在人體骨骼植入物中使用ASTM F136鈦棒GR5（Ti-6Al-4V ELI）的原因

使用ASTM F136鈦棒GR5（Ti-6Al-4V ELI）於人體骨骼植入物的原因

寶雞東英金屬材料有限公司立足於被譽為「中國鈦谷」的陝西省寶雞市，憑藉當地完整的鈦產業鏈優勢，專注於高端鈦及鈦合金材料的研究、生產與供應。其核心產品為ASTM F136 Gr5（Ti-6Al-4V ELI）醫用鈦棒，為國內外醫療器械製造商提供穩定且合規的醫用鈦原材料解決方案。

ASTM F136 GR5鈦棒是以Ti-6Al-4V ELI鈦合金製成的外科植入物特定標準，對應中國的TC4-ELI。其具有超低間隙元素（氧、氮、碳、鐵），是骨固定板、螺釘、髓內釘、人工關節和骨支架中最主流的金屬植入材料。與普通GR5、純鈦、鈷鉻合金和不鏽鋼相比，具有全面優勢。

差異：普通GR5鈦棒遵循ASTM B348標準；醫用鈦棒必須為ASTM F136 GR5，嚴格降低間隙雜質，適用於人體。

彈性模數遠低於不鏽鋼與鈷鉻合金

TC4-ELI 的彈性模數約為 110 GPa；人體皮質骨約為 10-30 GPa；316L 不鏽鋼約為 200 GPa，鈷鉻合金約為 230 GPa。

模數越低，應力遮蔽效應越小：

硬度過高的植入物會承受大部分負載，骨骼無法受到力的刺激，導致骨吸收、骨萎縮及植入物鬆脫。ASTM F136 GR5 鈦棒的模數更接近骨骼，能顯著減少應力遮蔽。

具備足夠的強度、韌性與疲勞抗力

骨骼植入物必須承受人體重複活動的循環負載（行走、運動），需具備高抗拉強度與降伏強度、良好的斷裂韌性、優異的抗疲勞性能，且長期受力之螺釘與固定板較不易斷裂。

ASTM F136 GR5鈦合金棒材具有更佳之韌性，並降低脆性斷裂風險，特別適用於創傷骨科。

2. 優異之生物相容性

鈦表面自發形成一層緻密的惰性 TiO₂ 氧化膜：耐腐蝕，人體體液（氯離子、蛋白質）幾乎不會對其造成腐蝕或溶解，釋放的金屬離子極少，很少引起發炎、排斥或過敏。

它能實現骨整合：骨骼能直接在鈦合金表面生長，達成骨與植體之間的牢固連接，這是不鏽鋼無法做到的。

注意：雖然合金中含有鋁和釩，但緻密的氧化膜會阻擋它們，且在正常植入狀態下釋放量極低；ELI 控制雜質進一步降低風險。

3. ASTM F136 GR5 鈦棒標準的意義，為何不使用一般 GR5

一般 GR5 鈦棒（ASTM B348）的氧含量上限較高；

ASTM F136 GR5 鈦棒強制降低 O、N、C、Fe 等間隙元素：

過量的氧會使合金變脆並降低韌性，且在受力植入後，容易產生微裂紋和斷裂；

嚴格的成分、雜質與缺陷檢測要求，消除內部孔隙與夾雜物，確保植入物的安全性。

醫療植入物之法律與臨床要求必須符合ASTM F136，且不能直接使用工業級TC4棒材加工植入物。

4. 加工與臨床相容性

可鍛造、輾軋，易製成棒材、板材、螺釘及固定骨板；亦可進行3D列印，用於骨骼多孔假體。

可進行陽極氧化、表面改質，進一步促進骨組織長入；

無磁性，進行MRI檢查時不會發熱、不會移位，術後追蹤檢查不受限制；不鏽鋼植入物則會干擾MRI。

5. 其他植入材料缺點之比較（了解其被選用之原因）

316L不鏽鋼：價格低廉，但彈性模數過高，應力遮蔽效應嚴重，會釋放金屬離子，且干擾MRI，現已逐漸被鈦金屬取代；

鈷鉻合金：強度極高，但彈性模數更高且重量較大。多用於關節球頭，不適合用於創傷骨板螺釘；

純鈦（Gr2 ASTM F67鈦棒）：具有最佳的生物相容性，但強度相對較低。僅能用於小型植入物，無法承受較大的骨骼負荷；

ASTM F136 GR5鈦棒：在強度、韌性、低彈性模數、骨整合及耐腐蝕性之間取得平衡。其整體平衡性最佳，因此成為承重骨科應用中首選的鈦合金。

ASTM F136 GR5鈦棒的局限性（客觀補充）

其彈性模數仍高於人體骨骼，僅能降低應力遮蔽程度，無法完全消除；3D列印多孔結構之設計旨在進一步降低等效彈性模數；

該合金含有鋁及釩，在極端磨耗情況下會釋放微量元素，其於體內之長期整體安全性已通過臨床驗證，證實數十年來皆屬可靠；

其硬度不甚高，摩擦及磨耗性能較差，不適合用於關節摩擦表面。關節摩擦表面多採用鈷鉻合金或陶瓷材質。

一句話總結

ASTM F136 GR5 鈦棒依賴於超低間隙以帶來高韌性、適中的彈性模數以減少應力遮擋、優異的耐腐蝕性與骨整合能力、MRI 相容性，以及機械與生物性能的均衡結合。其為修復人體承重骨之首选鈦合金。工業級 GR5 鈦棒不像 ASTM F136 GR5 鈦棒那樣對雜質進行控制，嚴格禁止直接用於植入。