Wie man Metalle in biomedizinischen Anwendungen einsetzt

Einführung

Metalle sind ein zentraler Bestandteil von biomedizinischen Geräten. Aufgrund ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und Biokompatibilität sind sie für viele Anwendungen geeignet. Wir werden einige gängige Metalle vorstellen, ihre Struktur und Eigenschaften beschreiben und über Anwendungen in biomedizinischen Geräten sprechen.

Gängige Metalle für biomedizinische Geräte

Hier finden Sie einen kurzen Überblick über die gängigen Metalle, die in biomedizinischen Geräten verwendet werden.

Struktur und Eigenschaften von Metallen

Die Zusammensetzung eines Metalls bestimmt, wie es sich verhält. Die meisten Metalle haben eine kristalline Struktur, die bestimmt, wie hart, zäh und widerstandsfähig sie sein werden. Rostfreier Stahl, der aus Eisen, Chrom und Nickel besteht, ist aufgrund seiner Kornstruktur geeignet. Titan hat bei Raumtemperatur eine hexagonale, dicht gepackte Struktur und weist eine Streckgrenze von 780-1100 MPa auf, während Kobalt-Chrom-Legierungen über 1200 MPa erreichen können - ideal für belastbare Anwendungen wie Implantate.

Korrosionsbeständigkeit ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Inneren des Körpers. Titan bildet eine stabile Oxidschicht, die Schutz vor salzhaltigen Flüssigkeiten bietet, und nichtrostender Stahl beruht auf einer passiven Chromschicht. Oberflächenbehandlungen wie Passivierung und Eloxierung erhöhen ebenfalls die Haltbarkeit.

Auch die Härte ist von Bedeutung. Kobalt-Chrom-Legierungen sind langlebig, verschleißfest und haben eine geringe Reibung, während Titan sich durch eine hohe Biokompatibilität und eine extrem niedrige Rate an allergischen Reaktionen auszeichnet. Die Wahl des Metalls hängt vom Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Stabilität und der Reaktion des Körpers ab.

Biomedizinische Anwendungen von Metallen

Metalle spielen eine wichtige Rolle in temporären und auch in permanenten medizinischen Geräten. Orthopädische Geräte, einschließlich Gelenkersatz und Knochenimplantate, werden aufgrund ihrer Festigkeit und Biokompatibilität aus Kobalt-Chrom-Legierungen und Titan hergestellt. Auch bei Zahnimplantaten wird häufig Titan verwendet, da es sich durch Osseointegration auf natürliche Weise mit dem Knochen verbindet.

Edelstahl- und Kobalt-Chrom-Legierungen werden in der Kardiologie für Stents und Herzklappen verwendet, da sie eine dauerhafte Belastbarkeit auf lange Sicht gewährleisten. Platingruppenmetalle eignen sich aufgrund ihrer chemischen Stabilität am besten für Elektroden von Herzschrittmachern und Neurostimulatoren.

Metalle machen auch Diagnosemaschinen möglich - MRT-Geräte sind auf sehr präzise Metallkomponenten angewiesen, und dünne Metallfilme werden von mikroskopisch kleinen Implantaten zum Messen verwendet. Die Auswahl der Metalle erfolgt auf der Grundlage von Struktur, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, und durch weitere Untersuchungen werden die Legierungen für noch sicherere und einheitlichere Implantate verbessert.

Schlussfolgerung

Die besten Metalle wurden für bestimmte Verwendungszwecke identifiziert, z. B. Edelstahl, Titan, Kobalt-Chrom und Platingruppenmetalle. Ihre Struktur und Eigenschaften entscheiden über den Erfolg von biomedizinischen Geräten. Metallimplantate, Zahnprothesen, Herzklappen und Stents sind nur einige Beispiele.

Häufig gestellte Fragen

F: Welches Metall ist für Zahnimplantate am besten geeignet?
F: Titan wird aufgrund seiner Festigkeit und hervorragenden Biokompatibilität häufig für Zahnimplantate bevorzugt.

F: Wie sind Metalle im Körper korrosionsbeständig?
F: Metalle bilden schützende Oxidschichten oder passive Filme, die in Körperflüssigkeiten korrosionsbeständig sind.

F: Sind Kobalt-Chrom-Legierungen für Gelenkersatz zuverlässig?
F: Ja, Kobalt-Chrom-Legierungen bieten eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit und sind daher ideal für Gelenkersatz.