Analisis Bahan Sendi Buatan: Logam Implan Medis? Polimer? Keramik?

2. Bahan logam

Bahan logam banyak digunakan dalam sambungan buatan karena sifat mekaniknya yang baik, kemudahan pemrosesan dan stabilitas. Bahan logam utama termasuk stainless steel, paduan berbasis kobalt, paduan titanium, dan logam tantalum.

Paduan Titanium


Titanium adalah logam struktural penting yang dikembangkan pada 1950 -an. Paduan titanium pertama yang digunakan adalah paduan TI-6AL-4V yang berhasil dikembangkan pada tahun 1954 di Amerika Serikat, yang menjadi paduan ace dalam industri paduan titanium karena ketahanan panas, kekuatan, plastisitas, ketangguhan, kemampuan, las, korosi yang lebih baik resistensi dan biokompatibilitas. Pada 1950-an, itu dikembangkan sebagai bahan tubuh aero-mesin dan pesawat terbang, dan aplikasi utamanya dalam industri ini ditandai dengan kekuatan tinggi, plastisitas tinggi, ketangguhan tinggi dan toleransi kerusakan logam tinggi. Saat ini, standar domestik untuk paduan Ti-6al-4V untuk sambungan buatan adalah YY 0117.2-2005.

Besi tahan karat

Stainless Steel adalah bahan pertama yang digunakan dalam prostesis sendi buatan, memiliki ketahanan korosi tertentu dan kekuatan mekanik, tetapi mengandung unsur-unsur seperti Ni memiliki efek teratogenik, tidak cocok untuk tinggal jangka panjang di tubuh 1, sebagai tambahan, bahan baja tahan karat Sendiri tidak aktif secara biologis, sulit untuk membentuk ikatan yang stabil dan padat dengan jaringan tulang. Oleh karena itu, dalam bahan gabungan buatan, stainless steel secara bertahap digantikan oleh paduan berbasis kobalt dan paduan titanium. Dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan klinis paduan berbasis kobalt dan paduan titanium sebagai bahan prostesis sendi buatan.

Dibandingkan dengan stainless steel, film pasif dari paduan berbasis kobalt lebih stabil dan memiliki ketahanan korosi yang lebih baik. Kerugiannya terutama termasuk pencucian plasma CO dan Ni yang disebabkan oleh korosi gesekan logam, yang merangsang sekresi sitokin 0pg dan zat lain2 dan menyebabkan nekrosis sel tulang dan jaringan in vivo, sehingga menyebabkan komplikasi seperti melonggarkan sendi pasien dan in vivo tenggelamnya prostesis bersama.

Paduan Cobalt-Chromium


Paduan kobalt-kromium adalah paduan keras yang tahan terhadap berbagai jenis keausan dan korosi serta oksidasi suhu tinggi. Ini biasanya disebut sebagai paduan kobalt-chromium-tungsten (molybdenum) atau paduan stearat (paduan Stearic ditemukan oleh American Elwood Hayness pada tahun 1907). Paduan berbasis kobalt dibuat dengan kobalt sebagai komponen utama dan mengandung sejumlah besar nikel, kromium, tungsten dan sejumlah kecil molibdenum, niobium, tantalum, titanium, lanthanum dan elemen paduan lainnya.


Kobalt dan kromium adalah dua elemen dasar paduan berbasis kobalt, sedangkan penambahan molibdenum memberikan biji-bijian yang lebih halus dan kekuatan yang lebih tinggi setelah casting atau forging. Paduan kobalt-chromium-molybdenum pada dasarnya dibagi menjadi dua kategori: satu adalah paduan COCRMO, yang biasanya merupakan produk cor, dan yang lainnya adalah paduan conicrmo, yang biasanya (panas) dipalsukan untuk pemesinan presisi. Produk gabungan buatan umum digunakan sebagai paduan cocrmo cor, dan implan terkait gigi juga dapat diproduksi. Saat ini, standar domestik untuk casting paduan Cocrmo adalah YY 0117.3-2005.

Bahan logam berpori tantalum

Bahan tantalum berpori adalah jenis baru bahan implan ortopedi yang baru -baru ini muncul. Karena histokompatibilitasnya yang baik, porositas tinggi, koefisien gesekan permukaan tinggi dan modulus elastis rendah, telah diakui sebagai bahan implan ortopedi yang ideal. Struktur pori logam tantalum berpori mirip dengan trabekula tulang cancellous, dengan struktur pori terhubung tiga dimensi, yang sangat cocok untuk masuknya panjang jaringan tulang; Modulus elastisnya cocok dengan modulus elastis jaringan tulang di lokasi implantasi, menghindari efek masking stres. Berpori tantalum secara kimiawi stabil di lingkungan cairan tubuh dan menunjukkan biokompatibilitas yang sangat baik. Banyak keuntungan logam tantalum berpori telah menyebabkan meningkatnya minat dan penggunaan luas dalam aplikasi klinis.


Sumber Gambar: Internet

Data publik menunjukkan bahwa pasar perangkat medis tumbuh pada CAGR 5,6% dari 2018-2024 (Sumber: Firestone Creations). Dalam hal segmentasi, penjualan perangkat medis ortopedi adalah $ 36,5 miliar, menyumbang 9% dari saham perangkat medis global. Bagaimana pemilihan material, desain produk, dan evaluasi biologis implan ortopedi logam menjadi tantangan mendesak saat ini?

3. Bahan Keramik

Di bidang medis, keramik digunakan sebagai bahan implan tidak hanya untuk sendi buatan, tetapi juga untuk prosthetics oral. Di antaranya, implan gigi keramik adalah pasar potensial yang menarik bagi perusahaan material keramik di seluruh dunia.

Bahan keramik adalah jenis baru bahan prostetik yang muncul setelah logam dan polietilen. Ini banyak digunakan karena biokompatibilitasnya yang baik dan tingkat keausan yang rendah. Ini terutama digunakan untuk lapisan asetabular, bagian kepala femoralis atau prostesis kondilus femoralis. Hidangan yang kita gunakan dalam hidup juga terbuat dari keramik, tetapi bahan keramik yang dipilih untuk prostesis bersama sangat berbeda dari keramik yang digunakan untuk hidangan.

Keramik yang digunakan dalam hidup terbuat dari tanah liat yang disinter pada suhu tinggi, sedangkan keramik yang digunakan dalam prostesis sendi terbuat dari alumina dan zirkonia kemurnian tinggi, dan suhu sintering lebih tinggi dan lebih terkontrol secara ketat. Sendi pinggul buatan, di sisi lain, dibagi menjadi tiga kategori: keramik-keramik, keramik-polietilen, dan paduan-polyethylene, tergantung pada bahan kepala bola dan cangkir asetabular. Perbedaan utama antara keramik-keramik, keramik-polietilen dan paduan-polietilen tercermin dalam sifat mekanik dan biologis. Bahan khusus dan proses spesifik menghasilkan keramik yang tahan aus dan keras. Literatur melaporkan bahwa prostesis pinggul yang terbuat dari keramik hanya mengenakan 5 mikron per tahun, menjadikannya tahan lama dan pilihan terbaik untuk pasien muda.

Penggantian sendi buatan telah dipuji sebagai salah satu tonggak utama dalam sejarah bedah ortopedi pada abad ke -20, dan landasan penciptaan dan pengembangan penggantian sendi terletak pada prostesis sendi. Prosthesis bersama mungkin tampak tidak signifikan, tetapi merupakan hasil dari integrasi sains dan teknologi di banyak bidang seperti kedokteran, metalurgi, bahan, bahan kimia, dan mekanik, dan merupakan hasil dari upaya bersama antara ahli bedah ortopedi dan ilmuwan dari ahli bedah ortopedi dan ilmuwan bidang yang berbeda. Dengan perkembangan teknologi, semakin banyak bahan prostetik yang sangat baik akan muncul untuk kepentingan pasien, sehingga pasien dapat menyingkirkan penyakit sendi.