Медицинские изделия из металла

Обновлено: 05.07.2024

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Илларионов А.Г., Гриб С.В., Юровских А.С., Волокитина Е.А., Гилев М.В.

Описаны недостатки и преимущества применения металлических материалов для создания имплантатов . Приведены принципиальные системы легирования стандартизированных металлических материалов медицинского назначения и комплекс их физико-механических свойств .

Usage of metal materials for medical implants

Disadvantages and advantages of metal materials’ usage for implant development are described. Principal systems of alloyage of standardized metal materials for medical purposes and complex of their physical and mechanical properties are adduced. Approaches which allow to improve metal material implant quality are described.

Текст научной работы на тему «Применение металлических материалов для медицинских имплантатов»

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ИМПЛАНТАТОВ

А. Г. Илларионов1, кандидат технических наук, С. В. Гриб1*, кандидат технических наук, А. С. Юровских1, кандидат технических наук, Е. А. Волокитина1,2, доктор медицинских наук, М. В. Гилев12, кандидат медицинских наук, Т. С. Азорина1

1 ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина», 620002, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

2 ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России, 620028, Россия, г. Екатеринбург, ул. Репина, д. 3

РЕЗЮМЕ Описаны недостатки и преимущества применения металлических материалов для создания им-плантатов. Приведены принципиальные системы легирования стандартизированных металлических материалов медицинского назначения и комплекс их физико-механических свойств.

Ключевые слова: металлы, имплантаты, свойства.

Под биоматериалом обычно подразумевают любой материал, предназначенный для частичного или полного замещения органа или ткани живого организма и выполнения их функции [19]. Поэтому в ортопедии выделяют две основных функции биоматериалов: 1) замещение (аугментация) дефектов костной ткани, например при лечении переломов; 2) замена и реконструкция опорно-двигательного аппарата, например суставов,

связок, межпозвонковых дисков, резецированных фрагментов кости. В последнем случае металлические материалы широко применяются в качестве фиксирующих кость устройств и штифтов протезов [26]. Для замещения и реконструкции костных дефектов используются материалы биологического происхождения - аутогенные (донор -сам пациент), аллогенные (донор - другой человек), ксеногенные (донор - животное), а также синтетические, полусинтетические и композиционные. Синтетические материалы получают путем химического синтеза, к ним относятся керамики и полимеры; полусинтетические - методами химической, термической обработки натуральных материалов, включая минералы и кораллы. Композиционные материалы состоят из нескольких компонентов органической/неогранической матрицы и дополнительных органических/неорганических компонентов. Существует ряд проблем при использовании описанных выше материалов [2,5]:

- использование костных ауто- и аллотрансплан-татов требует травматизации донора, кроме того, велика вероятность развития инфекцион-но-воспалительного процесса;

- при использовании алло- или ксенокости присутствует риск инфицирования реципиента;

- зачастую скорость деградации биорезорбиру-емых (биодеградируемых) синтетических материалов существенно превышает скорость регенерации кости, кроме того, продукты ре-

зорбции могут вызывать воспалительные реакции в организме;

- некоторые материалы не обладают удовлетворительной остеоиндуктивной способностью: так, резорбирующаяся керамика на основе три-кальцийфосфата и гидроксиапатита обладает остеокондуктивными, но не остеоиндуктивны-ми свойствами;

- физико-механические свойства материала могут быть неудовлетворительными для конкретного применения трансплантата: например, керамику на основе гидроксиапатита можно использовать только для замещения участков костей, не несущих значительных механических нагрузок, что обусловлено хрупкостью материала и его высокой чувствительностью к коррозии в физиологических жидкостях организма, приводящей к разрушению имплантата. Высокая порозность естественных кораллов обусловливает хрупкость материала, поэтому биоконструкции рекомендовано использовать либо для восстановления дефектов губчатой

костной ткани, либо в сочетании с металлическими пластинами, несущими опорную функцию [4].

Как правило, металлические материалы обладают высокими прочностными характеристиками (предел текучести а02 и временное сопротивление разрушению аВ) и высоким сопротивлением усталости (а_1) (табл. 1) по сравнению с керамикой и полимерами (табл. 2), в связи с чем в настоящее время более 60% всех имплантатов изготовлены из металлических материалов [14]. Из табл. 2 видно, что полимеры характеризуются низким сопротивлением ползучести, а керамики достаточно хрупкие.

Сейчас в ортопедической хирургии применяют такие металлические материалы, как нержавеющая сталь, сплавы на основе кобальта, титан и его сплавы.

Можно отметить ряд преимуществ титановых сплавов среди других металлических материа-

Таблица 1. Физико-механические свойства стандартизированных металлических материалов медицинского назначения, применяемых в ортопедии [3, 10, 14, 15, 17, 22, 26]

Сплавы (система легирования) физические механические

ASTM 1БО Модуль упругости Е, ГПа Плотность р, кг/м3 Предел текучести ст02, МПа ' Предел прочности стВ, МПа ст_г МПа (107 циклов) Предел усталости стВ/р, км

Fe-18Cr-14Ni-2,5Mo F138 5832-1 190-230 7800 170-1213 465-1351 180-820 6,0-17,3

Сплавы на основе кобальта

Co-28Cr-6Mo F799 5832-4

Co-20Cr-15W-10Ni-1,5Mn F90 5832-5

Co-35Ni-20Cr-10Mo F562 5832-6

Титан и его сплавы

CpTi (Grade 1-4) (нелегированный титан) F67 5832-2

Ti-6Al-4V F136 5832-3

Ti-6Al-7Nb F1295 5832-11

Ti-15Mo-5Zr-3Al 5832-14 50-121 4500 480-1060 240-1312 300-689 5,3-29,2

Примечание. Приводимые интервалы значений физических и механических свойств соответствуют свойствам, которые могут быть получены в сплавах методами различного термомеханического воздействия; плотность р приведена для чистых металлов ^е, Со, ТО.

Таблица 2. Физико-механические свойства кости и неметаллических материалов, применяемых в ортопедии

физические механические (при растяжении)

Модуль упругости Е, ГПа Плотность р, кг/м3 Предел текучести ст02, МПа Предел прочности стВ, МПа Предел усталости ст_г МПа (107 циклов)

Трабекулярная 0,17 [21] 100-1500 [6] - 3,85 [21] -

Полимерные материалы [10]

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (иНМ^РЕ) 0,5-1,3 930-950 20-30 30-40 13-20

Керамики [9, 10, 22]

А|203 366-380 3990 - 310-350 -

ZrO2 150-201 5680 - 200-500 -

лов: по прочностным характеристикам титановые сплавы не уступают кобальтовым сплавам и нержавеющей стали, при этом по удельной прочности (ав/р) могут их превосходить. Кроме того, сплавы на основе титана демонстрируют значительно более низкий модуль упругости Е (50-121 ГПа) по сравнению с другими металлическими сплавами -нержавеющей сталью (190-230 ГПа) и сплавами на основе кобальта (200-541 ГПа), что обеспечивает лучшую механическую совместимость сплавов титана с костью, модуль упругости которой составляет менее 30 ГПа.

Следует отметить, что наиболее явными недостатками и нержавеющих сталей, и комохромов, и ряда сплавов титана, применяемых в медицине, являются, во-первых, неблагоприятные реакции организма на входящие в их состав химические элементы (А1, V, Со, Сг); во-вторых, несоответствие между имплантатом и окружающей его костной тканью, обусловленное различием в значениях модуля упругости [3, 21].

В последние два десятилетия исследования в области разработки металлических материалов медицинского назначения были направлены на решение этих проблем. Одним из направлений является получение новых сплавов титана, не содержащих химических элементов, которые вызывают токсические и аллергические реакции организма. Эти новые сплавы разрабатываются на основе молекулярно-орбитальных расчетов электронных структур с последующим созданием специальных структурно-фазовых состояний методами термодеформационной обработки, позволяющих получить более низкие значения модуля упругости (90-42 ГПа) [7, 11, 13, 18, 21]. Однако

многочисленные исследования [7, 11, 13, 18, 21] показали, что снижение модуля упругости методами легирования и структурообразования ограничено: невозможно получить значение модуля ниже предела в 40 ГПа, что по-прежнему является слишком высоким для костного имплантата.

Дальнейшее снижение модуля упругости при сохранении приемлемых прочностных характеристик связано, очевидно, с переходом на использование пористых (сетчатых, пенообразных) структур изделия, получаемых методами порошковой металлургии [20, 24] или послойного лазерного сплавления (3D-печать) [1]. Пористый титан и его сплавы обеспечивают движение телесных жидкостей и прорастание костной ткани при размере пор 200-500 мкм [25], тогда как уменьшение размера до 100 мкм делает невозможным прорастание остеобластов [23]. Кроме того, размер, форма и доля пор и их распределение в материале оказывают существенное влияние на комплекс физико-механических свойств. Так, титан с пористостью 78% имеет прочность на сжатие в 35 МПа при модуле упругости в 5,3 ГПа, что близко к характеристикам кости [25].

Таким образом, среди металлических материалов медицинского назначения особый интерес представляют сплавы на основе титана благодаря их высокой удельной прочности и биосовместимости, а математическое моделирование и создание пористых титановых имплантатов для замещения дефектов костной ткани (аугментов) является перспективным направлением в обла-

сти разработки новых металлических материалов медицинского назначения, так как физико-меха-

нические характеристики аугмента приближаются к таковым у костной ткани.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, субсидия на реализацию комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства в рамках реализации постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля

2010 г. № 218, очередь 8 по теме «Создание высокотехнологичного цифрового производства прецизионных металлических комплексов для имплантации на базе аддитивных технологий», номер соглашения 03.G25.31.0234 от 03.03.2017.

3. Проблемы и перспективы применения титановых сплавов в медицине/ М. Ю. Коллеров [и др.] // Титан. - 2015. - № 2. - C. 42-53.

4. Роль аутогенных мультипотентных мезенхималь-ных стромальных клеток в ткани инженерных конструкциях на основе натуральных кораллов и синтетических биоматериалов при замещении костных дефектов у животных/ Н. С. Сергеева [и др.] // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. -2009. - № 4. - С. 56-62.

6. Хлусов, И. А. Основы биомеханики биосовместимых материалов и биологических тканей: учебное пособие / И. А. Хлусов, В. Ф. Пичугин, М. А. Ряб-цева. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 149 с.

7. Abdel-Hady, M. General approach to phase stability and elastic properties of р-type Ti-alloys using electronic parameters / M. Abdel-Hady, K. Hinoshita, M. Morinaga // Scripta Materiala. - 2006. - P. 476-480.

8. Bhullar, S. K. Smart biomaterials - a review / S. K. Bh-ullar, N. L. Lala, S. Ramkrishna // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2015. - № 40. - P. 303-314.

9. Biodegradable Materials for Bone Repair and Tissue Engineering Applications / Zeeshan Sheikh [et al.] // Materials.- 2015. - № 8. - Р. 5744-5794.

10. Biomaterials science: an introduction to materials in medicine [Electronic resource] / ed. by B. D. Ratner [et

12. Currey, J. D. Mechanical properties of vertebrate hard tissues / J. D. Currey // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H: Journal of Engineering in Medicine. - 1998. - Vol. 212, Iss. 6. - P. 399-412.

13. Gepreel M. Abdel-Hady. Biocompatibility of Ti-alloys for long-term implantation / M. Abdel-Hady Gepreel, M. Niinomi // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2013. - № 20. - P. 407-415.

14. Golish, S. R. Principles of Biomechanics and Biomaterials in Orthopaedic Surgery / S. R. Golish, W. M. Mi-halko // The Journal of Bone & Joint Surgery. - 2011. -Vol. 93-A, № 2. - P. 206-212.

18. Laheurte, P. Mechanical properties of low modulus ß titanium alloys designed from the electronic approach / P. Laheurte, F. Prima, A. Eberhardt // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. -2010. - P. 566-573.

19. Mahyudin, F. Biomaterials in Orthopaedics / F. Mahyu-din, L. Widhiyanto, H. Hermawan // Biomaterials and Medical Devices. Advanced Structured Materials. -2016. - Vol. 58. - P. 161-181.

20. Nakajima, H. Fabrication of lotus-type porous metals and their physical properties / H. Nakajima, T. Ikeda, S. K. Hyun // Advanced Engineering Materials. -2004. - Vol. 6. - P. 377-384.

21. New Developments of Ti-Based Alloys for Biomedical Applications / Y. Li [et al.] // Materials. - 2014. - Vol. 7, № 3. - P. 1709-1800.

22. Patel, N. R. A Review on Biomaterials: Scope, Application & Human Anatomy Significance/ N. R. Patel, P. P. Gohil // International Journal of Emerging Tech-

nology and Advanced Engineering. - 2012. - Vol. 2, Iss. 4. - P. 91-101.

23. Processing and biocompatibility evaluation of laser processed porous titanium / W. C. Xue [et al.] // Acta Biomater. - 2007. - Vol. 3. - P. 1007-1018.

24. Processing and mechanical properties of autogenous titanium implant materials / C. E. Wen [et al.] // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 2002. -Vol. 13. - P. 397-401.

25. Processing of biocompatible porous Ti and Mg / C. E. Wen [et al.] // Scr. Mater. - 2001. - Vol. 45. -P. 1147-1153.

26. Review. Biomaterials in orthopaedics / M. Navarro [et al.] // J. R. Soc. Interface. 2008. - № 5. - P. 1137-1158.

usage of metal materials for medical implants

A. G. Illarionov, S. V. Grib, A. S. Yurovskikh, E. A. Volokitina, M. V. Gilev, T. S. Azorina

ABSTRACT Disadvantages and advantages of metal materials' usage for implant development are described. Principal systems of alloyage of standardized metal materials for medical purposes and complex of their physical and mechanical properties are adduced. Approaches which allow to improve metal material implant quality are described.

Что такое медицинское золото или хирургическая сталь

В ювелирном мире есть разные металлы, среди которых встречаются как драгоценные, так и не очень. И не всегда их можно отличить визуально. Сегодня высоким спросом пользуется медицинское золото. Чем же оно так привлекает любителей украшений?

Итак, что такое медицинское золото? Это специальный сплав, внешне почти не отличимый от своего натурального собрата. Именно этот металл чаще всего используют при первых проколах ушей. Благодаря особому составу, хирургическая сталь не вызывает аллергии, медленно темнеет и вообще красиво выглядит. А если вспомнить о том, что медицинское золото значительно ниже в стоимости, чем его собрат-оригинал…

Для изготовления имплантов, инструментов и оборудования подходят только сплавы с высокими показателями прочности и гигиеничности.

Медсплав, как понятно из названия, обычно используют в медицине. Это уже говорит о его качественных и эксплуатационных характеристиках, ведь в этой сфере используют только проверенные и надежные материалы.

Состав медицинской стали

Хирургическая сталь – это не бренд продукта, а обозначение его свойств. Разновидностей медстали около десятка, и все они имеют различия в составе. В ювелирном деле чаще используют сталь, в которой содержатся: • молибден, • никель, • хром (не меньше 13%), • марганец (до 1%), • кремний (до 1%), • магний, • сера, • углерод (от 0,4 до 1,2%) • фосфор.

Чем отличается золото от медицинского сплава

На вид отличить готовое изделие из хирургической стали с позолотой от золота довольно сложно. Но если очень хочется узнать, из благородного металла украшение или нет, – поищите пробу, которая есть только у украшений из драгоценных сплавов. Это основное визуальное отличие.

Если говорить о внутренних, то сразу можно отметить, что как такового золота в составе медсплава значительно меньше, и все оно – в покрытии. Кроме того, золотой сплав мягче медицинского, а значит, более подвержен механическим повреждениям. Поэтому, если вы попробуете согнуть изделие из золота, вам это удастся больше, чем в случае со сталью. Правда, это достаточно рискованный метод проверки.

Типы позолоты на медсплаве

«Но сталь серого цвета!» – отметите вы, и будете правы. Как же она приобретает характерный для золота цвет? Для этого используются два типа покрытия: • Gold Filled. Более долговечное покрытие, поскольку напыление наносится при очень высоких температурах. Такое покрытие буквально сплавляется с основой и со временем не царапается и не скалывается. • Gold Plated. Напыление более дешевое, но при этом чуть менее прочное. На нем со временем могут появиться царапины и потертости.

Во всей качественной бижутерии высокого уровня используется покрытие Gold Filled.

Преимущества и недоставки медзолота

Основные преимущества медицинской нержавеющей стали: • привлекательный внешний вид (медсплав активно используют в том числе ювелирные бренды с мировым именем), • стоимость намного ниже по сравнению с драгоценными металлами, • устойчивость к коррозии (в таких украшениях можно спокойно купаться, не боясь, что они покроются ржавчиной), • прочность (по сравнению с золотом и серебром), • почти не темнеет со временем, в отличие от серебра, • безопасность для здоровья (такие украшения можно носить маленьким детям), • гипоаллергенность, • долгий срок службы.

При всех этих достоинствах неужели нет минусов? Они, конечно, есть у каждого, и медицинское золото не исключение: • цена украшений выше, чем на обычный бижутерный сплав, • со временем золотое покрытие истирается, и тогда его нужно восстанавливать.

Но список плюсов у бижутерии из медстали более обширный, и все возрастающий спрос не вызывает удивления.

Маркировка мед. стали

Драгоценные металлы имеют пробу. У золота она может быть от 375 до 999, в зависимости от количества самого металла в сплаве. Ведь в золотых украшениях, особенно с пробой ниже 999, есть и другие примеси. А чистый металл в ювелирном деле не используется, так как золото с 999 пробой – слишком мягкое для украшений, и используется для изготовления банковских слитков.

С медицинской сталью дело обстоит иначе. Здесь есть маркировка. И она будет обозначать состав медицинского сплава. Например: • Буква М и цифровое значение – ванадий и углерод, • Т и цифровое значение – кобальт и ванадий. • Сталь 316L – нержавеющая сталь с низким содержанием хрома и никеля, обогащенная молибденом, активно используется в стоматологии и ювелирной сфере, марка мед.золота. • AISI430 – еще один вид нержавеющей стали с большим содержанием хрома и низким содержанием углерода, активно используется не только в медицине, но и в пищевой промышленности.

Как чистить медсплав

За изделиями из медицинского золота нужен хоть и простой, но бережный уход. В первую очередь желательно хранить их отдельно от другой бижутерии. В идеале украшения не должны в шкатулке касаться друг друга, чтобы избежать мелких царапин и потертостей. Несмотря на высокую прочность, постоянный контакт с другими металлами может сказаться негативно, особенно на позолоте.

Периодически все ювелирные украшения нуждаются в чистке, и медзолото не исключение. В домашних условиях можно почистить изделия народными средствами или специализированными способами.

Среди «нетрадиционной медицины»: • Натуральный мел. Да-да, тот самый, которым пишут в школе на доске. Для этого изделие нужно натереть мелом, а затем удалить известь мягкой влажной тряпкой. • Хорошим средством для чистки является смесь зубного порошка, нашатыря и воды в пропорциях 15г/30г/50мл. Медсплав нужно тщательно протереть полученной смесью, а потом промыть в теплой воде. • Если под рукой есть пиво или винный спирт, можно использовать и их. Для этого возьмите мягкую ткань, смочите в жидкости и протрите украшения. • Уксус. Нанесите его на 4-5 минут, а затем смойте водой. Украшение будет как новое. • Самый простой метод – обычный шампунь или любое жидкое мыло. Растворив их в чуть теплой воде, почистите украшения щеткой с очень мягкой щетиной.

Чистка изделий из медицинского сплава спецсредствами: • Ультразвуковая ванна для чистки ювелирных украшений. Считается наиболее щадящим и бережным вариантом для бижутерии из медсплава. Ультразвук аккуратно очищает даже драгоценные металлы и изделия с инкрустацией. Диапазон стоимости довольно широкий, так что вполне можно даже найти недорогой вариант для домашнего использования. • Специализированные средства для очищения металла. Используйте только составы без агрессивных веществ, чтобы не повредить украшение в процессе чистки. Всякие средства «с чистящими гранулами» оставьте для кухонных плит, ведь эти самые гранулы могут серьезно поцарапать поверхность.

Если есть время и вдохновение, конечно, можно почистить любимые колечки и сережки дома. Но иногда намного проще, быстрее и надежнее отнести их в ювелирную мастерскую, где специалист вернет вашим украшениям сияющий вид.

Титан или ювелирная сталь: что лучше?

Не единым драгоценным металлом, как говорится… Еще один коллега медицинской стали по бижутерному цеху – титан. Этот металл также обладает целым перечнем достоинств, которые делают его неплохой альтернативой золоту и серебру. • Безопасность для здоровья и гипоаллергенность, • Доступная цена, • Устойчивость к коррозии, • Уникальная цветовая палитра без окрашивания, • Малый вес (ниже, чем у большинства металлов).

Что же выбрать покупателю? Медицинскую стать или металл с древнегреческим именем? Попробуем разобраться: • Вес. Как мы уже отметили, титан легче большинства металлов, и в том числе медсплава. Плотность титана 4,5 г/см.куб, а у стали эта цифра варьируется от 7,6 до 7,9 г/см.куб. • Оригинальность. Все же, похвастаться серьгой из титана в носу или в пупке приятнее, чем железной. • Цена. Украшения из медстали и титана находятся примерно в одном ценовом сегменте, и все они дешевле драгоценных металлов. • Цвет. Медзолото выполнено, как это понятно, с позолотой. А вот с титановыми украшениями в плане палитры все намного интереснее. При обработке титан дает просто космические цвета и оттенки.

В общем, выбор уже зависит от ваших личных вкусов и предпочтений. Оба варианта обладают преимуществами перед благородными металлами, включая доступность людям с аллергиями на драгметаллы и сравнительно низкую стоимость при высокой прочности.

Но для первичного пирсинга сегодня все чаще используют именно титан, поскольку он не содержит в своем составе никель, существенно легче стали и его спектр цветов, которые можно получить без примесей, выше. Стоит отметить, что для этой цели используют не любой титан, а именно имплантационный. А вот украшение из медицинской стали отлично подойдет уже для последующего ношения, когда место прокола полностью заживет. При этом, марка и титана, и стали должна быть все равно подобрана правильно. Поскольку в обоих вариантах есть неподходящие марки для первичного прокола.

Медицинское золото: состав и свойства материала, уход за ювелирными изделиями из сплава

Медицинское золото, хирургическая или ювелирная сталь, медицинская нержавейка… Как понять, что это? Все эти названия относятся к сплаву, где настоящего золота меньше 37%. И сейчас мы разберемся, где он используется и для чего, а также выясним его состав.

В медицине используют только надежные и долговечные инструменты. Для их создания используют специальный сплав из нескольких компонентов: железо, медь, никель, магний, хром, латунь, цинк и другие. Определенного состава нет, поэтому материалов может быть разное количество. Сплав из этих компонентов называют медицинская или хирургическая сталь. Из нее делают инструменты, которые почти не подвергаются физическому воздействию и коррозии.

На обычном золоте мы непременно увидим пробу, от 375 до 999. Несмотря на то, что на медицинской стали нет пробы, маркировку все же можно найти. Она будет обозначать состав сплава. Например, есть обозначения буквой Т (в составе ванадий-кобальт) и М (ванадий-углерод) с цифрами, у этих сплавов высокая устойчивость к истиранию и повышенная твердость. Сталь с маркировкой HSS используется в обработке сложных материалов. Для стоматологии используется сплав никель-хром или кобальт-хром. А нержавеющая сталь 316L — это прочный материал с низким содержанием хрома и никеля. Такая сталь идеально подходит для часов, как женских, так и мужских. Бренд Окаmi использует нержавеющую сталь в своих моделях, подчеркивая индустриальный стиль.

Смотреть все часы из нержавеющей стали в каталоге Sunlight

Мы выяснили составы стали, но как она становится золотом? Медицинская сталь становится похожей с золотыми изделиями в результате специального покрытия. Существуют два вида: Gold Plated — простое напыление, дешевое и непрочное, быстро стирается и царапается. Gold Filled — нанесение позолоты в условиях высокой температуры, из-за чего покрытие гораздо дольше держится на изделиях. Почти во всей бижутерии используются Gold Filled, что говорит о долговечном использовании таких украшений.

Бижутерия из медицинского золота имеет массу преимуществ. Главным является то, что такие украшения могут носить люди с аллергией на все металлы, кроме золота. А визуально только специалист сможет отличить изделия из медицинского золота от благородного металла 750 пробы. Ювелирная сталь более прочная, твердая, выглядит стильно и подходит к индустриальной моде.

Какие украшения изготавливают из медицинского золота?

Кольцо Cartier

Украшения из медицинского сплава выглядят неотличимо от чистого золота, и покупатели все чаще отдают им предпочтения. Женские ювелирные изделия из стали продаются в больших гипермаркетах, например в Sunlight. На их сайте и в мобильном приложении можно не выходя из дома рассмотреть все понравившиеся украшения и заказать их в ближайший магазин. Самыми популярными считаются серьги из медицинской стали — дизайнеры проявляют всю фантазию в создании разнообразных серег и не забывают о трендах: серьги-монеты с портретами, серьги с ракушками и мятым металлом, а также с жемчугом и фианитами. Они создают индивидуальный имидж, соответствуя эпохе. Серьги из медицинского сплава ещё и абсолютно безвредны, поэтому их часто берут маленьким детям.

Смотреть все серьги из ювелирной стали в каталоге Sunlight

Кольца из ювелирной стали — само воплощение искусства. В Sunlight представлена необычная коллекция колец с эмалью в виде животных. Они станут отличным дополнением к повседневному имиджу.

Если вы любите выделяться, то броши и заколки помогут вам обратить на себя внимание. Стальная брошь с жемчугом и ювелирной смолой — в дизайне переплетаются современность и винтаж. Ее можно носить с блузой, на лацкане костюма и пальто. Стильная заколка с жемчугом, красивая и нежная, подойдет для любой прически.

Смотреть коллекцию BOHEMA в коллекции Sunlight

Мужские браслеты и цепи из медицинской стали не менее востребованы, чем женские украшения. Браслеты и запонки получаются очень брутальные и стильные. Кольца из медицинской стали не натирают, не вызывают аллергии. Они хорошо сочетаются с часами.

Еще один из плюсов приобретения таких украшений, это то, сколько стоит медицинская сталь. Ее цена гораздо ниже золотых и серебряных изделий. Самое дорогое украшение не будет стоить больше 5 000, а самое дешевое начинается от 300 рублей. Привлекает и то, что за бижутерией из медицинского сплава не требуется особого ухода.

Как чистить медицинское золото: рекомендации по уходу

Обычное золото — мягкий металл, его приходится постоянно полировать, ухаживать определенными способами. А серебряные украшения не переносят влагу и чернеют. Но вот украшения из ювелирной стали не темнеют, с ними можно заниматься спортом и плавать.

Чистить медицинское золото просто, можно делать это в домашних условиях при помощи жидкого мыла или шампуня. Очищать нужно мягкой щетиной или протирать тканью. Раствор уксуса также подойдет для возвращения блеска. Самым легким способом считается чистка при помощи обычного мела. Натрите украшение и удалите остатки влажной тканью.

Читать статью: Как почистить золото

Духи и лак для волос плохо влияют на изделия, поэтому старайтесь надевать их в последнюю очередь. Следуя этим несложным правилам, ваши украшения будут всегда блистать на солнце и поднимать вам настроение.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАЛИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МЕДИЦИНСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Цель работы – рассмотреть использование углеродистой и легированной сталей при изготовлении медицинских инструментов, а также их физические и химические требования при эксплуатации.

Медицинские металлические инструменты в процессе эксплуатации подвергаются воздействию поверхностно-активных сред живого организма, содержащих жиры, органические кислоты, соли, в частности хлориды, являющиеся активаторами коррозии. Кроме того, в процессе бактерицидной (санитарной) обработки инструменты контактируют со средами, применяемыми для предстерилизационной очистки, стерилизации и дезинфекции, большинство которых также являются агрессивными по отношению к металлам, из которых изготовлены инструменты. Под влиянием агрессивных сред, бактерицидной обработки и сред живого организма во многих случаях при одновременном воздействии механических напряжений возникают коррозионные очаги, изменяются твёрдость и упругость металла, приводящие к быстрому изнашиванию инструмента и дальнейшему разрушению. Поэтому инструменты медицинские металлические должны быть коррозионностойкими, способными выдерживать воздействие температуры и влажности воздуха в условиях эксплуатации, транспортирования и хранения, а также должны быть устойчивы к дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации. В связи с этим очень важным является знание свойств материалов, из которых изготовлены инструменты, а также способов стерилизации инструментов.

Существуют различные способы защиты медицинских изделий от коррозии. К наиболее распространённым относятся защитные покрытия металлические, неметаллические, а также покрытия, образованные в результате химической и электрохимической обработки металла. В зависимости от способа нанесения покрытия могут быть электрические (гальванические), химические, горячие, диффузионные и т. п. В медицинской промышленности широкое использование получили гальванические и химические покрытия. Роль гальванического покрытия как средства защиты от коррозии сводится в основном к изоляции металла от внешней среды, предупреждению действия микроэлементов на поверхности металлов. Покрытия бывают защитные, защитно-декоративные, специальные. Например, санитарные ножницы и детали зубоврачебных наконечников имеют защитно-декоративные никельхромовые покрытия. Декоративность их обеспечивается внешним видом, блеском, цветом. Защитные свойства обеспечиваются толщиной покрытия и его многослойностью. К специальным покрытиям относятся те, которые придают особые свойства поверхности деталей. Так, для повышения износостойкости изделий на них наносят слой молочного или твёрдого хрома, комбинированные хромовые покрытия, осаждения твёрдого никеля и его сплавов, химический никель. При этом заращивание частичек алмаза осуществляется с помощью гальванического никеля. Такое покрытие применяется при изготовлении иглодержателей с алмазированием губок, алмазировании стоматологических головок.

Одним из определяющих требований при выборе покрытий для медицинских инструментов является нетоксичность металлов и их окислов по отношению к крови и организму человека во всех случаях применения инструментов. Так как все медицинские инструменты в процессе эксплуатации подвергаются санитарной обработке, то другим специфическим требованием при выборе вида покрытия является высокая коррозионная стойкость применяемых покрытий к различным медицинским средам при дезинфекции инструментов, предстерилизационной очистке, стерилизации. Для медицинских изделий внедрён отраслевой стандарт ГОСТ 64 -1-72-80 , где учтены изложенные выше особенности.

Для повышения качества, надёжности и экономичности изделий медицинской техники при снижении их материалоёмкости разрабатываются высокоэффективные методы повышения прочностных свойств, коррозийной стойкости, тепло- и хладостойкости сплавов.

Долговечность материалов можно повысить путём увеличения прочности:

1) повышением плотности легированной стали (под влиянием углерода);

2) термической обработкой (нагрев, охлаждение);

3) химико-термической обработкой.

Поверхностные слои во многом определяют работоспособность деталей инструментов, поэтому износостойкость и коррозийная стойкость деталей полностью зависят от состояния их поверхности. Применением износостойких покрытий стремятся решить проблему экономии вольфрама в инструментальных сталях, а также повысить работоспособность деталей из конструкционных сталей. Задача создания высокожаростойких и жаропрочных сплавов для новой техники неразрывно связана с разработкой надёжных защитных покрытий. Поверхностное легирование приводит к экономии дефицитных металлов, так как в этом случае их требуется меньше, чем при объёмном легировании сплавов, с целью получения указанных специфических свойств, ионная имплантация снижает точечную коррозию. Одной из технологий, широко используемых на машиностроительных заводах, является лазерное упрочнение деталей. В результате её применения существенно повышается твёрдость поверхностных слоев, увеличивается износостойкость и стойкость изделий к коррозии. В отличие от известных способов термообработки с целью объёмного упрочнения материала лазерное упрочнение имеет следующие особенности. Это поверхностный процесс, имеющий большую степень локализации, в силу чего деталь не испытывает искажений формы (коробления). Локальность позволяет реализовать поверхностное упрочнение на строго требуемых участках детали. Наибольшее использование лазерное упрочнение нашло для повышения стойкости режущих инструментов, штампов.

Лазерная закалка характеризуется высокотемпературным лазерным нагревом поверхности обрабатываемой детали и последующим быстрым её охлаждением. Процесс лазерного остекловывания происходит при быстром плавлении тонкого поверхностного слоя с последующим быстрым охлаждением за счёт теплопроводности металла. При правильном подборе режимов лазерной обработки, заметного изменения шероховатости поверхности не наблюдается. В результате достигается увеличение стойкости металлорежущих инструментов от 1,5 до 5 раз в зависимости от их типа, марки материала и условий работы.

Медицинские инструменты

Для изготовления скальпелей используют медицинскую нержавеющую сталь. Одноразовым скальпелям не требуется высокая коррозийная стойкость, поэтому их изготавливают из закалённой хромистой стали для холодной штамповки (ШХ15). Многоразовые скальпели отличаются либо большим содержанием хрома (95Х18), либо более сложным легированием (Х12МФ).

Распатор изготовляют из стали У10А с хромовым покрытием или нержавеющей стали 40Х13.

Ложки медицинские (острые) изготовляют из твёрдой закалённой нержавеющей, стали типа 40Х13. Тупые ложки предназначены для вычерпывания экссудатов, гнойных масс, удаления камней, например из желчных протоков. Эти ложки изготовляют из мягкой стали типа Х18Н9Т или из мягкой красной меди, так как они должны легко изгибаться, чтобы было возможным проведение их в полость (в желчные протоки).

Петли медицинские изготовляют из меди или латуни Л63. Петли легко гнутся.

Материалом для изготовления ножниц служит углеродистая сталь марки У8А, У10А или нержавеющая сталь 40Х13, для винтов - сталь 20Х13.

Материалом для изготовления костных кусачек служит почти исключительно нержавеющая сталь 40Х13, а пружин – 30Х13. Винты и штифты изготовляют из более мягкой стали – 20Х13.

Материалом для рабочей части медицинских пил служит твёрдая углеродистая инструментальная сталь марки У7А.

Материалом для изготовления долот служит инструментальная сталь У8А или нержавеющая сталь 40Х13.

Зубные боры, фрезы и другие стоматологические инструменты работают как режущий инструмент при высоких скоростях резания труднообрабатываемых материалов. Сталь и сплавы для боров должны обладать очень высокой твёрдостью и износостойкостью. Для этих целей применяют вольфрамовые инструментальные стали высокой твёрдости марок ХВ5, ХВ4, стали того же класса, но с меньшим содержанием вольфрама, спечённые твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама, например, ВК6-ОМ.

В качестве материалов армирующих режущие части, применяют спечённые твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама или безвольфрамовые сплавы. На рабочие поверхности могут наносится износостойкое покрытие из карбидов, нитридов, боридов железа, хрома, никеля и других металлов, сплавов на кобальтовой или никелевой основах и т. д. Для армированных инструментов в качестве подложки применяют стали и сплавы, обычно неприменяемые для режущих инструментов - сталь марок 12Х13, 20Х13, 12Х18Н9Т, сплавы титана. Инструменты из углеродистых сталей для предотвращения коррозии гальванически покрывают хромом, никелем и др. При этом с режущих кромок покрытие снимают. Важнейший легирующий элемент в сталях для режущих инструментов - углерод. Коррозионная стойкость, зависящая от содержания хрома в мартенсите стали, для каждой марки стали максимальна при высокой твёрдости. С увеличением содержания углерода (при неизменной концентрации хрома в стали) коррозионная стойкость несколько падает в связи с повышением уровня нерастворившихся хромосодержащих карбидов в стали и обеднением таким образом мартенситной матрицы хромом.

Для зажимных медицинских инструментов в основном применяют коррозионостойкие стали мартенситного класса марки 20Х13, мартенситно-ферритного класса марки 12Х13, аустенитного класса типа 12Х18Н9Т или ОЗХ17Н14М2. В качестве материалов армирующих рабочих частей, применяют спечённые твёрдые сплавы на основе карбидов вольфрама или безвольфамовые сплавы. Хорошие функциональные свойства этих инструментов могут быть обеспечены применением нержавеющих мертенситно-стареющих сталей и сталей переходного класса.

Зажимы изготавливаются преимущественно из нержавеющей стали и титана. Зажимы должны обладать достаточной прочностью и эластичностью, поэтому для их изготовления применяют чаще всего нержавеющую сталь марки 30Х13, обладающей прочностью и эластичностью, а для винта - 20Х13.

Материалом для изготовления пинцетов, как и других пластинчатых пружинящих инструментов, служит нержавеющая сталь 30Х13, для штифтов—сталь 20Х13 или Х18Н9Т.

Иглодержатели изготовляют из нержавеющей стали марки 30Х13 с коробчатым и винтовым замком, что обеспечивает минимальный перекос губок (не более 0,1 мм).

При изготовлении зондирующих и оттесняющих инструментов к стали не предъявляют каких-либо специальных требований. Основным требованием можно считать повышенную коррозионную стойкость. Поэтому эти инструменты изготавливают из коррозионостойких и менее дефицитных, дешёвых сталей, обладающих наиболее высокими для данной конструкции технологическими свойствами. Это стали мартенситного класса марки 20Х13, мартенситно-ферритного класса - 12Х13, латуни с покрытием из хрома и никеля. Применяют также хромоникелевую сталь аустенитного класса 12Х18Н9Т, титан, можно использовать ферритные стали типа 1Х17.

Медицинские крючки изготовляют из нержавеющей стали 30Х13.

Материалом для изготовления зеркал служит нержавеющая сталь 12Х18Н9 или 20Х13Н4Г9.

Ранорасширители изготовляют из нержавеющей стали 30Х13.

Медицинские лопатки изготовляют из нержавеющей стали 30Х13.

Ретрактор изготовляют из нержавеющей стали.

Роторасширитель изготовляют из стали 30Х13.

Языкодержатель изготовляют из стали 30Х13.

Шпатель изготовляют из прочной нержавеющей стали.

Медицинский зонды изготовляют из металла, резины, полимеров. Изготовляют из латуни с никелевым покрытием или нержавеющей стали с хромоникелевым покрытием или нержавеющей стали марки ЭЯ-1. Материалом для изготовления эластичных катетеров обычно служат поливинилхлоридные пластики, фторопласт и другие полимерные материалы.

Медицинские канюли изготовляют из латуни Л62. Все детали канюли должны иметь никелевое или хромовое покрытие.

К стали, идущей на изготовление деталей инструментов, приспособлений и принадлежностей, за исключением пружин, не предъявляют каких-либо особых требований по механическим свойствам. Для этих целей применяют конструкционные стали - коррозионностойкие мартенситного класса 20Х13, мартенситно-ферритного - 12Х13, хромоникелевые стали аустенитного класса, в том числе автоматные. Для изготовления пружин необходимы стали, обеспечивающие высокое сопротивление малым пластическим деформациям (высокий предел упругости), повышенную коррозионную стойкость.

Микроинструменты, независимо от назначения, характеризуются малыми размерами рабочих частей. Главное требование, предъявляемое к сталям и сплавам для изготовления микроинструментов - обеспечение возможности формирования и сохранения в процессе изготовления тончайших рабочих частей. Вместе с этим сталь для изготовления микроинструментов должна быть высокопрочной и коррозионно-стойкой. Этого можно достичь при использовании дисперсионно-твердеющих нержавеющих сталей. упрочняющихся примерно при 500 °С, что уменьшает деформацию и глубину обезлегированного слоя при термоообработке. Наиболее рациональным является применение для этих целей высоколегированных коррозионно-стойких дисперсионно-твердеющих (мартенситно-стареющих) сталей. В ряде случаев используют также коррозионностойкие стали мартенситного класса - 20Х13, 30Х13 и аустенитного класса - 12Х18Н9Т.

Замена блестящих медицинских инструментов матовыми обусловлена необходимостью уменьшения световых бликов, утомляющих зрение врачей при длительных хирургических операциях. Матированная поверхность, обладая высоким классом чистоты, имеет низкий коэффициент отражения света. Для создания матированной поверхности применяются различные механические способы, химические и электрохимические, одной из разновидностей которых является нанесение специальных гальванических покрытий типа велюр-никель.

Основные показатели качества медицинских инструментов утверждены ГОСТом 22851-77. Медицинские инструменты должны отвечать следующим общим для всех инструментов требованиям:

— стойкость к внешним воздействиям;

— стойкость к предстерилизационной очистке, стерилизации и дезинфекции;

— стойкость к воздействию климатических факторов;

— чистота обработки поверхности (шероховатость);

— качество поверхности (забоины, вмятины и т. п.);

— степень блеска поверхности;

— безотказность и долговечность;

— эргономические и эстетические характеристики;

— стандартизация и унификация;

Помимо вышеперечисленных, устанавливаются и специфические показатели качества, зависящие от конструктивных особенностей медицинских инструментов (они приводятся в ТУ). Хирургические инструменты изготавливаются только по утвержденным МЗ каждой конкретной страны техническим условиям, которые являются основными документами, определяющими качество медицинских инструментов и их соответствие функциональному назначению.

Межгосударственный стандарт. ГОСТ 64 -1-72-80 "Покрытия металлические и неметаллические, неорганические и электрополирование изделий медицинской техники. Выбор. Область применения и свойства"

Умаров С. З. и др. Медицинское и фармацевтическое товароведение: Учебник - М.: ГЭОТАР - МЕД, 2004. - 368 с., с.204-206.

Федотов С.С. Медицинские инструменты: Методические указания к лабораторной работе. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 26 с.