โลหะผสมไทเทเนียมชีวการแพทย์: เกรด มาตรฐาน และอุปทาน

เหตุใดไทเทเนียมจึงครองวัสดุปลูกถ่าย

ไทเทเนียมอยู่ในจุดที่ความแข็งแรงทางกล ความต้านทานการกัดกร่อน และการตอบสนองทางชีวภาพมาบรรจบกัน ชั้นไทเทเนียมไดออกไซด์แบบพาสซีฟก่อตัวภายในมิลลิวินาทีในอากาศหรือของเหลวในร่างกาย และจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทันทีหากมีรอยขีดข่วน ดังนั้นโลหะจึงไม่ปล่อยไอออนในอัตราที่กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาของเนื้อเยื่อ ความหนาแน่นประมาณ 4.5 ก./ซม. ช่วยให้อุปกรณ์และอุปกรณ์ต่างๆ มีน้ำหนักเบา และโมดูลัสยืดหยุ่นของมัน ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 110 GPa สำหรับ Ti-6Al-4V นั้นมีค่าต่ำที่สุดในบรรดาโลหะปลูกถ่ายที่มีโครงสร้าง แม้ว่าจะยังคงอยู่สูงกว่า 10 ถึง 30 GPa ของกระดูกเยื่อหุ้มสมองก็ตาม

ช่องว่างโมดูลัสนั้นเป็นปัญหาทางวิศวกรรมส่วนกลาง รากฟันเทียมที่แข็งกว่าจะรับน้ำหนักมากกว่ากระดูกที่อยู่รอบๆ และกระดูกจะตอบสนองด้วยการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและการสูญเสียความหนาแน่น โลหะผสมไทเทเนียมเบต้าโมดูลัสที่ต่ำกว่าได้รับการพัฒนาเพื่อปิดช่องว่าง และการออกแบบอุปกรณ์จะชดเชยผ่านโครงสร้างและรูปทรงที่มีรูพรุน

ระดับครอบครัวและมาตรฐานที่ใช้บังคับ

เกรดโฆษณาคั่นระหว่างหน้าพิเศษ-ต่ำ-ไม่ใช่โลหะผสมที่แตกต่างกัน แต่เป็นการวิเคราะห์ที่เข้มงวดมากขึ้น ออกซิเจนและเหล็กที่ลดลงช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหักของรอยแตกร้าวและความต้านทานต่อการเจริญเติบโตของรอยแตกเมื่อยล้า ซึ่งมีความสำคัญสำหรับก้าน แผ่น หรือสกรูที่จะรับภาระแบบวนซ้ำเป็นเวลาหลายปี เกรดแบริ่งวาเนเดียม-อิสระและไนโอเบียม-ถูกนำมาใช้ในกรณีที่นโยบายความเข้ากันได้ทางชีวภาพเฉพาะไม่รวมวานาเดียม

สมรรถนะทางกลในแง่การออกแบบ

ไทเทเนียมบริสุทธิ์เกรด 2 มีความต้านทานแรงดึงประมาณ 345 MPa และใช้สำหรับส่วนประกอบที่ต้องการความสามารถในการขึ้นรูปมากกว่าความแข็งแรง เกรด 5 ที่ผ่านการอบอ่อนมีแรงดึงประมาณ 895 MPa และให้ผลตอบแทน 828 MPa โดยมีการยืดตัว 10% และเกรด ELI มีการระบุไว้ใกล้กับแรงดึง 860 MPa โดยให้ผลผลิต 795 MPa ในขณะที่ให้ความเหนียวที่ดีกว่า ความต้านทานความล้าของ Ti-6Al-4V ขัดเงาอยู่ที่ประมาณ 40 ถึง 50% ของความต้านทานแรงดึงที่ 10 ล้านรอบ ดังนั้นการตกแต่งพื้นผิว ไม่ใช่การเลือกใช้โลหะผสม จึงเป็นปัจจัยจำกัดตามปกติของวัสดุฝังเทียมจริง

ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปแล้วจะได้รับการบำบัดด้วยความร้อนจนถึงการอบอ่อนหรือในสารละลายที่ผ่านการบำบัดและอยู่ในสภาพเก่า ขึ้นอยู่กับความสมดุลของคุณสมบัติที่ต้องการ และการบำบัดจะถูกบันทึกไว้ในใบรับรองพร้อมกับผลลัพธ์ด้านแรงดึงและความแข็ง

แบบฟอร์มและเงื่อนไขการจัดส่ง

ด้ามและแท่งสำหรับกลึงสกรู แผ่น ตะปู และส่วนประกอบเครื่องมือ

ลวดสำหรับสายไฟ สายไฟ และลวดเย็บของ Kirschner

แผ่นและแถบสำหรับแผ่นกะโหลก ตาข่าย และถาดกระดูก

การขึ้นรูปสำหรับก้านสะโพก ส่วนประกอบข้อเข่า และส่วนกระดูกสันหลัง

ท่อสำหรับ cannulae และเครื่องมือที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด

วัสดุปลูกถ่ายจะถูกจัดส่งในสภาวะที่ผ่านการอบอ่อนหรือผ่านการบำบัดด้วยสารละลาย โดยมีใบรับรองที่ระบุคุณสมบัติทางเคมีเทียบกับขีดจำกัด ASTM หรือ ISO ที่เกี่ยวข้อง สมบัติทางกล สภาวะของโครงสร้างจุลภาคตามที่ระบุไว้ และหมายเลขความร้อนที่ช่วยให้สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ สภาพพื้นผิวได้รับการควบคุม: แท่งมักจะถูกกราวด์และขัดเงาแบบไม่มีศูนย์กลาง และแผ่นจะถูกขจัดตะกรันและเรียบ

ข้อกำหนดในการประมวลผลที่ปกป้องประสิทธิภาพ

การตัดเฉือนเป็นไปตามกฎปกติสำหรับไทเทเนียม โดยใช้เครื่องมือคาร์ไบด์ที่มีความคม มีน้ำหล่อเย็นที่เพียงพอ และของเหลวที่ปราศจากคลอไรด์- เนื่องจากคลอไรด์ที่ตกค้างทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจากความเค้น หลังจากการขึ้นรูปหรือการเชื่อม ชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกทำความสะอาด ดอง และผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น ASTM B600 สำหรับการขจัดตะกรันและการทำความสะอาด และ ASTM F86 สำหรับการเตรียมพื้นผิวของรากฟันเทียม หลีกเลี่ยงการปนเปื้อนด้วยเหล็กจากเครื่องมือเหล็กหรือคาร์บอนจากปากกาทำเครื่องหมาย เนื่องจากทั้งสองอย่างนี้ทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะที่ การเชื่อมทำได้ภายใต้ก๊าซเฉื่อยโดยมีเกราะป้องกันโลหะร้อนเต็มส่วน และกระบวนการปิ๊กอัพออกซิเจน ไนโตรเจน และไฮโดรเจนจะถูกควบคุมโดยขั้นตอน

การควบคุมคุณภาพและข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

มีการปล่อยล็อตเกี่ยวกับเคมี การทดสอบแรงดึง ความแข็ง และการประเมินโครงสร้างจุลภาคและการรวมเข้า ในกรณีที่จำเป็น ใบรับรองจะระบุมาตรฐานวัสดุ สภาวะ และห้องปฏิบัติการทดสอบที่แน่นอน ดังนั้นผู้ผลิตอุปกรณ์จึงสามารถปิดห่วงโซ่การตรวจสอบย้อนกลับไปยังบันทึกผู้ป่วยได้

ข้อผิดพลาดที่สร้างความเสียหายมากที่สุดคือการซื้อเกรดไทเทเนียมเชิงพาณิชย์และถือว่าเป็นไปตามมาตรฐานของรากฟันเทียม เกรด 5 ถึง ASTM B348 และเกรด 5 ถึง ASTM F1472 มีลักษณะคล้ายกันบนภาพวาด แต่จะแตกต่างกันในขีดจำกัดการวิเคราะห์และในการตรวจสอบที่ผู้ผลิตดำเนินการ การแทนที่เกรดแบบควบคุมคั่นระหว่างหน้าที่ต่ำกว่าเพื่อประหยัดต้นทุนก็มีความเสี่ยงพอๆ กัน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจะแสดงเป็นค่าความเหนียวที่ลดลง แทนที่จะเป็นค่าความแข็งแกร่งที่ลดลง ซึ่งยากต่อการตรวจจับในการตรวจสอบขาเข้าตามปกติ

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: ไทเทเนียมเกรด 5 และเกรด 23 แตกต่างกันอย่างไร

ตอบ: เป็นอัลลอยด์ Ti-6Al-4V ที่เป็นเบสเดียวกัน แต่เกรด 23 นั้นเป็นอัลลอยด์แบบคั่นระหว่างหน้าต่ำเป็นพิเศษ โดยมีออกซิเจนจำกัดอยู่ที่ 0.13% และเหล็กอยู่ที่ 0.25% ซึ่งช่วยปรับปรุงพฤติกรรมความเหนียวและความเมื่อยล้า

ถาม: มาตรฐานใดครอบคลุมไทเทเนียมบริสุทธิ์สำหรับการปลูกรากฟันเทียม?

ตอบ: ASTM F67 ในสหรัฐอเมริกาและ ISO 5832-2 ในระดับสากล ครอบคลุมเกรด 1 ถึง 4 โดยมีออกซิเจนและความแข็งแรงเพิ่มขึ้น

ถาม: เหตุใดโมดูลัสยืดหยุ่นจึงมีความสำคัญต่อการปลูกถ่าย?

ตอบ: รากฟันเทียมที่มีความแข็งกว่ามากจะช่วยปกป้องกระดูกที่อยู่รอบๆ ไม่ให้รับภาระ จากนั้นกระดูกจะมีรูปร่างใหม่และบางลง การออกแบบและการเลือกโลหะผสมมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดความไม่ตรงกันดังกล่าว

ถาม: มีไทเทเนียมฟรีวานาเดียมหรือไม่

ก. ใช่. Ti-6Al-7Nb ถึง ASTM F1295 / ISO 5832-11 แทนที่วาเนเดียมด้วยไนโอเบียม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกรณีที่เลือกใช้โลหะผสมที่ปราศจากวานาเดียม

Q: ภาวะการคลอดเป็นเรื่องปกติของแถบรากฟันเทียม?

ตอบ: ผ่านการอบอ่อนหรือผ่านการบำบัดด้วยสารละลาย บดแบบไม่มีศูนย์กลางและขัดเงา โดยมีใบรับรองที่แสดงคุณสมบัติทางเคมี สมบัติทางกล และสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ตามหมายเลขความร้อน