Mohou slitiny na bázi niklu-nahradit slitiny titanu pro výrobu lékařských zařízení?
Scénáře, kde je možná částečná substituce
Odolnost proti korozi v extrémních médiích
Slitiny na -niklové bázi vykazují vynikající odolnost vůči silným kyselinám, zásadám a roztokům obsahujícím chlorid-, která je lepší než u běžných slitin titanu (např. Ti-6Al-4V). Jsou vhodné pro výrobu součástí zdravotnické techniky jako napřsterilizátory chirurgických nástrojů, dialyzační přístroje a chemické analyzátory, kde vydrží dlouhodobou-erozi sterilizačními prostředky (např. etylenoxid, peroxid vodíku) a simulátory tělních tekutin.
Vysoká pevnost a odolnost proti opotřebení
Některé slitiny na bázi niklu- mají vyšší pevnost v tahu a odolnost proti opotřebení než slitiny titanu. Například MP35N (slitina kobaltu-nikl-chrom-molybdenu) má mimořádně-vysokou pevnost a odolnost proti únavě, takže je ideálním materiálem proortopedické chirurgické nástroje, zubní vrtáky a vodicí dráty, které mohou nahradit součásti ze slitiny titanu, které jsou náchylné k opotřebení při-dlouhodobém používání.
Scénáře, kdy substituce není doporučena nebo není možná
Rizika biokompatibility
Většina slitin na bázi niklu-obsahuje vysoký podíl prvků niklu (10 %–70 %). Ionty niklu se mohou v lidském těle vyluhovat, spouštět alergické reakce asi u 10–20 % populace a v těžkých případech mohou dokonce vyvolat zánět nebo nekrózu tkáně. Naproti tomu slitiny titanu mají extrémně nízké rychlosti uvolňování iontů, dobrou histokompatibilitu a mohou na povrchu tvořit stabilní oxidový film, který lze dobře integrovat s lidskými kostmi (osseointegrace). Slitiny na bázi niklu proto nemohou nahradit slitiny titanuumělé klouby, zubní implantáty, kostní dlahy a srdeční stenty.
Nesoulad hustoty a modulu
Hustota slitin na bázi niklu- (7,8–9,0 g/cm³) je mnohem vyšší než u slitin titanu (4,5 g/cm³), což zvýší hmotnost implantovatelných zařízení a způsobí pacientům nepohodlí. Kromě toho se modul pružnosti slitin na bázi niklu-přibližuje modulu nerezové oceli (asi 200 GPa), který je mnohem vyšší než u lidské kortikální kosti (10–30 GPa). To povede k „stress shielding effect“ (implantát nese většinu napětí, což vede k resorpci kosti), zatímco titanové slitiny mají nižší modul pružnosti (asi 110 GPa), což může tento efekt snížit.
Omezení zpracovatelnosti pro přesné implantáty
Titanové slitiny mají dobrou plasticitu a mohou být zpracovány do složitých tvarů (např. porézní umělé kostní lešení) prostřednictvím aditivní výroby (3D tisk). Přestože slitiny na bázi niklu- lze také tisknout 3D, jejich vysoký bod tání a nízká tepelná vodivost je činí náchylnými k praskání a deformaci během zpracování, což není vhodné pro výrobu přesných implantovatelných zařízení se složitou strukturou.
Závěr
Slitiny na-niklové bázi mohoučástečně nahradit slitiny titanuv -implantovatelných lékařských zařízeních a vysoce{1}}výkonných chirurgických nástrojích, které využívají jejich výhody v odolnosti proti korozi a pevnosti.
Pro implantabilní zařízení, která vyžadují vysokou biokompatibilitu a osseointegraci, zůstávají titanové slitiny nenahraditelné a slitiny na bázi niklu-se nedoporučují z důvodu omezení biologické kompatibility a mechanických vlastností.
