Abstrak: Dengan perkembangan pesat dan terobosan besar bioteknologi, permintaan paduan titanium biomedis berkembang pesat. Namun, karena patogenisitas V dan Al dalam paduan titanium medis yang banyak digunakan seperti TC4 dan TC4ELI, penelitian dan pengembangan paduan titanium medis baru memiliki signifikansi praktis yang besar dan prospek pasar yang luas di negara saya. Artikel ini menjelaskan secara singkat klasifikasi, sifat dasar dan dasar aplikasi dari paduan titanium biomedis; menunjukkan tren perkembangannya di bidang medis; dan meringkas metode pemrosesan dan preparasi dasar serta metode evaluasi kinerja dari paduan titanium baru.
Kata kunci: paduan titanium medis; perkembangan; kemajuan penelitian; pengolahan
Bahan paduan titanium biomedis mengacu secara khusus pada kelas bahan struktural fungsional yang digunakan dalam teknik biomedis, secara khusus mengacu pada produksi dan pembuatan implan bedah dan perangkat ortopedi [1]. Produksi dan persiapan bahan pengolahan paduan titanium melibatkan bidang metalurgi, pengolahan tekanan, bahan komposit dan bahan kimia, dan diakui sebagai produk teknologi tinggi di dunia. Titanium dan paduan titanium secara bertahap memasuki bidang konsumsi sipil dari industri kedirgantaraan, penerbangan, pertahanan nasional, dan militer [2]. Produk seperti implan dan peralatan medis dalam industri medis dan kesehatan; klub golf titanium di industri olahraga dan rekreasi, bingkai kacamata titanium, jam tangan titanium, sepeda titanium dan produk lainnya semakin diminati untuk bahan olahan titanium. Dengan pesatnya perkembangan dan terobosan besar bioteknologi, industri bahan logam biomedis dan produknya akan berkembang menjadi industri penopang perekonomian dunia [3]. Di antara mereka, titanium dan paduannya mengandalkan sifat komprehensif yang sangat baik seperti ringan, modulus elastisitas rendah, tidak beracun, non-magnetik, ketahanan korosi, kekuatan tinggi, dan ketangguhan yang baik. Dalam beberapa tahun terakhir, permintaan titanium dan paduannya juga meningkat pesat dan mantap [4]. Pada saat yang sama, ketika paduan titanium mulai memasuki operasi plastik dan bidang lainnya, permintaan pasar potensial baru muncul, dan pasar paduan titanium akan melihat pertumbuhan yang lebih cepat di masa depan.
1 Kemajuan penelitian paduan titanium medis
1.1 Klasifikasi paduan titanium medis
Paduan titanium dapat dibagi menjadi tiga jenis menurut jenis struktur mikro material: paduan titanium tipe-, tipe-{{1}}β, dan tipe-.
1.2 Tren perkembangan paduan titanium medis
Menurut survei literatur [8-14], peneliti yang relevan di dalam dan luar negeri setuju bahwa pengembangan paduan titanium medis telah melalui tiga tahap ikonik. Tahap pertama diwakili oleh titanium murni dan paduan Ti-6Al-4V; Tahap kedua adalah jenis baru dari paduan +β yang diwakili oleh Ti-5A1-2.5Fe dan Ti-6A1-7Nb; tahap ketiga terutama untuk mengembangkan dan mengembangkan -titanium dengan biokompatibilitas yang lebih baik dan modulus elastisitas yang lebih rendah. Tahap paduan. Bahan paduan titanium biomedis yang ideal [15] harus memenuhi kondisi berikut: biokompatibilitas yang baik, modulus elastisitas rendah, kepadatan rendah, kinerja anti korosi yang baik, tidak beracun, kekuatan luluh tinggi, umur kelelahan yang lama, dan suhu tinggi pada suhu kamar . Plastisitas besar, mudah dibentuk, mudah dicor, dll. Saat ini, paduan penting yang telah banyak digunakan dalam bahan implan adalah Ti-6A1-4V dan Ti-6A1-4VELI. Telah dilaporkan dalam literatur [16-19] bahwa unsur V dapat menyebabkan reaksi jaringan ganas dan mungkin memiliki efek samping toksik pada tubuh manusia, sedangkan Al dapat menyebabkan osteoporosis dan gangguan mental; Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan biomaterial saat ini berkomitmen untuk mengeksplorasi Sebelum meneliti bahan paduan titanium biomedis baru yang tidak mengandung V dan Al, perlu untuk mencari tahu elemen paduan apa yang cocok untuk penambahan yang tidak beracun dan sesuai dengan prinsip biokompatibilitas. Studi [20-23] menemukan bahwa paduan titanium yang mengandung molibdenum, niobium, tantalum, zirkonium dan elemen tidak beracun lainnya mengandung kandungan elemen penstabil yang lebih tinggi, dan memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah dibandingkan dengan +β paduan titanium (E=55~80GPa) dan kinerja geser dan ketangguhan yang lebih baik, lebih cocok untuk implantasi ke dalam tubuh manusia sebagai implan.
2 Aplikasi Paduan Titanium
2.1 Dasar medis dari paduan titanium
Keuntungan utama menggunakan titanium dan paduan titanium sebagai implan manusia adalah: (1) Kepadatan (20 °C)=4.5g/cm3, ringan. Ditanam dalam tubuh manusia: mengurangi beban pada tubuh manusia, sebagai alat kesehatan: mengurangi beban operasional staf medis. (2) Modulus elastisitasnya rendah, dan titanium murni adalah 108500MPa. Itu ditanamkan di tubuh manusia: lebih dekat ke tulang alami tubuh manusia, yang kondusif untuk koneksi tulang dan mengurangi efek pelindung stres dari tulang pada implan. (3) Non-magnetik, tidak terpengaruh oleh medan elektromagnetik dan badai petir, yang bermanfaat bagi keselamatan tubuh manusia setelah digunakan. (4) Tidak beracun, sebagai implan, tidak memiliki racun dan efek samping bagi tubuh manusia. (5) Ketahanan korosi (bahan logam inert secara biologis). Ini memiliki ketahanan korosi yang sangat baik di lingkungan perendaman darah manusia, memastikan kompatibilitas yang baik dengan darah manusia dan jaringan sel, dan tidak menyebabkan polusi tubuh manusia sebagai implan. Reaksi alergi akan terjadi, yang merupakan kondisi dasar untuk aplikasi titanium dan paduan titanium. (6) Kekuatan tinggi dan ketangguhan yang baik. Kerusakan tulang dan persendian yang disebabkan oleh trauma, tumor dan faktor lainnya. Untuk membangun perancah tulang yang stabil, perlu menggunakan pelat melengkung, sekrup, tulang dan sambungan buatan, dll., dan implan ini harus dibiarkan untuk waktu yang lama. Tubuh manusia mengalami pembengkokan, puntiran, tekanan, dan kekuatan kontraksi otot tubuh manusia, yang mengharuskan implan memiliki kekuatan dan ketangguhan tinggi.
2.2 Bidang medis dan bidang ortopedi paduan titanium
Situasi pasar Dengan perkembangan paduan titanium, peningkatan variasi bahan titanium dan penurunan harga, penerapan titanium dalam industri sipil telah meningkat secara eksponensial. CFDA membagi alat kesehatan menjadi tiga tingkatan menurut tingkat keamanannya dari tinggi ke rendah, dan diawasi dan dikelola oleh tiga tingkat pemerintahan. Implan bahan titanium dan paduan titanium termasuk dalam kategori perangkat medis ketiga dan merupakan bahan habis pakai yang bernilai tinggi. . Sub-sektor yang menguasai lebih dari 5% segmen pasar meliputi diagnostik in vitro, kardiologi, diagnostik pencitraan, ortopedi, oftalmologi, dan bedah plastik. Di antara mereka, diagnostik in vitro, ortopedi, dan intervensi jantung adalah bahan habis pakai bernilai tinggi yang tumbuh paling cepat di Cina. Penerapan titanium biomedis dan bahan paduannya telah melalui tiga tahap ikonik [27]: Pada awal 1950-an, pertama di Inggris dan Amerika Serikat, titanium murni komersial digunakan untuk membuat pelat tulang, sekrup, paku intramedullary dan pinggul. sendi. . Perusahaan Swiss Mathys juga menggunakan paduan Ti-6A1-7Nb untuk memproduksi sistem kuku intramedullary interlocking non-reamed (termasuk tibia, humerus, dan tulang paha) dan sekrup berongga untuk pengobatan patah tulang leher femur. Bahan bioaktif paduan Ni-Ti (PNT) berpori untuk memproduksi sangkar fusi intervertebralis serviks dan lumbar (Kandang) Perusahaan BIORTHEX Kanada mengembangkan penggunaan bahan berpori paduan Ni-Ti yang dipatenkan ACTIPORE untuk memproduksi sangkar fusi intervertebralis serviks dan lumbar untuk perawatan tulang belakang ortopedi cedera. Paduan -titanium baru adalah bahan canggih untuk ortopedi, kedokteran gigi, dan intervensi vaskular, yang menyumbang 9% dari pangsa pasar perangkat medis global, dan masih berkembang pesat. Pasar perangkat medis ortopedi terutama dibagi menjadi empat bidang: trauma, persendian, tulang belakang, dan lainnya. Di antara mereka, trauma saat ini menjadi satu-satunya subdivisi yang tidak ditempati oleh perusahaan asing. Alasan utamanya adalah karena produk di bidang ini berteknologi rendah, mudah ditiru, dan tidak sulit dioperasikan. Banyak rumah sakit sekunder dan tersier dapat melakukannya, dan perusahaan asing tidak dapat sepenuhnya menutupinya. . Produk trauma dapat dibagi menjadi fiksasi internal dan perangkat fiksasi eksternal. Produk trauma fiksasi internal termasuk paku intramedulla, pelat tulang dan sekrup. Pada tahun 2012, pasar ortopedi domestik menyumbang 34% dari trauma, 28% dari sendi, 20% dari tulang belakang, dan lain-lain. 18%. Sendi besar adalah perangkat medis kelas atas dengan hambatan teknis yang tinggi. Saat ini, rumah sakit utama terutama mengimpor bahan ortopedi. Masih terdapat gap antara produk dalam negeri dan impor dalam hal teknologi, desain, penelitian dan pengembangan, material, dan proses pengolahan permukaan. . Sendi buatan terutama dibagi menjadi sendi lutut, pinggul, siku, bahu, jari, jari kaki, dll. Penggantian sendi yang paling penting termasuk sendi pinggul dan lutut, yang bersama-sama melebihi 95% dari pasar penggantian sendi global. Perangkat implan tulang belakang termasuk sistem pelat tulang belakang torakolumbalis, sistem pelat tulang belakang leher dan sistem sangkar fusi, di antaranya sistem sangkar fusi intervertebralis terutama digunakan untuk pengobatan penggantian diskus intervertebralis, dan itu juga merupakan segmen yang paling penting, terhitung sekitar seluruh pasar implan tulang belakang Setengahnya.
3 Kesimpulan
Kinerja unggul paduan titanium telah mencapai posisi terdepan di bidang medis. Desain material dan teknologi persiapan paduan titanium telah berkembang pesat dengan terobosan bioteknologi dan permintaan besar-besaran untuk aplikasi medis. Paduan titanium medis yang saat ini diproduksi terutama adalah paduan titanium tipe +β. Dari segi proses persiapan, produksi TC4 (TC4ELI) saat ini menempati pangsa pasar yang besar. Paduan titanium tipe memiliki keunggulan tertentu dalam hal biokompatibilitas dan kompatibilitas mekanis, sehingga telah menjadi pusat penelitian paduan titanium medis baru dan merupakan teknologi yang paling menjanjikan di bidang implan medis. Di masa depan, teknologi produksi paduan titanium harus dikembangkan ke arah modulus rendah, kekuatan tinggi, biokompatibilitas yang baik dan kompatibilitas mekanis. Dari perspektif tren perkembangan, paduan titanium tipe akan menjadi arah pengembangan masa depan dan arus utama pasar paduan titanium medis.
