Biomaterialien

Was ist der Hauptgrund dafür, dass β-Titanlegierungen wie das System Ti-Nb-Ta-Zr für Implantate zur Knochenfixierung entwickelt wurden?

  1. ABleibt die krz-β-Phase bis Raumtemperatur erhalten, liegt der E-Modul unter dem von Ti-6Al-4V, und Stress Shielding wird verringert
  2. BDie β-Phase hat eine hdP-Struktur mit starker Atombindung, die den E-Modul über den von Ti-6Al-4V hebt und Verformungen des Implantats verhindert
  3. CIn der β-Phase bildet sich auf der Titanoberfläche keine Passivschicht mehr, sodass eine chemische Bindung an den Knochen leichter entsteht
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Lösung: A. Bleibt die krz-β-Phase bis Raumtemperatur erhalten, liegt der E-Modul unter dem von Ti-6Al-4V, und Stress Shielding wird verringert

Titan liegt bei niedriger Temperatur als hdP-α-Phase und bei hoher Temperatur als krz-β-Phase vor; durch Zugabe großer Mengen β-stabilisierender Elemente wie Nb, Ta und Mo bleibt die β-Phase auch bei Raumtemperatur erhalten. β-Legierungen haben einen Elastizitätsmodul von etwa 55–80 GPa, niedriger als die (α+β)-Legierung Ti-6Al-4V (etwa 110 GPa) und näher am Knochen (etwa 10–30 GPa), sodass sie Stress Shielding verringern. Nb, Ta und Zr gelten zudem als wenig zytotoxisch, und man kommt ohne V und Al aus. Die α-Phase ist hdP; die β-Phase als hdP zu bezeichnen, verwechselt die Kristallstrukturen. Eine höhere Steifigkeit des Implantats verstärkt das Stress Shielding. Auch β-Legierungen bilden an der Oberfläche eine Passivschicht und bleiben dadurch korrosionsbeständig; ginge die Schicht verloren, nähme nur die Ionenfreisetzung zu, ohne dass dies zu einer Bindung an den Knochen führte.

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