Zpráva z přednášky odborného lektora Přednáška Dr. Ing. Luďka Dluhoše z firmy Timplant s.r.o. na téma Titan v medicíně. konaná dne 27. 11. 2012 od 10,45 12,15 hod. v místnosti RA311. Přednáška byla určena studentům 2. ročníky navazujícího magisterského studia studijního programu Materiálové inženýrství zahrnující obory Neželezné kovy a speciální slitiny, Recyklace materiálů, Technické materiály a Diagnostika a design materiálů v rámci předmětů Progresivní materiály a Speciální materiály. Přednáška byla také určena široké odborné veřejnosti. Ukázka z přednášky je uvedena níže. Přednáška obsahovala rovněž 30 min. videozáznam z výroby a aplikace titanových implantátů. Tato přenáška je realizována v rámci partnerství v projektu ModIn CZ.1.07/2.2.00/28.0304
TITAN V MEDICÍNĚ Tato přednáška je realizována v rámci partnerství v projektu ModIn CZ.1.07/2.2.00/28.0304 VŠB Technická univerzita OSTRAVA FMMI Dr. L. Dluhoš Timplant s.r.o. Titan Objeven roku 1791 anglickým chemikem Gregorem v minerálu ilmenitu (FeTiO3) a poprvé pojmenován roku 1795. Izolován byl až v 1910 Hunterem zahříváním chloridu titaničitého TiCl4 s kovovým sodíkem v ocelové tlakové bombě. Dnes se pro výrobu užívá tzv. Krollův proces. Nejprve se pyrolýzou ilmenitu nebo rutilu (TiO2) s uhlíkem a chlorem získává chlorid titaničitý TiCl4. Po přečištění se jeho páry redukují hořčíkem v inertní argonové atmosféře při teplotě kolem 800 C dle rovnice TiCl4 + 2 Mg = Ti + 2 MgCl2. V 50. a 60. letech 20. století byla výroba kovového titanu soustředěna prakticky pouze do Sovětského svazu. Zde byl postup jeho výroby přísně utajován a titan byl v probíhající Studené válce považován za jednu ze základních strategických surovin. Teprve později byl výrobní postup špionážně odhalen a předán do západní Evropy a USA. Titan je šedý až stříbřitě bílý, lehký a tvrdý kov. Je dobrým vodičem tepla i elektřiny. Vyznačuje se mimořádnou chemickou stálostí - je zcela netečný k působení vody a atmosférických plynů a odolává působení většiny běžných minerálních kyselin i roztoků alkalických li ký hydroxidů. Zvolna se rozpouští v horké HCl, naopak kyselina dusičná jeho povrch pasivuje. Pro jeho rozpouštění je nejúčinnější kyselina fluorovodíková HF nebo její směsi s jinými minerálními kyselinami. Díky své vysoké chemické netečnosti se titan v okolním prostředí nevyskytuje v takové formě, která by mohla být metabolizována živými organizmy. Není proto známo žádné zapojení titanu do enzymatických reakcí nebo jejich jiné biologické uplatnění-biokompatibilní, netoxický, nealergizující. 1
Titan Sedmý nejrozšířenější prvek na světě Elektronová konfigurace [Ar] 3d2 4s2 Skupenství Pevné Teplota tání 1668 C, 1941 K Teplota varu 3287 C, 3560 K Elektronegativita (Pauling)1,54 Tvrdost 60 6,0 Hustota 4.506 kg/m3 Youngův modul 116 GPa Tepelná vodivost(300 K) 21.9 W / (m K) přednáška je realizována v rámci partnerství v projektu ModIn CZ.1.07/2.2.00/28.0304 Tyčinka z krystalu titanu, čistoty 99,995%, vyrobena v URALREDMETu v Rusku v sovětské éře. Hmotnost 283g, délka 14 cm, průměr 2,5 cm 2
Kovový titan v medicíně zubní implantáty, distraktory, dlahy, miniplate, kolenní klouby, šrouby, endoprotézy,instrumen- t tarium, vrtáky, fixátory páteře atd. Kovový titan v medicíně 3
Úpravy povrchu implatátů Zvýšení členitosti povrchu plochy způsobuje vyšší přilnavost kostních buněk a tím rychlejší vhojení implantátu. Záleží na velikosti nerovností-výčnělků případně zrn materiálu. Pružnost titanu - implantát Autofix cpti Gr. 3 4
TiO 2 oxid titaničitý oxid titaničitý titanová běloba nejkvalitnější dostupný bílý pigment * pro nátěry a tiskové barvy * pro papír, plasty a keramiku * transparentní typy barev slouží jako UV filtry * při výrobě metalických laků pro automobily jako filtry UV * při výrobě laků na dřevo UV * při výrobě kosmetiky UV * piercingové ozdoby * zubní pasty Díky tomu, že prochází trávícím traktem nepozměněn, je používán i v potravinářském průmyslu k bělení mléka. Tato přednáška je realizována v rámci partnerství v projektu ModIn CZ.1.07/2.2.00/28.0304 Nanostrukturní titan-ntinti Objemový nanostrukturní titan s velmi jemným zrnem v rozměrech řádově 1 200 nm vyrobený SPD Severe Plastic Deformation, metodou ECAP CONFORM. Deformací se nemění chemické složení vstupního materiálu! 5
VÝZKUMNÝ NANOTÝM prof. Ing. Jiří Petruželka,CSc. Head of Institute of Metal Forming, VŠB Technical university of Ostrava, Czech Republic MUDr. Daniel HRUŠÁK,PhD. -Head of medical staf and Senior assistant: Department of Stomatology, University Hospital, Charles University Prague, Medical Faculty Pilsen, Czech Republic Jarmila SOCHOVÁ Timplant, assistent, final inspection, marketing, ISO Systems, Ostrava, Czech Republic Prof.Dr. Ruslan Z. Valiev Scientific Director of IPAM USATU, Russia Terry C. Lowe Chief executive officer, Metallicum Inc., USA (Kontinuální) ECAP CONFORM 6
(Kontinuální) ECAP CONFORM SPD HPT (High Pressure Torsion) 7
SPD Nanostructured titanium I. The first samples of nanostructured titanium were produced the first implants Material State UTS(MPa) YS(MPa) Elong(%) RA (%) Grade 2 TiECAP 4 passes + rolling 1030 845 12.0 51.0 Grade 4 TiECAP 4 passes + rolling 1143 864 15.4 47.44 Ultrafine grain Grade 2 commercial purity titanium: TEM of cross section Ultrafine grain Grade 4 commercial purity titanium: TEM of cross section Photo: TEM USATU 8
Nanostructured titanium II. The second delivery of 40 nti ø 8 mm rods improved UTS USATU Laboratory Report No. 6, Dec 10, 2006 Nanostrukturní titan V. Drát nti ø 5 mm, délka 300 mm, YTS=1250MPa 9
Vada materiálu spirálové rádiusové praskliny Etched surface nanoti & cpti Optical microscope / photo Timplant 10
Cytokompatibilita povrchu nanostrukturního titanu Cell attachement on nanomaterial (sample N4) in early phase 12h Cell layer on nanomaterial treated HF etching (sample N3) in early phase 24h Photos SEM:Institute of Physical Biology Cell line L929 11