую сталь применил W. Sherman (1912). Используемая в хирургии нержавеющая сталь содержит около 20 % хрома, 14 % никеля и 4 % молибдена, который обеспечивает коррозионную стойкость. Нержавеющая сталь в основном применяется для изготовления рамочных (ramus frame) и подковообразных (staple bone) имплантатов.

По предложению Б. П. Маркова (1986) имплантаты из стали 40X13 вводят под надкостницу. После намагничивания от постоянных магнитов, закрепленных в съемных протезах, они могут обеспечить ретенцию последних.

Сталь для имплантации должна содержать не более.

0,08 % углерода во избежание коррозии в тканях организма. Снижению процента углерода способствует отжиг в атмосфере чистого кислорода. Стальные имплантаты удобны и просты в применении при импластрукции большого объема.

При изготовлении керамических имплантатов наиболее широко применяется окись алюминия. Работы А. А. Брегадзе и др. (1982), L. Smith (1962), S. Sandhous (1969), Н. Kawahara (1972), Т. A. Driskell и соавт. (1973) способствовали внедрению имплантатов из A l, O 3 в клиническую практику. В зависимости от чистоты и технологии их изготовления возможны монокристаллическая («Сапфир») и поликристаллическая («Кадор») модификация. Керамика имеет хорошую химическую инертность и биологическую совместимость, но присущая ей хрупкость затрудняет применение в клинической практике. В табл. 3 показано различие свойств двух модификаций из ALO3. «Сапфир» в 4 раза прочнее, что позволяет изготовить более тонкие эндооссальные пластиночные имплантаты. НПО «Монокристаллреактив» УССР и японская фирма «Bioceram» изготовляют из монокристалла ALO3 эндооссальные пластиночные и цилиндрические винтовые имплантаты. Из поликристаллических форм можно отметить имплантаты «Tubingen», «Munchen», «Biolox» (ФРГ), СВС (Швейцария). «Synthodont» (США). Ведутся исследования по увеличению прочности керамики на удар и интегрируемости в тканях. Для этой цели поверхность керамического имплантата делают пористой [Klawitter J.].

Таблица 3.

Сравнение отечественных эндооссальных имплантатов из А1

0

Благодаря научным исследованиям пригодность любого материала для изготовления имплантатов оценива ется по следующим показателям: 1) не корродирует, не вызывает воспалительных процессов окружающих тканей; 2) не вызывает аллергических реакций; 3) не является канцерогенным; 4) не изменяет физических свойств в организме; 5) обладает достаточной механической прочностью; 6) легко обрабатывается; 7) дешев; 8) хорошо стерилизуется.