Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea „Stiinta si Ingineria Materialelor”Domeniul „Stiinte Ingineresti Aplicate”Specializarea „Inginerie Medicala”

TitanProfesor Coordonator Conf. : Studenta: RAZVAN Anca BUCUR I. Mihaela

An de studiu: I Grupa: 1011 B

Bucuresti, 2012

Page 1 of 21

Titan

Istoric:Titanul a fost descoperit in 1791 de geologul amator și pastoral William Gregor.El a

recunoscut prezenţa unui nou element în ilmenit(un mineral de culoare cenușie-neagrǎ, un oxid de fier și titan, cu formula chimicǎ FeTiO3, compus în proporţie de 52.65% din TiO2 și rest de FeO. El se gasește în roci metamorfice și magmatice și cristalizeazǎ în sistem ramboendric. Ilmenitul este cel mai important minereu de titan.

În aceeași perioadǎ Franz- Joseph Muller von Reichenstein a produs o substanţǎ similarǎ, dar nu o putea identifica. Oxidul a fost apoi redescoperit în 1795 de chimistul german Martin Heinrich Klaproth în rutinul pe care îl avea în Ungaria. Martin Heinrich Klaproth a recunoscut acolo un nou element și l-a numit dupǎ Titanii din mitologia greacǎ. Dupǎ ce a auzit de descoperirea anterioarǎ a lui Gregor, a obţinut o monstrǎ de manaccanit și a confirmat cǎ ascesta conţinea titan.

Titanul metalic pur ( 99,9%) a fost prima datǎ preparat în 1910 de Matthew Hunter prin încǎlzirea TiCl4 cu sodiul într-o capsulǎ de oţel la 700-800oC prin procesul Hunter.Metalul nu a fost utilizat în afara laboratorului pânǎ în 1932, când William Justin Kroll a dovedit cǎ poate fi produs prin reducerea tetraclorurii de titan în prezenţa calciului. Opt ani mai târziu, el a perfecţionat procesul, folosind magneziu sau chiar sodiu în ceea ce a devenit cunoscut ca procesul Kroll. Deși cercetǎrile asupra unor procese mai eficiente și mai ieftine continuǎ (ex.FFC Cambridge), procesul Kroll este încǎ folosit pentru producșii comerciale.

Fig.1 O barǎ de cristal de titan produsǎ prin procesul iodurii

Titanul de puritate înaltǎ a fost fabricat în cantitǎţi mici când Anton Eduard van Arkel și Jan Hendrik de Boer au descoperit procesul iodurii sau barei de cristal,în 1925,prin reacţia cu iodul și descompunerea vaporilor formaţi deasupra unui filament fierbinte în metal pur.

În anii 1950 și 1960 Uniunea Sovieticǎ a fost pionerǎ în intrebuinţarea titanului în aplicaţii militare și submarine (clasa Alfa și clasa Mike) ca parte a programelor legate de Razboiul Rece.

Începând cu anii 1950 timpurii, metalul a debutat în scopuri militare aviatice,în particular avioane cu reacţii de înaltǎ performanţǎ,pornind de la aeronave precum F100 Super Sabre și Lockheed A-12.

Page 2 of 21

În S.U.A, Departamentul de Aparare a fost adus la cunoștinţǎ de importanţa strategicǎ a metalului și a sprijinit primele eforturi de comercializare a acestuia.Prin perioada Razboiului Rece,titanul a fost considerat un material strategic de cǎtre Guvernul S.U.A.,iar o mare înmagazinare de bureţi de titan a fost întreţinutǎ de Defense National Stockpile Center,care a fost epuizatǎ într-un final în 2005.Astazi,cel mai mare producator mondial,VSMPO-Avisma cu baza în Rusia este estimat a raspunde pentru 29% din cota pieţei mondiale.

În 2006,Agenţia de Aparare a Statelor Unite a acordat $5.7 milioane unei campanii de douǎ consorţii pentru a dezvolta un nou process de fabricare a titanului în formǎ de pudrǎ metalicǎ.Sub condiţii de cǎldurǎ și presiune,pudra poate fi folositǎ pentru a crea obiecte puternice și ușoare,ce variazǎ de la blindaj la componentele pentru aerospaţiu,transport și industriile de procesare chimicǎ.

Titanul este un element chimic cu simbolul Ti și numǎrul atomic 22.Are o densitate micǎ și este un metal de tranziţie dur,lucios și rezistent la coroziune,cu o culoare argintie.Titanul poate fi folosit în combinaţii cu fierul,vanadiul,molibdenul cu scopul de a produce aliaje puternice și ușoare pentru aerospaţiu (motor cu reacţie,proiectil sau nave spaţiale),uz militar,procese industriale (chimicale și petro-chimicale,hârtie),automobile,agro-alimentare,proteze medicale,implanturi ortopedice și pile dentare,implanturi dentare,bijuterii,telefoane mobile și alte aplicaţii).

Cel mai comun compus al sǎu,dioxidul de titan,este utilizat în fabricarea pigmenţilor albi.Alţi compuși include tetraclorura de titan (TiCl4 ,folositǎ în scrisul pe cer și ca un catalizator) și triclorura de titan (TiCl3 ,folositǎ ca un catalizator în procesul de fabricare apolipropilenei).

Douǎ dintre cele mai folositoare proprietǎţi ale metalului este rezistenţa la coroziune și raţia duritate-greutate cea mai mare dintre toate metalele.În stare purǎ,titanul este la fel de dur ca unele tipuri de oţel dar cu 45 mai ușor.Sunt douǎ forme alotropice și cinci izotopi naturali ai acestui element:de la 46Ti pânǎ la 50Ti, cu 48Ti fiind cel mai abundant (73,8%).Proprietǎţile titanului sunt similar chimic și fizic cu cele a zirconiului.

Caracteristici fizice:Titanul este un metal dur,cu densitate micǎ,care este destul de ductile,lucios și alb argintiu

în culoare.Temperatura relative ridicatǎ a punctului de topire (peste 16490C) îl face folositor ca material refractor.Tipurile comerciale de titan (cu puritate de 99,2%) au rezistenta de rupere la tracţiune maximǎ de 434 MPa,identicǎ cu cea a aliajelor de oţel de calitate slabǎ,dar sunt cu 45% mai ușoare.Titanul este cu 60% mai dens decat aluminiul,dar mai mult de douǎ ori mai rezistent decât aliajul de aluminiu 6061-T6,cel mai des folosit.Numite aliaje de titan (ex.Beta C)ajung la rezistenţa de rupere,la tracţiune de peste 1.400MPa.Totuși,metalul își pierde din duritate când este încǎlzit la temperature de 4300C (8060F).

Metalul este,din punct de vedere allotropic,dimorphic,cu forma hexagonalǎalfa schimbându-se la cea cubicǎ centratǎ beta la 8820C (1.619,60F).Cǎldura specific a formei alfa creșteconsiderabil cât timp este încǎlzitǎ la temperature aceasta de tranzacţie,dar apoi scade și rǎmâne constant pentru forma beta,indifferent de temperaturǎ.

Caracteristici chimice:

Page 3 of 21

Proprietatea chimicǎ a titanului este rezistenţa sa excelentǎ la coroziune;este aproape la fel de rezistent ca platina,capabil de a se împotrivi atacurilor cauzate de acizi sau clor dizolvat în apǎ,dar este solubil în acizi concentraţi.

În ciuda faptului cǎ diagram Pourbaix destinatǎ titanului aratǎ cǎ acesta este,din punct de vedere termodinamic,un metal foarte reactive,reacţiile sale cu apa și aerul sunt încete.

Fig.2 Diagrama Pourbaix pentru titan în apǎ,acid percloric sau hidroxid de sodiu

Titanul arde în aer când este încǎlzit la 1.2000C (2.1920F) și în oxigen pur la 6100C (1.1300F)sau mai mult ,formând dioxid de titan.Prin urmare,titanul nu poate fi topit în aer liber din cauzǎ cǎ arde înainte de a ajunge la punctual de topire,deci acest proces poate fi efectuat doar într-o atmosferǎ inertǎ sau în vid.Titanul este rezistent la acizii sulfuric și hidrocloric diluaţi,clor gazos,soluţii clorice și la majoritatea acizilor organic.Este paramagnetic (slab atras de magneţi) și are conductivitatea electric și termicǎ relative scǎzutǎ.

Compuși:Numǎrul de oxidare +4 dominǎ în chimia titanului,dar compușii din starea de oxidare +3

sunt comuni.Datoritǎ acestei valenţe mari, mulţi compuși ai titanului au o tendinţǎ mare spre legǎturi covalente.

Safirele și rubinele își preocupǎ proprietatea de asterism de la impuritǎţile de dioxid de titan.Din aceastǎ substanţǎ sunt fǎcuţi și titanaţii.Titaniul de bariu are proprietǎţi

Page 4 of 21

piezoelectrice,astfel fiind posibil uzul sǎu ca traducǎtor în interconversia sunetului și electricitǎţii.Esterii titanului sunt formaţi prin reacţia alcoolilor cu tetraclorura de titan și sunt folosiţi ca material impermeabile.

Azotura de titan (TiN) este des folosit pentru a acoperi instrumente de tǎiere,precum burghiile.

Fig.3 Burghiu acoperit cu un strat de Titan

Tetraclorura de titan este un lichid incolor care este folosit ca intermediar în prelucrarea dioxidului de titan pentru vopsea.Titanul formeazǎ de asemenea și o clorurǎ cu valenţa mai micǎ,anume triclorurǎ de titan,care este utilizatǎ ca agent reducǎtor.

Abundenţǎ:Titanul este întotdeauna legat de alte elemente în natură. Este al nouălea cel mai abundent

element din scoarța terestră (0,63% după masă) și al șaptelea dintre metale. Este prezent în majoritatea rocilor vulcanice și în cele sedimentare derivate din ele, precum și în vietăți sau în acumulările naturale de apă. De fapt, din cele 801 tipuri de roci vulcanice analizate de United States Geological Survey, 784 conțineau titan.Proporția în care se găsește prin soluri este aproximativ de la 0,5% la 1,5%.Titanul este larg distribuit și se găsește natural mai ales în mineralele anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil, titanit, dar și în multe minereuri de fier.Dintre acestea, doar rutilul și ilmenitul au importanță economică, cu toate că găsirea lor în concentrații mari este dificilă. Cantități considerabile de ilmenit cu titan se găsesc în Australia de vest, Canada, China, India, Noua Zeelandă, Norvegia și Ucraina.Câtimi mari de rutil sunt extrase din America de Nord și Africa de Sud și contribuie la producția anuală de 90,000 tone de metal și 4,3 milioane tone de dioxid de titan.Rezervele totale de titan au fost estimate a depăși 600 milioane tone.

Meteoriții pot conține acest element, care a fost detectat în soare și în stelele de tip M,cel mai rece tip de stea, cu o temperatură de suprafață de 3.200 °C (5.792 °F).Rocile aduse înapoi de

Page 5 of 21

pe lună în timpul misiunii Apollo 17 sunt compuse în procent de 12,1% din TiO2.Titaniul se mai poate găsi în cenușa cărbunilor, plante sau chiar corpul uman.

Producător Mii de tone  % din total

Australia 1291.0 30.6

Africa de Sud 850.0 20.1

Canada 767.0 18.2

Norvegia 382.9 9.1

Ucraina 357.0 8.5

Alte ţări 573.1 13.6

Total planetă 4221.0 100.0

Izotopi:Titanul natural este compus din cinci izotopi stabili: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti şi 50Ti,

cu 48Ti fiind cel mai abundent (73,8% abundenţă naturală). Au fost sintetizaţi artificial unsprezece radioizotopi, cei mai stabili fiind 44Ti cu un timp de înjumătăţire de 63 de ani, 45Ti cu timpul de înjumătăţire de 184,8 minute, 51Ti cu 5,76 minute şi 52Ti cu 1,7 minute. Ceilalţi radioizotopi îl au mai puţin de 33 de secunde, iar majoritatea sunt mai mici decât jumate de secundă.

Izotopii titanului variază în masă atomică, de la 39,9 u (40Ti) la 57,966 u (58Ti). Modul primar de dezintegrare înainte de cel mai abundent izotop stabil, 48Ti, este captura de electroni, iar modul primar de după acesta este radiaţia beta.

Page 6 of 21

Principalele produse de dezintegrare dinainte de 48Ti sunt izotopii elementului 21, iar de după sunt izotopii elementului 23.

simbol

Z(p) N(n) 

masa izotopului(u) 

timp de înjumătăţire spinnuclear

compoziţieizotopică

reprezentativă(fracţiune molară)

energia de excitare

a izotopului38Ti 22 16 38,00977(27)# <120 ns 0+

39Ti 22 17 39,00161(22)# 31(4) ms [31(+6-4) ms] 3/2+#

40Ti 22 18 39,99050(17) 53,3(15) ms 0+41Ti 22 19 40,98315(11)# 80,4(9) ms 3/2+42Ti 22 20 41,973031(6) 199(6) ms 0+43Ti 22 21 42,968522(7) 509(5) ms 7/2-

43m1

Ti 313,0(10) keV 12,6(6) µs (3/2+)

43m2

Ti 3066,4(10) keV 560(6) ns (19/2-)

44Ti 22 22 43,9596901(8) 60,0(11) a 0+45Ti 22 23 44,9581256(11) 184,8(5) min 7/2-46Ti 22 24 45,9526316(9) STABIL 0+ 0.0825(3)47Ti 22 25 46,9517631(9) STABIL 5/2- 0.0744(2)48Ti 22 26 47,9479463(9) STABIL 0+ 0.7372(3)49Ti 22 27 48,9478700(9) STABIL 7/2- 0.0541(2)50Ti 22 28 49,9447912(9) STABIL 0+ 0.0518(2)51Ti 22 29 50,946615(1) 5,76(1) min 3/2-52Ti 22 30 51,946897(8) 1,7(1) min 0+53Ti 22 31 52,94973(11) 32,7(9) s (3/2)-54Ti 22 32 53,95105(13) 1,5(4) s 0+55Ti 22 33 54,95527(16) 490(90) ms 3/2-#56Ti 22 34 55,95820(21) 164(24) ms 0+57Ti 22 35 56,96399(49) 60(16) ms 5/2-#58Ti 22 36 57,96697(75)# 54(7) ms 0+

Page 7 of 21

59Ti 22 37 58,97293(75)# 30(3) ms (5/2-)#60Ti 22 38 59,97676(86)# 22(2) ms 0+61Ti 22 39 60,98320(97)# 10# ms [>300 ns] 1/2-#62Ti 22 40 61,98749(97)# 10# ms 0+63Ti 22 41 62,99442(107)# 3# ms 1/2-#

Producţie şi fabricaţie. AplicaţiiPigmenţi, aditivi şi tencuieliAerospaţiale şi marineIndustrialeDe consum şi de arhitecturăMedicale

Aspecte de securitate şi sănătate

Urzica poate conţine până la 80 de părţi per milion de titan.

Titanul este non-toxic chiar şi în cantităţi mari şi nu poartă niciun rol natural în corpul uman. O masă estimată de 0,8 miligrame de titan este ingerată de oameni în fiecare zi, dar majoritatea trece prin organism fără a fi absorbit. Are, totuşi, o tendinţă de a se bio-acumula în ţesuturile ce conţin dioxid de siliciu. Un sistem necunoscut în plante s-ar putea să folosească metalul pentru a stimula producţia carbohidraţilor şi încurajarea creşterii. Acest fapt ar putea explica de ce majoritatea plantelor au o parte per milion (ppm) de titan, plantele alimentare au 2 ppm, iar coada calului şi urzica au până la 80 ppm.

Ca pudră sau în formă de pilitură metalică, titanul reprezintă un risc semnificativ de incendiu şi, dacă este încălzit în aer, un risc de explozie. Metodele pe bază de apă şi dioxid de carbon pentru stingerea focurilor sunt ineficiente asupra titanului arzând; agenţi pentru combaterea focului de tip D sub formă de pudră anhidră trebuiesc folosiţi în schimb.

Page 8 of 21

Când este folosit în fabricarea sau manipularea clorului, trebuie luate măsuri de precauţie pentru uzul titanului doar în locurile unde nu va fi expus clorului gazos anhidru, din care poate rezulta un foc de titan/clor. Există risc de incendiu chiar şi când este întrebuinţat în clorul hidratat din cauza uscării neaşteptate a gazului, determinată de condiţiile climaterice extreme.

Titanul poate lua foc când o suprafaţă proaspătă, ne-oxidată intră în contact cu oxigen lichid. Aceste suprafeţe pot apărea în cazul în care cele oxidate sunt lovite cu un obiect greu, sau atunci când o tensiune mecanică cauzează apariţia unei crăpături. Aceasta reprezintă o posibilă limitare în utilizarea titanului în sistemele de oxigen lichid, cum ar fi cele găsite în industria aerospaţială.

Page 9 of 21

Page 10 of 21

Titan

Scandiu ← Titan → Vanadiu

—  

22Ti 

                                                                                                                                                                                                                                

Ti

Zr

Tabelul complet • Tabelul extins Informaţii generale

Nume, Simbol, Număr Titan, Ti, 22

Serie chimică metale de tranziţie

Grupă, Perioadă, Bloc 4, 4, d

Densitate 4507 kg/m³

Culoare alb argintiu

Număr CAS 7440-32-6

Număr EINECS 231-142-3

Proprietăţi atomice

Masă atomică 47,867 u

Rază atomică 140 (176) pm

Rază de covalenţă 136 pm

Rază van der Waals ?

Configuraţie electronică [Ar] 3d2 4s2

Electroni pe nivelul de energie 2, 8, 10, 2

Număr de oxidare 4, 3, 2, 1[1]

Oxid amfoter

Structură cristalină hexagonală

Proprietăţi fizice

Fază ordinară solid

Punct de topire 1667,9 °C ; 1941 K

Punct de fierbere 3286,9 °C ; 3560 K

Energie de fuziune 15,45 kJ/mol

Energie de evaporare 421 kJ/mol

Volum molar 10,64×10-6 m³/kmol

Presiune de vapori 0,49 Pa la 1 659,9 °C

Viteza sunetului 5990 m/s la 20 °C

Informaţii diverse

Electronegativitate (Pauling) 1,54

Căldură specifică 520 J/(kg·K)

[1, 2]Primele incercǎri ale titanului în implanturile medicale dateazǎ din anii

1930.Greutatea ușoarǎ (4,5 g/cm3) precum și proprietǎţile mecano-chimice foarte bune ale titanului,fac din acesta un material foarte utilizat în cazul implanturilor ortopedice.Existǎ patru categorii de titanfolosite în aplicaţiile medicale.Deosebirile dintre ele sunt date de impuritǎţile ca:oxigen,fier și nitrogen.În particular,oxigenul are o bunǎ influenţǎ în cazul ductibilitǎţii și rezistenţei mecanice.Pe lângǎ componentele prezentate mai sus se mai folosesc și alte componente ca:hidrogenul șicarbonul(0,015% și respectiv0,1%).De asemenea titanul are o rezistenţǎ foarte mare la coroziune,datoritǎ formǎrii unui strat de oxid de titan (TiO2)pe suprafaţa acestuia.Aceast peliculǎ produce grǎbirea procesului de osteointegrare,process prin care ţesutul osos aderǎ la suprafaţa implantului fǎrǎ apariţia inflamaţiei cornice.

Dezavantajele titanului include o rezistenţǎ la forfecare relative micǎ,rezistenţǎ micǎ la uzurǎ și la dificultǎţi în procesul de fabricaţie.

Aliajele pe bazǎ de titan și nichel au o capacitate neobișnuitǎ și anume,dacǎ sunt deformate sub temperatura de transformare polimorfǎ,acestea revin la forma iniţialǎ odatǎ cu creșterea temperaturii.Unul dintre cele mai cunoscute aliaje pe bazǎ de titan și nichel este aliajul Nitinol-55, care are în compoziţia sa urmǎtoarele elemente:Ni și Ti în proporţie de 50-55% precum și Co,Cr,Mn și Fe.Acest tip de aliaj expune o serie de proprietǎţi de calitate cum ar fi o bunǎ ductibilitate la temperaturǎ joasǎ, o bunǎ biocompatibilitate, rezistenţǎ la coroziune, rezistenţǎ la încǎrcare mecanicǎ precum și proprietatea de conversie a energiei calorice în energie mecanicǎ.Se folosește în stomatologie (implanturi dentare), chirurgie neconstructivǎ (plǎci craniene), chirurgie cardiac (inimǎ artificial) și ortopedier (scoabe și șuruburi de fixare a fracturilor).

Aliaje biomedicale de titan sunt – Ti-Al-V, Ti-Al-Mo, Ti-Al-Cr, Ti-Al-Cr-Co. Materialele utilizate în implantologie sunt evaluate din doua puncte de

vedere:  fizico-mecanice, si biologic. din punct de vedere  fizico-mecanice:

1.       punct de topire – 1600 °C- sterilizare ultra rapida la 300°C.

2.       rezistenta, rigiditate -implantele, frezele de titan sunt fabricate dintr-o singurǎ barǎ prin prelucrare mecanicǎ, ceea ce îi conferǎ rezistenţǎ maximǎ. Implantele, frezele nu se deformeazǎ la aplicarea forţelor de montare, frezare, sau biomecanica masticaţiei, chiar implante subţiri suportǎ sarcini mari. Rezistenta Ti este comparabilǎ cu a oţelului inoxidabil. Duritatea este mult mai mare ca a osului cortical si a dentinei. Este maleabil, ceea ce-l face rezistent la solicitarile de soc.

Page 11 of 21

3.       efect catodic - Ti acţioneazǎ ca un catod, atrǎgînd ionii de calciu în jurul lui, favorizând apariţia nucleilor de hidroxiapatita.

4.       ph  neutru –7- al oxidului de Ti.5.       conductibilitate termicǎ - scazutǎ.6.       rezistenţǎ electricǎ – crescutǎ.7.       greutate, densitate – micǎ.Ti se situeazǎ între metalele

grele și usoare, mai aproape de cele ușoare, astfel greutatea exercitatǎ de implant asupra celulelor din jur este redusǎ.

din punct de vedere biologic – al reacţiei ţesuturilor la Ti: 1.         rezistenţǎ la coroziune -Ti este un material  reactiv – în apǎ,

aer, sau orice alt electrolit se acoperǎ spontan cu un strat de oxid de titan. Acest oxid este unul dintre cele mai rezistente minerale cunoscute formând o peliculǎ densǎ, compactǎ, stabilǎ, insolubilǎ și care protejând  Ti de atacul chimic, inclusiv de cel agresiv  produs de  lichidele  organismului. Oxidul îi conferǎ rezistenţǎ la coroziune.

2.         amagnetismul -Ti nu are efect magnetic, nu produce câmp magnetic care sǎ perturbe activitatea celulelor din jur.

3.         activitate regeneratoare, terapeuticǎ-calitati cicatrizante ale oxidului de Ti, fiind utilizat în tratamente dermatologice.

4.         compatibilitate biologicǎ -oxizii de la suprafaţa implantului fiind foarte aderenţi  și insolubili  împiedicǎ eliberarea și contactul direct dintre ioni metalici potenţiali nocivi și ţesuturi.

Aportul  zilnic de Ti este important 40% din cantitatea ingeratǎ zilnic, care este de 300 g și este metabolizatǎ. Cantitatea de Ti rezultatǎ din oxidarea unui implant inserat în os este de 10.000 ori mai micǎ decât cea metabolizatǎ. Astfel prezenţa unui implant de Ti este irelevantǎ faţǎ de cantitatea totalǎ de Ti din  organism; nu se  manifestǎ reacţii sistemice, alergii, depuneri în organe. S-au demonstrat numai impregnǎri inter-, intra-celulare, în urma frezǎrii,dar farǎ afectarea funcţiilor celulelor.

5.         osteointegrarea-între implantul de Ti și osul înconjurator se stabilește o legaturǎ solidǎ prin creșterea osului pe suprafaţa rugoasǎ a metalului și legarea de acesta, realizând o ancorare anchilozantǎ, mecanicǎ, rigidǎ , stabilizând implantul endo-osos.

Dupǎ unii autori aceastǎ ancorare anchilozantǎ este echivalentǎ cu OSTEOINTEGRAREA.

BRANEMARK demonstreazǎ ca stratul de oxid de Ti care acoperǎ  implantul stabilește o legaturǎ bivalentǎ   la nivel molecular cu elementele ţesutului osos.

Din punct de vedere histologic osteointegrarea se materializeazǎ prin prezenţa osului regenerat în imediata apropiere a suprafeţei metalului.

Page 12 of 21

Studii a structurii de contact implant-os, a interfeţei os-implant, s-au efectuat cu ajutorul razelor X, a micrografiei scanate, evidenţiind osul lamelar cu lacunele sale caracteristice penetrând în suprafaţa poroasǎ a plasmei de Ti, osul apropiindu-se la mai putin de 0,5 m de suprafaţa metalului, spaţiu prea mic pentru prezenţa oricarui ţesut organizat între os și metal.

Interfaţa os-implant fiind o interfaţǎ difuzǎ.Pentru a obţine o suprafaţǎ aspra implantului cu o putere mai mare de

ancorare în os se recurge la acoperirea cu plasmǎ.Se realizeazǎ cu ajutorul unui gaz inert în arc voltaic la temperatura foarte mare rezultând plasma și materialul de acoperire -Ti hibrid, care se proiecteazǎ pe suprafaţa implantului. Rezultatul este apariţia unui strat de 20-30 m grosime și 15 m rugozitate care realizeazǎ o suprafaţǎ asprǎ cu forme rotunde, înalt poroase, având o suprafaţǎ efectivǎ de 12 ori mai mare ca a unui implant.

Ti-hibrid de acoperire la fel ca și Ti, în contact cu aerul, apa, sau orice alt electrolit, formeazǎ oxizi de Ti care îi conferǎ aceleași proprietǎţi de compatibilitate chimicǎ, biologicǎ ca unui implant de Ti solid.

Dupǎ unii cercetatori legǎtura dintre înveliș și implant nu este suficient de puternicǎ pentru a se opune forţelor de tensiune apǎrute între implant și os, ducând la ruperea acesteia. Dupǎ alţi cercetatori eventuala fracturǎ a implantului se produce înaintea separrii învelișului de plasma de implant .

CONCLUZIE -ca urmare a calitǎţilor pe care le are, Ti conferǎ  compatibilitate perfectǎ, osteogenezǎ corectǎ și  viabilitate în timp implantelor.

Produsele de coroziune ale titanului. Titanul se desface sub formã de ioni trivalenţi,care se leagǎ imediat cu

moleculele organice formând noi complexe metalice foarte stabile, concentrându-se în special la locul de implantare. La distanţã titanul se regǎsește în splinǎ și plǎmâni, fiind absent în ficat și rinichi. Nu s-au descris pânǎ acum proprietãţi alergice ale titanului dar, în mod sigur, formeazǎ cu proteinele complexe metalice foarte stabile. În prezenţa metalelor curente titanul induce o reacţie de hipersensibilitate, fapt care impune folosirea lui sub formã purã, fãrã prezenţa altor metale curente în vecinãtate.

Rãspunsul ţesutului moale la titan. Pe termen scurt de 6 luni, titanul introdus în masa muscularã este bine tolerat

cu apariţia clasicei capsule fibroase de grosime variabilã,asemãnãtoare celei ce apare la oţelul inoxidabil. Titanul se poate acumula în ţesuturile din jur sub 2 forme:

Particule de tip A, negative la reacţia Perl; Particule de tip B, pozitive la reacţia Perl.

Ţesutul înconjurãtor va conţine deci zone de necrozã și particule de titan incluse în ţesutul fibros sau în cel de granulaţie. Particulele de tip B se regãsesc în

Page 13 of 21

incluziunile citoplasmatice, macrofage și fibrocite,care sunt vii viabile fãrã apariţia reacţiilor inflamatorii.

Rãspunsul þesutului osos la implantul din titan.Studiul ultrastructurii interfeţei os-implant, la microscopul electronic cu

baleaj, au evidenţiat trei zone distincte, astfel: Zona glicoproteicã în contact direct cu osul și suprafaţa implantului; Zona de fibrile de colagen dezordonate și calcificate, Zona de fibre de colagen ordonate și calcificate.

Aceste zone încep dinspre implant spre os iar grosimea lor este dependentã de biocompatibilitatea biomaterialului.

Stratul de proteine este compus din glicoproteine asociate la o reţea de acid hialuronic care reprezintã lichidul biologic ce solidarizeazã fibrele și celulele între ele. Acest strat proteic este în contact cu implantul și are o grosime variabilã de 200-400 A. Dacã la titan și la ceramicele de aluminiu și zirconiu acest strat se micșoreazã în paralel cu remodelarea osoasã fiziologicã în strânsã legãturã cu încãrcarea proteticã gradualã, la restul acesta se mãrește fibrozându-se. Deci stratul proteoglicanic din ce în ce mai mic este un indiciu al osteoacceptãrii implantului în os.

Stratul 2 din fibre colagene dezordonate formeazã o reţea tridimensionalã periimplantarã ce aderã de stratul proteoglicanic de la suprafaţa implantului

Al 3-lea strat din fibre colagene ordonate și calcificate se aflã la o distanţã de 1000-2000 A de suprafaţa implantului.

CONCLUZIEPutem spune cã:

Titanul și ceramicele sunt materialele de elecţie în implantologie, titanul fiind utilizat ca biomaterial de peste 30 de ani cu rezultate foarte bune dovedite atât experimental cât și clinic, datoritã proprietãţilor lui, reprezentate de: amagnetism, imunitate biologicã, acţiune terapeuticã, rezistenţã,omogenitate și puritate, greutate specificã micã.

Un material este biocompatibil dacã la nivelul unui organism viu produce doar reacţii dorite sau tolerate sau nu produce reacţii tisulare nedorite.

Titanul si aliajele acestuia sunt folosite la ralizarea implanturilor ortopedice si dentare datorita faptului ca proprietatile mecanice ale acestuia sunt asemanatoare cu cele ale tesutului osos.

Cateva exemple de implanturi:

Page 14 of 21

Plăcuţe cu memoria formeiPlacuţele cu memoria formei sunt utilizate acolo unde nu se poate aplica un

mulaj pe zona înconjuratoare, spre exemplu, zona facială, nas, maxilar, zona ochilor. Acestea sunt plasate pe fractură şi sunt fixate cu şuruburi, păstrând alinierea originală a oaselor şi permiţând regenerarea celulară. Datorită efectului de memorie a formei, când sunt încălzite, aceste plăcuţe tind să-şi reia forma iniţială, exercitând o forţă constantă care asigură unirea fragmentelor fracturii, ajutând în procesul de recuperare.

Spatiatorul pentru vertebra spinală

Tija Harrington

Tijele Harrington confecţionate din Ni-Ti au construcţia mult simplificată faţă de aparatele clasice, cu cârlige din oţel care se ataşează de coloana vertebrală de cele doua părţi ale curburii scoliotice. În plus, tijele clasice se relaxează treptat, atât în timpul operaţiei cât şi ulterior, astfel încât, dupa 10-15 zile forţa de întindere a coloanei vertebrale scade la cca. 30 % din valoarea iniţială, ceea ce impune, în general, efectuarea celei de-a doua operaţii. La tijele din Ni-Ti, cu AF ≈ 430C, dupa perioada de relaxare se aplică o încălzire externă, ceea ce determină revenirea la lungimea iniţială, în urma unei alungiri de aproximativ 1 cm, restabilindu-se forţa corectă de întindere a vertebrelor.

Page 15 of 21

Placute de inox sau Titan - element suport pentru cuplarea fragmentelor osoase

Pseudartroza diafizei radiale drepte dupa osteosinteza cu sarma (degradare) intr-

o fractura– luxatie Galeazzi.

Folosirea sarmei sau a cercurilor pentru cuplarea fragmentelor osoase este simpla, insa aplicabila pentru cazul fractura – luxatie Galeazzi. Se intalnelnesc:

Sutura osoasa- in fracturile oaselor late (spata, bazin). Se practica orificii in osul respectiv, prin ele se trece o sarma. Cerclaj (incercuirea) - in fracturile diafizare

in cioc de clarinet. Trebuie sa ramana o metoda de exceptie si numai pentru fracturile oblice lungi si spiroide si in lipsa unui mijloc de osteosinteza mai

adecvat

Fixarea cu suruburi ortopedice Surub cortical Surub de spongie

Page 16 of 21

Utilizarea de scoabe in osteosinteza

Fixarea cu placi cu suruburi de osteosinteza

Utilizarea de scoabe, agrafe, suruburi sau placi cu suruburi de osteosinteza. Aceste tehnici sunt utilizate mai ales pentru cazul oaselor din vecinatatea articulatiilor

Insurubarea - pasul surubulului este foarte mic pentru oase compacte, pas mare pentru os spongios (epifize).

Scoabele sau agrafele se utilizeaza fie pentru fixarea fragmentelor de fractur, fie pentru fixarea fragmentelor de osteotomie ale oaselor mici. Realizeaza o fixare si o stabilizare relativa a fragmentelor osoase şi impiedică şi actiunea forţelor de compactare, cauzand intarzierea consolidării osoase şi apariţia de pseudartroze.

Placile. Placa cu şuruburi este folosită pentru o mai bună compactare a marginilor fracturare prin o mai bună stabilitate a fracturii, permiţând astfel vindecarea primară a fracturii prin formarea unui calus osos minim şi conferind o rezistenţă crescută. Stabilitatea ansamblului implant-os este îmbunătăţită prin rezistenţa sporită la forţele de îndoire de la nivelul focarului de fractură şi forţele de torsiune aplicate pe placă sunt reduse prin fricţiunea dintre marginile fracturare,

Page 17 of 21

crescând durata de folosire a plăcii. Plăcile insa necesită o lungime suficienta si obligatorie si intervenţia chirurgicală pentru montarea implantului metalic necesita incizii mari cu distrugeri mari de ţesuturi, cu pierderi mari de sânge, cu expunere mare a ţesuturilor, ceea ce determină creşterea riscului infecţiilor, cu riscuri mari in propagarea lor la os (infecţiile osoase sunt nevindecabile) şi cu obţinerea unor cicatrici inestetice.

Fixarea cu lama-placa si Lama placa Placa - cui cui-placa Cui-placa si lama-placa Sunt folosite mai ales in cazul osteotomiilor

femurale de varizare si derotare. Se realizeaza in regiunea sub sau inter-trohanteriana.

Prezintă aceleaşi inconveniente ca şi placa cu suruburi, in plus este foarte laborioasă realizarea implantării cu aceste materiale, fapt care conduce la prelungirea timpului de expunere a plăgii la mediul inconjurător, conducând la cresterea riscului de infecţii, la delabrări mari tisulare si la pierderi mari de sânge. Procentul de pseudartroze şi deteriorări ale montajului inainte de consolidarea fracturii este foarte mare.

Tija centromedularǎ

Page 18 of 21

Tija centromedulara. Se recomanda pentru cazurile fracturilor cominutive, fracturile treimii proximale sau a celei distale, pentru fixarea fracturilor diafizare ale oaselor lungi (femur, tibie, humerus) fapt care le limitează utilizarea. Realizează o axare bună, dar compactarea este destul de precară. In momentul blocării acestor tije prin trecerea unui şurub proximal şi a unuia distal transversal prin os si tija, rezultă o anulare a forţelor de compactare si, deci, intarzierea consolidării, cu apariţia pseudartrozei.

Brosele Steinmann , Brose Hansson , Brose percutante, Brose Knowles Brose centromodulara Acestea sunt dispozitive folosite pentru fixarea endosoasa, in cazul in care

alte modalitati de stabilizare a fracturii sunt dificil de executat. Variantele de brose au aplicatii in cazul fracturilor de col femural (Brose

Steinmann si Knowles), fracturi are umarului (brose Hansson)si ale gatului (brosele cu autoinfiletare)

Fixatoare externe Fixatoare externe Se recomanda pentru fracturile deschise cu distrugere masiva a tesutului,

asigurand o fixare instantanee a oaselor traumatizate, Este de multe ori Solutia unica in tratarea oaselor cu deficient sa zonelor traumatizate infectate.

Implanturi medicale:

Page 19 of 21

Page 20 of 21

Consideram ca ortopedia va deveni in viitor cea mai importanta sursa de venituri dintre toate ramurile medicale, sub influenta exploziei demografice, a dezvoltarii tehnologice accelerate si a globalizarii.Desi alte sectoare medicale precum cel al aparatelor pentru tratarea bolilor cardiovasculare, a cancerului sau cel biomedical au fost mai lucrative in trecut, ceea ce Asociatia Americana de Chirurgie Ortopedica (AACO) numeste „decada ortopediei” confera cele mai mari oportunitati de obtinere a profitului din domeniul ocrotirii sanatatii. [3]

Bibliografie:1. Edith Beral & Mihai Zapan - Chimie anorganică, Editura tehnică,

București, 1977. 2. Istoria generală a științei, vol. IV, Editura științifică și enciclopedică,

București, 19763. Sursa:internet

Page 21 of 21