As razões para usar hastes de titânio ASTM F136 GR5 (Ti-6Al-4V ELI) em implantes ósseos humanos

As razões para usar hastes de titânio ASTM F136 GR5 (Ti-6Al-4V ELI) em implantes ósseos humanos

Baoji Dongint Metal Materials Co., Ltd. está enraizada em Baoji, Província de Shaanxi, conhecida como o "Vale do Titânio da China". Aproveitando as vantagens da cadeia industrial completa de titânio local, a empresa concentra-se na pesquisa, produção e fornecimento de materiais de titânio e ligas de titânio de alta qualidade. Seu produto principal é a barra de titânio médico ASTM F136 Gr5 (Ti-6Al-4V ELI), fornecendo soluções estáveis e conformes de matérias-primas de titânio médico para fabricantes de dispositivos médicos nacionais e estrangeiros.

As hastes de titânio ASTM F136 GR5 são o padrão específico para implantes cirúrgicos feitos de liga de titânio Ti-6Al-4V ELI, correspondendo ao TC4-ELI da China. Elas possuem elementos intersticiais ultrabaixos (oxigênio, nitrogênio, carbono, ferro) e são os materiais de implante metálico mais utilizados para placas de fixação óssea, parafusos, hastes intramedulares, articulações artificiais e arcabouços ósseos. Em comparação com o GR5 comum, titânio puro, ligas de cobalto-cromo e aço inoxidável, elas apresentam vantagens abrangentes.

Diferenças: As hastes de titânio GR5 comuns seguem o padrão ASTM B348; as hastes de titânio médicas devem ser ASTM F136 GR5, com redução rigorosa de impurezas intersticiais, adequadas para o corpo humano.

O módulo de elasticidade é muito menor que o do aço inoxidável e das ligas de cobalto-cromo

O módulo de elasticidade do TC4-ELI é de aproximadamente 110 GPa; o osso cortical humano é de aproximadamente 10-30 GPa; o aço inoxidável 316L ≈ 200 GPa, o cobalto-cromo ≈ 230 GPa.

Quanto menor o módulo, menor o efeito de blindagem de tensão:

Implantes com dureza excessivamente alta suportarão a maior parte da carga, e o osso não receberá o estímulo da força, resultando em reabsorção óssea, atrofia óssea e afrouxamento do implante. As hastes de titânio ASTM F136 GR5 têm um módulo mais próximo ao do osso, reduzindo significativamente a blindagem de tensão.

Resistência, tenacidade e resistência à fadiga suficientes

Os implantes ósseos devem suportar cargas cíclicas repetidas da atividade humana (caminhar, movimentar-se), com altas resistências à tração e ao escoamento, boa tenacidade à fratura, excelente resistência à fadiga, e parafusos e placas de fixação sujeitos a força de longo prazo têm menor probabilidade de quebrar.

As hastes de titânio ASTM F136 GR5 apresentam tenacidade ainda mais aprimorada e menor risco de fratura frágil, sendo especialmente adequadas para ortopedia de trauma.

2. Excelente biocompatibilidade

A superfície de titânio forma espontaneamente uma densa película inerte de óxido TiO₂: resistente à corrosão, os fluidos corporais humanos (íons de cloreto, proteínas) dificilmente corroem ou dissolvem, muito poucos íons metálicos são liberados, e raramente causam inflamação, rejeição ou alergia.

Pode alcançar a osseointegração: os ossos podem crescer diretamente na superfície da liga de titânio, alcançando uma conexão firme entre o osso e o implante, o que o aço inoxidável não consegue alcançar.

Nota: Embora alumínio e vanádio estejam presentes na liga, a densa película de óxido os bloqueia, e a quantidade liberada é extremamente baixa sob implantação normal; o ELI controla as impurezas, reduzindo ainda mais os riscos.

3. A importância do padrão ASTM F136 GR5 da haste de titânio, por que não usar GR5 comum

As hastes de titânio GR5 comuns (ASTM B348) têm um limite superior no teor de oxigênio;

As hastes de titânio GR5 ASTM F136 forçam a redução dos elementos intersticiais O, N, C, Fe:

O excesso de oxigênio tornará a liga quebradiça e reduzirá a tenacidade, e após a implantação sob força, é propensa a microtrincas e fraturas;

Requisitos rigorosos de composição, impurezas e detecção de defeitos, eliminando poros internos e inclusões, garantindo a segurança do implante.

Os requisitos legais e clínicos para implantes médicos devem estar em conformidade com a ASTM F136, e não é permitido usar diretamente materiais de barra TC4 industrial para processar implantes.

4. Compatibilidade de processamento e clínica

Pode ser forjado, laminado, facilmente transformado em hastes, placas, parafusos e placas de fixação; também pode ser impresso em 3D para próteses ósseas multiperfuradas.

Pode passar por oxidação anódica, modificação de superfície, promovendo ainda mais o crescimento ósseo;

É não magnético, não aquece durante o exame de ressonância magnética, não se desloca, e a reavaliação pós-operatória não é restrita; implantes de aço inoxidável interferem na ressonância magnética.

5. Comparação das desvantagens de outros materiais de implante (entendendo por que foi escolhido)

Aço inoxidável 316L: barato, mas com módulo de elasticidade muito alto, grave blindagem de tensão, libera íons metálicos, interfere na ressonância magnética, e agora está sendo gradualmente substituído por titânio;

Liga de cobalto-cromo: resistência extremamente alta, mas com módulo de elasticidade maior e peso maior. É usada principalmente para cabeças de articulações e não é adequada para parafusos de placas ósseas de trauma;

Titânio puro (haste de titânio ASTM F67 Gr2): Possui a melhor biocompatibilidade, mas a resistência é relativamente baixa. Só pode ser usado para implantes pequenos e não suporta carga óssea pesada;

Haste de titânio ASTM F136 GR5: Equilibra resistência, tenacidade, baixo módulo de elasticidade, integração óssea e resistência à corrosão. Possui o melhor equilíbrio geral e, portanto, torna-se a liga de titânio preferida para aplicações ortopédicas de suporte de peso.

Limitações da haste de titânio ASTM F136 GR5 (complemento objetivo)

O módulo ainda é superior ao do osso humano, podendo apenas reduzir a tensão, mas não eliminar completamente o blindamento contra tensões; A estrutura porosa impressa em 3D é projetada para reduzir ainda mais o módulo equivalente;

A liga contém alumínio e vanádio, que podem liberar traços sob desgaste extremo, e a segurança geral de longo prazo no corpo já foi clinicamente comprovada como confiável por várias décadas;

A dureza não é muito alta, e o desempenho de atrito e desgaste é ruim, tornando-a inadequada para superfícies de articulação. As superfícies de articulação são geralmente feitas de cobalto-cromo ou cerâmica.

Resumo em uma frase

ASTM F136 GR5 haste de titânio depende do intervalo ultrabaixo para proporcionar alta tenacidade, módulo moderado para reduzir o blindamento de tensão, excelente resistência à corrosão e capacidade de osseointegração, compatibilidade com ressonância magnética e uma combinação equilibrada de propriedades mecânicas e biológicas. É a liga de titânio preferida para reparar ossos de suporte de peso humano. Hastes industriais de titânio GR5 não possuem o controle de impurezas como as hastes de titânio ASTM F136 GR5 e são estritamente proibidas de serem usadas diretamente para implantação.