Kemampuan beradaptasi bahan paduan titanium pada tubuh manusia dan jenis bahan titanium untuk keperluan medis

Dalam bidang medis, penggunaan bahan logam harus tidak berbahaya bagi tubuh manusia. Logam yang apabila terkorosi dapat melarutkan ion-ion logam sehingga berdampak pada jaringan seluler makhluk hidup (tubuh manusia), sehingga perlu menggunakan bahan logam yang tidak mudah terkorosi dan sangat tahan terhadap korosi, titanium merupakan salah satu jenis logam. bahan yang sangat tahan korosi. Untuk bahan logam Medis dari seri baja tahan karat hingga berbahan dasar kobalt dan seri paduan berbasis titanium, rasio titanium dan paduan titanium meningkat. Jumlah titanium yang digunakan dalam industri medis di seluruh dunia adalah sekitar 1,000 ta tahun.

1. Adaptasi titanium pada tubuh manusia (kompatibilitas titanium dengan organisme hidup)
Untuk mengamati respon ion logam terhadap kemampuan beradaptasi manusia, kami melakukan metode evaluasi kemampuan beradaptasi sel di laboratorium menggunakan sel yang sensitif terhadap ion logam, seperti fibroblas paru tikus (sel V79) dan jaringan fibroblas tikus (sel I929), yang digunakan untuk eksperimen medis di Tiongkok, dan badan administratif independen (Komite Teknis untuk Standardisasi Evaluasi Biologis Alat Kesehatan). Kami membedakan reaksi ion-ion unsur monomer terhadap tubuh manusia (organisme) yang disediakan oleh Basis Teknis Evaluasi Biologi Alat Kesehatan (Standar Komite Teknis Evaluasi Biologi Alat Kesehatan).
Vanadium (V), nikel (Ni), tembaga (Cu), dll., yang sangat beracun, menyebabkan kematian sel dalam waktu singkat pada tingkat tertentu bagian per juta (×10-6). Dalam kasus vanadium (V) dan nikel (N), misalnya, hasil percobaan pada sel V79 ditunjukkan pada gambar. Hasil uji perendaman selama satu minggu menunjukkan bahwa semua sel mati ketika nikel berada pada kisaran 10×10-6 (pm = parts per Million), sedangkan vanadium (V) berkurang dua digit dan semua sel mati pada kisaran 0.6×. 10-6. Kedua, ketika jaringan keras (tulang) dan jaringan lunak (otot) hewan kecil seperti tikus dan kelinci ditancapkan pada lembaran logam untuk pengujian, logam yang sangat beracun tersebut tentunya menyebabkan nekrosis pada jaringan keras (tulang) dan jaringan lunak (otot). ) di bagian kontak.

Kelompok lain untuk indikasi merugikan, dalam implantasi keadaan melekat, di jaringan fibrosa di tempat kontak, pembentukan semacam tubuh biologis ke tubuh untuk melepaskan reaksi, besi, aluminium, emas, perak, dan seterusnya begitu terwujud. Bahan logam umum seperti baja tahan karat SUS 304L dan baja tahan karat SUS 36L, serta paduan kobalt-kromium, termasuk dalam kategori ini. Potongan logam yang tertanam di jaringan keras tidak menyatu dengan sel tulang, dan ketika uji pelepasan dilakukan beberapa minggu kemudian, potongan tersebut dilepas tanpa perlawanan.
Kelompok ketiga adalah yang paling tidak reaktif dengan organisme hidup dan cocok untuk implantasi dan penempelan titanium, zirkonium, niobium, tantalum, platinum, dan sebagainya. Ketika logam-logam ini ditanamkan atau dilekatkan pada organisme hidup, mereka terikat erat pada jaringan keras dan lunak, menunjukkan fenomena mirip tubuh.

Hasilnya, titanium merupakan logam yang aman karena kecil kemungkinannya menyebabkan cedera pada organisme hidup. Ketika paduan titanium digunakan, tergantung pada elemen paduan yang digunakan, ketahanan korosi paduan titanium lebih rendah dibandingkan titanium murni, dan ketika terjadi korosi, elemen paduan dapat tercuci. Penting untuk memilih elemen paduan yang tahan korosi dan non-invasif. Pada paduan titanium, paduan Ti-6AI-4V telah lama digunakan dalam pembuatan pesawat terbang dan peralatan teknik tahan air laut dan memiliki banyak contoh penggunaan. Di bidang medis, paduan ELI yang memiliki ketahanan korosi yang baik (kandungan besi, oksigen, dan hidrogen rendah) telah lama digunakan. Namun baru-baru ini, sebagai bagian dari penelitian dan pengembangan paduan titanium untuk implantasi dan penempatan, paduan Ti-13Nb-13Zr telah distandarisasi dengan mengganti vanadium (V) dengan niobium (Nb), yang merupakan paduan non-cedera, berdasarkan pada laporan mutagenisitas monomer (ASTM, ISO). Ada juga paduan yang aktif mengeluarkan aluminium, yang akan segera dirilis.

2, bahan titanium untuk penggunaan medis
Standar ASTM Amerika (kode F) untuk penggunaan medis setara dengan standar dunia, dan di Eropa, standar ISO dan standar ASTM sedang dipilah dan digabungkan ke dalam standar Eropa. Di Jepang, kami sedang dalam proses konsolidasi standar domestik dan sudah mulai merumuskan standar berdasarkan standar ISO dengan menggabungkan standar yang sesuai dengan standar ASTM dan ISO.
Bahan titanium yang ditentukan dalam standar ASTM untuk implan dan alat tambahan seperti sendi lutut buatan dan sendi pinggul (termasuk kepala femoralis) dicantumkan menurut bentuknya. Sejak lama, titanium murni dan paduan Ti-6AI-4V, termasuk bahan bubuk, telah digunakan untuk membuat berbagai bentuk suku cadang dan komponen.

3, Aplikasi titanium medis
Titanium digunakan di banyak bagian seperti sendi femoralis buatan, sendi lutut buatan, dan belat tulang, dan juga digunakan dalam bedah ortopedi. Dengan mengubah bentuk peradangan sendi Rematik [diucapkan “Rumatisme”, yang berarti nyeri sendi dan tendon yang parah, tetapi juga untuk penyakit alergi – Catatan Penerjemah] dan penyebab nyeri parah lainnya, yang mengakibatkan kesulitan berjalan, pasien pasien akan menderita penyakit ini penderita kondisi ini diberikan sendi femoralis buatan dan penggantian lutut buatan, yang dapat menghilangkan rasa sakit dan memungkinkan mereka berjalan. Di Jepang, 80,000 penggantian sendi femoralis dan 40,000 penggantian lutut dilakukan dalam satu tahun (statistik tahun 2005). Di masa depan, seiring bertambahnya usia masyarakat, permintaan akan sambungan buatan diperkirakan akan meningkat dalam persentase yang besar.
Titanium tidak cocok untuk semua bagian sambungan buatan. Pada bagian sambungan yang banyak bergerak, titanium tidak cocok karena mudah aus (lebih disukai keramik dan paduan kobalt), dan paduan titanium digunakan untuk bagian implan. Permukaan paduan titanium tidak rata dan dilapisi dengan bahan apatit dan sensitif terhadap tulang seperti bioglass untuk memastikan integrasi dini dengan tulang biologis. Selain itu, untuk fiksasi fraktur, paku intramedulla paduan titanium dan pelat paduan titanium digunakan.

Ada juga tren peningkatan di bidang kedokteran gigi, yang menggunakan implan dan alat tambahan. Titanium digunakan dalam jumlah yang lebih kecil, namun terdapat paduan titanium dan paduan titanium murni dalam bentuk pelat, benang, soket, dan keranjang seperti terlihat pada gambar. Bagian-bagian ini didorong langsung ke tulang rahang dan dilapisi dengan apatit, yang mewakili komposisi tulang, untuk dipasang di bagian gingiva gigi. Titanium cocok untuk implan logam pada kedokteran gigi umum. Ada dua metode, metode pengecoran presisi, dan metode pembentukan superplastik, serta bobotnya lebih ringan dan rasanya tidak enak pada makanan asam dibandingkan dengan paduan kobalt dan kromium sebelumnya, tetapi karena penggunaan titanium tidak tercakup dalam hal ini. diagnosis dan pengobatan asuransi kesehatan, harganya lebih mahal.

Sebagai aksesori implan untuk penyakit dalam, alat pacu jantung dapat ditanamkan saat pasien mengalami detak jantung rendah. Kawat elektroda dimasukkan dari vena subklavia ke jantung, dan elektroda ini memasukkan sinyal elektronik ke alat pacu jantung, menjadikannya alat pacu jantung. Baru-baru ini, alat pacu jantung telah dikembangkan dengan massa 20g dan ketebalan 6mm, yang cukup kecil untuk dihubungkan dengan kawat elektroda dan ditanam di bawah kulit. Baterai dan sirkuit kontrol disimpan dalam wadah kecil (liontin) yang terbuat dari titanium murni, yang tidak bersifat invasif terhadap organisme hidup. Baterainya harus bertahan minimal 6 tahun, sehingga wadah (liontin) harus stabil dan aman dalam jangka waktu lama. Saat ini, hampir 5,000 orang di Jepang telah menerima manfaatnya.

Titanium juga digunakan dalam instrumen bedah. Khusus untuk operasi otak panjang dan bedah saraf yang berlangsung lebih dari 10 jam, forsep harus ringan, dan produk titanium digunakan untuk forsep hemostatik dan sejenisnya. Titanium juga digunakan dalam banyak instrumen perawatan gigi seperti implan, instrumen bedah untuk pemasangan, dan vibrator untuk menghilangkan karang gigi. Selain implantasi dan pemasangan, seperti peralatan bantu dan kursi roda, titanium juga digunakan. Jika ada bagian anggota tubuh yang hilang karena sakit atau kecelakaan, prostesis dibuat untuk mengembalikan fungsinya, dan karena bagian utama prostesis terbuat dari logam, maka digunakan dalam hal ringan, tahan lama (terutama korosi dan ketahanan lelah), dan kompatibilitas dengan organisme hidup (Ni, Cr, dll.). Dalam kasus kursi roda, tujuan utamanya adalah membuat seluruh kursi roda lebih ringan, sehingga dalam beberapa kasus, titanium digunakan untuk hampir semua bagian logam dalam struktur, seperti rangka dan roda.