Apa itu Paduan Titanium Berpori Dan Untuk Apa?

Paduan Ti dan titanium memiliki berbagai keunggulan yang tak tertandingi seperti kepadatan yang rendah, rasio kekuatan yang tinggi, ketahanan korosi yang baik, ketahanan terhadap kelelahan dan biokompatibilitas, yang telah dianggap sebagai salah satu biomaterial yang paling ideal saat ini dan telah menjadi bahan yang lebih disukai secara klinis untuk implantasi tulang dan perbaikan gigi. Namun, modulus elastisitas paduan Ti dan titanium berkisar antara 50 hingga 114 GPa, di mana yang paling umum digunakan Ti6Al4V adalah 110GP, yang jauh lebih tinggi daripada modulus elastisitas tulang manusia (0,02 hingga 20GPa). Ketidaksesuaian modulus elastisitas menyebabkan transfer beban yang buruk dari implan ke jaringan tulang yang berdekatan, sehingga terjadi fenomena "perisai tegangan" (stress shielding), yang menyebabkan penyerapan tulang, penipisan tulang kortikal secara bertahap dan melonggarnya implan, dan bahkan kegagalan pembedahan. Selain itu, ikatan mekanis sederhana antara implan logam yang lemah dan jaringan tulang manusia memengaruhi masa pakai implan. Oleh karena itu, perlu dikembangkan bahan medis baru yang dapat menyamai sifat mekanik jaringan tulang dan mendorong pertumbuhan dan penyembuhan jaringan tulang, dan implan Ti berpori, yaitu Ti atau paduan titanium dengan struktur berpori, menjadi semakin banyak titik fokus penelitian.

Struktur berpori sangat mirip dengan struktur mikro tulang manusia dan memiliki karakteristik kepadatan kecil, luas permukaan spesifik yang besar, dan penyerapan energi yang baik. Paduan titanium berpori menggabungkan sifat fisik dan kimia yang sangat baik dari paduan titanium dan struktur berpori, yang dapat digunakan untuk mensimulasikan struktur trabekular tulang manusia dan mengurangi modulus elastisitas paduan titanium padat. Struktur pori yang unik dari paduan Ti dan titanium berpori kondusif untuk pengangkutan cairan dan nutrisi tubuh, dan permukaannya yang kasar kondusif untuk diferensiasi dan pertumbuhan jaringan tulang baru ke dalam implan, mendorong pembentukan jaringan tulang yang cepat di dalam pori dan hubungan yang efektif dengan jaringan tulang eksternal sehingga meningkatkan kekuatan ikatan dalam bentuk ikatan tulang. Paduan titanium berpori saat ini digunakan dalam implan tulang manusia, artroplasti pinggul, dll., dan dianggap sebagai salah satu bahan biomedis yang paling menjanjikan saat ini. Namun, tidak ada kesimpulan terpadu tentang ukuran pori optimal, porositas, dan parameter geometris lainnya.

Setelah baja tahan karat dan paduan kobalt, paduan Ti dan titanium berpori telah menjadi generasi ketiga bahan logam medis yang muncul di bidang perawatan medis dan klinis. Bahan yang sangat baik untuk penggantian jaringan keras manusia harus memenuhi persyaratan berikut:

• Sifat mekanik yang mirip dengan tulang manusia. Sifat mekanik seperti modulus elastisitas adalah masalah utama yang harus dipertimbangkan oleh Ti berpori sebagai bahan pengganti jaringan tulang manusia. Ini juga memiliki modulus elastisitas yang sesuai dengan tulang manusia (modulus elastisitas tulang kompak 3 ~ 30 GPa, modulus elastisitas tulang kanselus 1 ~ 2 GPa) dan kekuatan mekanik yang cukup (kekuatan tekan tulang kompak 0,3 ~ 1,5 MPa, kekuatan tekan tulang kanselus 100 ~ 230 MPa). Oleh karena itu, hubungan antara porositas, kekuatan dan modulus elastisitas harus dipertimbangkan secara komprehensif. Paduan Ti berpori menyeimbangkan kekuatan dan modulus elastisitas yang memenuhi persyaratan penahan beban secara in vivo dan memiliki kompatibilitas mekanis.
• Biokompatibilitas dan bioaktivitas yang baik. Biokompatibilitas dan bioaktivitas adalah prasyarat untuk keberhasilan aplikasi klinis implan Ti berpori, yang kondusif untuk adhesi, proliferasi, dan pertumbuhan osteoblas, dan mendorong pertumbuhan sel tulang ke dalam implan untuk membentuk fiksasi biologis antara implan dan tulang. Struktur pori yang terhubung meningkatkan biokompatibilitas implan Ti sampai batas tertentu, tetapi Ti adalah bahan bioinert, yang hanya dapat dikombinasikan secara mekanis dengan implan. Komposisi kimiawi, struktur dan sifat permukaan yang sesuai dapat meningkatkan aktivitas biologis Ti berpori, yang kondusif untuk pembentukan ikatan tulang yang baik antara implan dan jaringan tulang. Oleh karena itu, modifikasi permukaan sangat penting untuk meningkatkan biokompatibilitas dan bioaktivitas Ti berpori.
• Porositas yang baik. Sifat mekanik Ti berpori disesuaikan dengan porositas, ukuran pori, dan distribusi pori agar sesuai dengan tulang alami. Porositas yang sesuai adalah 50%-80% dan ukuran pori 150-500 μm, yang juga menciptakan kondisi untuk pertumbuhan sel ke dalam dan aliran cairan.
• Ketahanan korosi yang baik. Keberadaan pori-pori menyebabkan korosi lokal yang kompleks pada Ti berpori di lingkungan cairan tubuh. Area permukaan yang sangat luas meningkatkan kemungkinan reaksi kontak antara implan dan cairan tubuh, sehingga kerusakan korosi mudah terjadi. Laju korosi berkaitan erat dengan lingkungan cairan tubuh, porositas, morfologi dan struktur pori, dll. Dapat dilihat bahwa porositas dan parameter terkait lainnya juga merupakan kunci untuk mengontrol ketahanan korosi Ti berpori.

Sebagai bahan perbaikan tulang yang paling potensial, Ti berpori harus tahan terhadap tekanan tertentu dan memiliki sifat mekanik yang kompatibel dengan jaringan tulang untuk menghindari kegagalan bedah yang disebabkan oleh konsentrasi tegangan. Biokompatibilitas dan bioaktivitas yang baik juga merupakan kondisi yang diperlukan agar Ti berpori dapat digunakan sebagai bahan implan ortopedi.

Struktur berpori yang terhubung tiga dimensi merupakan karakteristik penting dari paduan Ti dan titanium berpori biomedis. Sifat mekanik dan biokompatibilitas yang ideal terkait erat dengan kontrol porositas dan ukuran pori, sehingga persiapan paduan Ti dan titanium berpori sangat penting. Saat ini, ada banyak metode persiapan untuk paduan Ti dan titanium berpori, termasuk sintering, pembentukan dan pengendapan yang cepat.

Metode Sinter

Metode sintering adalah metode tradisional untuk menyiapkan bahan logam, yang terbuat dari logam sebagai bahan baku dalam ruang hampa udara atau atmosfer pelindung melalui perlakuan panas bersuhu tinggi. Metode sintering juga merupakan metode persiapan umum untuk Ti berpori. Menurut metode yang berbeda untuk mendapatkan struktur pori, itu dapat dibagi menjadi metode agen pembentuk pori, belitan serat, metode penumpukan mikrosfer, proses perendaman spons.

Metode Pembuatan Prototipe Cepat

Rapid prototyping (RP) adalah metode untuk membuat komponen padat 3D dengan bentuk kompleks yang dikendalikan oleh model CAD. Metode ini cepat, akurat, dan dapat membuat bentuk padat yang kompleks. Ini adalah metode yang ideal untuk membuat komponen berpori Ti. 3D pencetakan, pembentukan injeksi gel, dan teknologi prototipe cepat lainnya.

Metode Deposisi

Paduan Ti dan titanium adalah biomaterial inert yang khas. Untuk mempersingkat masa penyembuhan setelah implantasi dan meningkatkan kemampuan implan untuk mengikat tulang manusia, mengaktifkan permukaan Ti berpori dan paduan titanium adalah metode yang efektif. Metode modifikasi permukaan paduan Ti dan titanium berpori terutama mencakup metode mekanis, metode fisik, metode elektrokimia, metode kimia dan metode biokimia (Deposisi reaktif, elektrodeposisi, penguapan vakum, penyemprotan plasma, dll.).

Implan mulut dan rahang atas

Paduan Ti dan titanium umumnya digunakan dalam perbaikan gigi dan tulang, tetapi modulus elastisitasnya masih sedikit lebih tinggi daripada tulang autologus, yang membatasi Ti sebagai bahan perbaikan tulang. dalam bedah mulut dan rahang atas, penerapan teknologi manufaktur aditif pada implan berpori dan implan masih dalam penelitian secara umum, tetapi eksperimen simulasi memberikan data yang dapat diandalkan.

Implan Tulang Belakang

Perangkat fusi antar tulang adalah implan yang umum digunakan untuk gangguan tulang belakang yang mengembalikan ketinggian diskus dan memungkinkan fusi tulang. Saat ini, perusahaan Amerika Serikat, Stryker, Nexxt Spine dan Joimax di Jerman telah mendapatkan persetujuan pemasaran untuk produk fusi paduan titanium berpori mereka, yang secara bertahap diaplikasikan dalam praktik klinis.

Implan Pinggul

Penggantian pinggul total telah banyak digunakan dalam pengobatan nekrosis kepala femoralis, patah tulang leher femoralis, dan penyakit lainnya, dan merupakan salah satu penggantian sendi artifisial yang paling banyak dilakukan. Cawan asetabular adalah implan pinggul yang umum digunakan. Saat ini, sejumlah cangkir acetabular paduan titanium berpori yang dicetak 3D telah didaftarkan dan disetujui.

Kesimpulannya, Ti berpori memiliki keunggulan mutlak di bidang bahan perbaikan tulang dalam pengobatan klinis di masa depan karena sifat komprehensifnya yang baik. Namun, penelitian tentang modifikasi permukaan, bioaktivasi dan mekanisme induksi jaringan tulang masih perlu dipelajari lebih lanjut. Ti berpori dengan kecocokan biomekanik dan aktivitas biologis yang lebih baik dapat dibuat dengan memilih metode preparasi dan parameter proses yang sesuai untuk memenuhi kebutuhan pasien. Studi tentang aktivasi permukaan, induksi dan mekanisme Ti berpori dapat meningkatkan kekuatan ikatan antara implan dan jaringan tulang, memperpendek periode integrasi tulang dan mengurangi rasa sakit pasien; bagaimana mengurangi biaya pembuatan Ti berpori juga merupakan masalah yang mendesak.