Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng vật liệu sinh học trong y tế ngày càng cao. Vật liệu sinh học (Biomaterials) thường được định nghĩa là các vật liệu nhân tạo, hay tự nhiên thay thế một phần hay toàn phần chức năng thuốc (không phải thuốc) trong y học, giải phẫu, nha khoa.

Nhiều loại vật liệu khác nhau đã được sử dụng như là một vật liệu sinh học. Nhóm thứ nhất gồm: mô ghép tự thân, mô ghép đồng loại, mô ghép dị loại, tính chất của nhóm này có thể thoái biến và được thay thế dần sau đó bằng mô chủ. Nhóm thứ hai là vật liệu sinh học được cấy ghép nhưng không có tác dụng thay đổi, mà chỉ có tác dụng kết hợp mô như các kim loại, các polymer không thoái biến… đây là nhóm vật liệu bền, trung tính, không gây đáp ứng miễn dịch, có thể tồn tại trong một thời gian dài hay suốt đời.

Hiện nay titan là vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong y tế để làm các bộ phận giả, dụng cụ cố định, thay thế các cơ quan bên trong cơ thể, đặc biệt là xương. Titan được sử dụng để thay thế hầu hết các bộ phận trên cơ thể người. Người ta có thể tìm thấy titan trong phẫu thuật thần kinh, thiết bị trợ thính dẫn âm bằng xương (sọ), cấy ghép mắt giả, khớp đốt sống, khớp háng, khớp gối, các xương, khớp khác nhỏ hơn như ngón tay, ngón chân. Nó còn được dùng để chế tạo các máy móc đặt bên trong cơ thể như máy tạo nhịp tim. Lý do để titan được sử dụng rộng rãi trong cơ thể là do nó là loại vật liệu có tính phù hợp sinh học cao chỉ cần thay đổi chất phủ bề mặt.

Nhu cầu sử dụng vật liệu hợp kim titan y sinh ở nước ta ngày một lớn. Hàng năm cả nước có tới hàng chục ngàn trường hợp cần nẹp xương, làm hàm, trồng răng, gắn đinh, cấy vít, làm van tim, đặt sten thông mạch máu, thay khớp, thậm chí làm vỏ não... Tuy nhiên khâu nghiên cứu chế tạo chưa đáp ứng được yêu cầu. Chủ yếu do không có trang thiết bị và công nghệ chế tạo. Tất cả các loại vật liệu hợp kim titan dùng trong công nghiệp và y sinh đều phải nhập ngoại. Các chi tiết nhập ngoại thường có giá cao hoặc rất cao, lại không chủ động được. Chỉ tính riêng số liệu thống kê của Vụ Trang thiết bị y tế - Bộ Y tế, những chi tiết điển hình bằng hợp kim titan y sinh đã được nhập khẩu như vít, chốt, nẹp xương, 7 van tim, sten, khớp, đĩa đệm, mảnh vá hộp sọ... mỗi năm hơn 100.000 chi tiết. Giá tương đối của một số loại chi tiết hợp kim titan y sinh rất phong phú, đa dạng về chủng loại, kích cỡ và được sản xuất từ nhiều nước khác nhau nên giá của các sản phẩm cũng rất khác nhau, dao động từ vài triệu đồng cho đến hàng vài trăm triệu đồng/cái tùy từng loại chi tiết. Hầu hết các sản phẩm đều được nhập khẩu từ nước ngoài như: Mỹ, Đức, Nhật, Pháp, Ấn Độ, Trung Quốc, Pakittan…

Xuất phát từ thực tiễn đó, Cơ quan chủ trì Viện Công nghệ cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Tiến Tài thực hiện “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số sản phẩm cấy ghép sử dụng trong y tế bằng hợp kim titan y sinh mác Ti-6Al-7Nb; Ti-5Al-2,5Fe và đánh giá độ an toàn của sản phẩm” với mục tiêu: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, nấu luyện, chế tạo phôi hợp kim titan.

Titan là một nguyên tố kim loại, ký hiệu là Ti, đứng thứ tự số 22 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Titan là một kim loại chuyển tiếp, màu trắng bạc. Nó là một kim loại nhẹ, cứng, có bề mặt sáng bóng, chống ăn mòn tốt (do có lớp oxit bảo vệ bên ngoài).

Hiện nay, titan là vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong y tế để làm các bộ phận giả, dụng cụ cố định, thay thế các cơ quan bên trong cơ thể, đặc biệt là xương. Trong cấy ghép y học, titan được sử dụng từ đầu đến chân theo đúng nghĩa đen của nó. Người ta có thể tìm thấy titan trong phẫu thuật thần kinh, trợ thính dẫn xương, cấy ghép mắt giả, đốt sống, khớp háng, khớp gối, các xương, khớp khác nhỏ hơn như ngón tay, ngón chân. Nó còn được dùng để chế tạo các máy móc đặt bên trong cơ thể như máy tạo nhịp tim…

Titan và các hợp kim titan thuộc nhóm vật liệu khó gia công, đặc biệt là đối với gia công cắt gọt. Do nhiệt độ cao và áp suất lớn tại khu vực tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ cắt làm tăng khả năng tương tác của titan với vật liệu dụng cụ cắt, nó gây ra sự hàn gắn và sự bám dính của kim loại gia công với bề mặt làm việc của dao cắt, điều này làm phá hủy hình dạng của dụng cụ cắt, làm giảm khả năng cắt, tăng lực cắt và làm cho dao nhanh hỏng

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Hoàn thiện công nghệ nấu luyện hợp kim titan y sinh mác Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al-2,5Fe, các thông số công nghệ nấu luyện

- Hoàn thiện công nghệ nhiệt luyện cho hợp kim titan y sinh mác Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al2, 5Fe, các thông số công nghệ như sau: Độ chân không buồng lò ≤8,29.10-2 mbar; Tốc độ nung 5^oC/phút duy trì trong quá trình nâng nhiệt. Áp suất khí nitơ: 1.5 bar; Giữ nhiệt: giữ nhiệt 15-20 phút tại 600^oC và 950^oC; Áp suất tôi: 8 bar; Thời gian tôi: 10 phút.

- Chế tạo được 50 kg hợp kim titan mác Ti-6Al-7Nb và 50 kg hợp kim titan mác Ti5Al-2,5Fe đạt tiêu chuẩn ISO 5832-10 và ISO 5832-11.

- Gia công được 5 loại chi tiết cấy ghép (250 cái mác Ti-6Al-7Nb, 250 cái mác Ti-5Al2,5Fe) và 2.500 ốc vít đạt các yêu cầu kỹ thuật.

- Thử nghiệm 4 chỉ tiêu theo ISO 10993 trên động vật động vật cho hai hợp kim Ti5Al-2,5Fe và Ti -6Al-7Nb:

- Đánh giá kết quả điều trị trên lâm sàng, cận lâm sàng và đánh giá khả năng sử dụng, tính ổn định của nẹp, vít trong cơ thể:

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18167/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)