Alasan penggunaan batang titanium ASTM F136 GR5 (Ti-6Al-4V ELI) dalam implan tulang manusia

Alasan penggunaan batang titanium ASTM F136 GR5 (Ti-6Al-4V ELI) dalam implan tulang manusia

Baoji Dongint Metal Materials Co., Ltd. berakar di Baoji, Provinsi Shaanxi, yang dikenal sebagai "Lembah Titanium Tiongkok". Dengan memanfaatkan keunggulan rantai industri titanium yang lengkap di daerah tersebut, perusahaan ini berfokus pada penelitian, produksi, dan penyediaan material titanium serta paduan titanium kelas atas. Produk intinya adalah batang titanium medis ASTM F136 Gr5 (Ti-6Al-4V ELI), yang menyediakan solusi bahan baku titanium medis yang stabil dan sesuai standar bagi produsen perangkat medis dalam dan luar negeri.

Batang titanium ASTM F136 GR5 adalah standar khusus untuk implan bedah yang terbuat dari paduan titanium Ti-6Al-4V ELI, yang setara dengan TC4-ELI di China. Batang ini memiliki elemen interstisial ultra-rendah (oksigen, nitrogen, karbon, besi), dan merupakan bahan implan logam paling utama untuk pelat fiksasi tulang, sekrup, paku intrameduler, sendi buatan, dan kerangka tulang. Dibandingkan dengan GR5 biasa, titanium murni, paduan kobalt-kromium, dan baja tahan karat, bahan ini memiliki keunggulan yang menyeluruh.

Perbedaan: Batang titanium GR5 biasa mengikuti standar ASTM B348; batang titanium medis harus ASTM F136 GR5, dengan pengurangan ketat terhadap kotoran interstisial, yang cocok untuk tubuh manusia.

Modulus elastisitas jauh lebih rendah daripada baja tahan karat dan paduan kobalt-kromium

Modulus elastisitas TC4-ELI sekitar 110 GPa; tulang kortikal manusia sekitar 10-30 GPa; baja tahan karat 316L ≈ 200 GPa, kobalt-kromium ≈ 230 GPa.

Semakin rendah modulus, semakin kecil efek perisai tegangan:

Implan dengan kekerasan terlalu tinggi akan menanggung sebagian besar beban, dan tulang tidak akan menerima stimulasi gaya, mengakibatkan resorpsi tulang, atrofi tulang, dan pelonggaran implan. Batang titanium TC4 GR5 ASTM F136 memiliki modulus yang lebih dekat dengan tulang, secara signifikan mengurangi perisai tegangan.

Kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan lelah yang memadai

Implan tulang harus menahan beban siklik berulang dari aktivitas manusia (berjalan, bergerak), dengan kekuatan tarik dan luluh yang tinggi, ketangguhan patah yang baik, ketahanan lelah yang sangat baik, dan sekrup serta pelat fiksasi yang menahan gaya dalam jangka panjang cenderung tidak mudah patah.

Batang titanium ASTM F136 GR5 memiliki ketangguhan yang lebih baik dan mengurangi risiko patah getas, terutama cocok untuk ortopedi trauma.

2. Biokompatibilitas yang sangat baik

Permukaan titanium secara spontan membentuk lapisan oksida TiO₂ yang padat dan inert: tahan korosi, cairan tubuh manusia (ion klorida, protein) hampir tidak dapat mengkorosi atau melarutkannya, sangat sedikit ion logam yang dilepaskan, dan jarang menyebabkan peradangan, penolakan, atau alergi.

Ia dapat mencapai osseointegrasi: tulang dapat tumbuh langsung pada permukaan paduan titanium, mencapai koneksi yang kuat antara tulang dan implan, yang tidak dapat dicapai oleh baja tahan karat.

Catatan: Meskipun aluminium dan vanadium ada dalam paduan, lapisan oksida yang padat menghalangi keduanya, dan jumlah pelepasannya sangat rendah dalam implantasi normal; ELI mengontrol pengotor lebih lanjut untuk mengurangi risiko.

3. Pentingnya standar batang titanium GR5 ASTM F136, mengapa tidak menggunakan GR5 biasa

Batang titanium GR5 biasa (ASTM B348) memiliki batas atas kandungan oksigen;

Batang titanium GR5 ASTM F136 secara paksa mengurangi elemen interstisial O, N, C, Fe:

Kelebihan oksigen akan membuat paduan menjadi rapuh dan mengurangi ketangguhan, dan setelah ditanamkan di bawah tekanan, paduan tersebut rentan terhadap retakan mikro dan patah;

Persyaratan ketat untuk komposisi, pengotor, dan deteksi cacat, menghilangkan pori-pori internal dan inklusi, memastikan keamanan implan.

Persyaratan hukum dan klinis implan medis harus mematuhi ASTM F136, dan tidak dapat langsung menggunakan bahan batang TC4 industri untuk memproses implan.

4. Kompatibilitas pemrosesan dan klinis

Bahan ini dapat ditempa, digulung, mudah dibuat menjadi batang, pelat, sekrup, dan pelat fiksasi; bahan ini juga dapat dicetak 3D untuk prostesis tulang multi-lubang.

Bahan ini dapat mengalami oksidasi anodik, modifikasi permukaan, yang selanjutnya mendorong pertumbuhan tulang ke dalam;

Bahan ini non-magnetik, tidak memanas selama pemeriksaan MRI, tidak bergeser, dan pemeriksaan ulang pascaoperasi tidak dibatasi; implan baja tahan karat akan mengganggu MRI.

5. Perbandingan kekurangan bahan implan lainnya (memahami mengapa bahan ini dipilih)

Baja tahan karat 316L: murah, tetapi memiliki modulus yang terlalu tinggi, perisai tegangan yang parah, akan melepaskan ion logam, mengganggu MRI, dan sekarang secara bertahap digantikan oleh titanium;

Paduan kobalt-kromium: Kekuatan yang sangat tinggi, tetapi dengan modulus yang lebih tinggi dan berat yang lebih besar. Bahan ini sebagian besar digunakan untuk kepala bola sendi dan tidak cocok untuk sekrup pelat tulang trauma;

Titanium murni (batang titanium ASTM F67 Gr2): Memiliki biokompatibilitas terbaik, tetapi kekuatannya relatif rendah. Hanya dapat digunakan untuk implan kecil dan tidak dapat menahan beban tulang yang berat;

Batang titanium ASTM F136 GR5: Menyeimbangkan kekuatan, ketangguhan, modulus rendah, integrasi tulang, dan ketahanan korosi. Memiliki keseimbangan keseluruhan terbaik dan dengan demikian menjadi paduan titanium pilihan untuk aplikasi ortopedi yang menahan beban.

Keterbatasan batang titanium ASTM F136 GR5 (tambahan objektif)

Modulusnya masih lebih tinggi daripada tulang manusia, dan hanya dapat mengurangi tekanan tetapi tidak sepenuhnya menghilangkan perisai tegangan; Struktur berpori cetak 3D dirancang untuk lebih mengurangi modulus setara;

Paduan ini mengandung aluminium dan vanadium, dan akan melepaskan jejak zat di bawah keausan ekstrem, dan keamanan jangka panjang secara keseluruhan di dalam tubuh telah diverifikasi secara klinis dapat diandalkan selama beberapa dekade;

Kekerasannya tidak terlalu tinggi, dan kinerja gesekan serta keausannya buruk, sehingga tidak cocok untuk permukaan gesekan sendi. Permukaan gesekan sendi sebagian besar terbuat dari kobalt-krom atau keramik.

Ringkasan dalam satu kalimat

Batang titanium ASTM F136 GR5 mengandalkan celah ultra-rendah untuk memberikan ketangguhan tinggi, modulus sedang untuk mengurangi efek perisai tegangan, ketahanan korosi yang sangat baik dan kemampuan integrasi tulang, kompatibilitas MRI, serta kombinasi seimbang antara sifat mekanis dan biologis. Ini adalah paduan titanium pilihan untuk memperbaiki tulang penahan beban manusia. Batang titanium GR5 industri tidak memiliki kontrol pengotor seperti batang titanium ASTM F136 GR5 dan dilarang keras digunakan langsung untuk implantasi.