Miksi näitä kahta materiaalia usein verrataan?
Ti-6Al-4V ELIon erittäin matala interstitiaalinen (ELI) -versio vakiintuneesta Ti-6Al-4V titaaniseoksesta. Vähentämällä interstitiaalisten elementtien, kuten hapen ja raudan, sallittuja määriä se tarjoaa hyödyllisen tasapainon korkean lujuuden, taipuisuuden ja murtumislujuuden välillä. Siitä on tullut vakiintunut materiaali lääketieteellisiin implantteihin.
Huolet vanadiini-ionien mahdollisesta sytotoksisuudesta ja niiden mahdollisesta kertymisestä kehoon ovat kuitenkin saaneet tutkijat tutkimaan vanadiinittomia vaihtoehtoja.Ti-6Al-7Nbkehitettiin yhdeksi sellaiseksi vaihtoehdoksi, joka korvaa vanadiinin niobiumilla ja tarjoaa samalla vertailukelpoiset mekaaniset ominaisuudet sopivissa materiaaliolosuhteissa.
Tämä on tehnyt Ti-6Al-7Nb:stä vaihtoehdon Ti-6Al-4V ELI:lle lääketieteellisissä implanttisovelluksissa. Miten näitä kahta materiaalia verrataan käytännössä? Tässä artikkelissa tarkastellaan niiden kemiallista koostumusta, mekaanisia ominaisuuksia, biologista yhteensopivuutta, kustannuksia ja läpimenoaikaa.
1. Kemiallisen koostumuksen vertailu
Molemmat seokset ovat alfa-beta-titaaniseoksia, joilla on sama nimellinen alumiinipitoisuus (5,5–6,5 %). Suurin ero on beeta-stabiloivassa seosaineelementissä.
| Elementti (paino-%) | Ti-6Al-4V ELI | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|
| Al | 5.5–6.5 | 5.5–6.5 |
| V | 3.5–4.5 | - |
| Huom | - | 6.5–7.5 |
| Fe (enintään) | 0.25 | 0.25 |
| O (maks.) | 0.13 | 0.20 |
| C (enintään) | 0.08 | 0.08 |
| N (enintään) | 0.05 | 0.05 |
| K (enintään) | 0.0125 | 0.009 |
| Ta (enintään) | - | 0.50 |
Tietolähteet: ASTM F136 (Ti-6Al-4V ELI) ja ASTM F1295 (Ti-6Al-7Nb).
Ti-6Al-7Nb:llä on suurempi sallittu maksimihappipitoisuus (0,20 % vs . 0.13 %). Happi lisää titaaniseosten lujuutta, mutta voi vähentää taipuisuutta ja murtolujuutta, kun sen pitoisuus on liian korkea. Siksi todellinen tasapaino lujuuden ja sitkeyden välillä riippuu materiaalin koostumuksesta ja käsittelyolosuhteista.
Ti-6Al-7Nb:lle määritetty suurin vetypitoisuus on pienempi (0,009 % vs . 0.0125 %). Vedyn hallinta on tärkeää, koska liiallinen vety voi edistää haurastumista ja vaikuttaa murtumiskestävyyteen.
2. Mekaanisten ominaisuuksien vertailu
| Omaisuus | Ti-6Al-4V ELI | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|
| Vetolujuus | 860–950 MPa | 900-1050 MPa |
| Sadonvoimakkuus | 760-880 MPa | 800-880 MPa |
| Venymä murtuman jälkeen | suurempi tai yhtä suuri kuin 10 % | suurempi tai yhtä suuri kuin 10 % |
| Pinta-alan pienentäminen | suurempi tai yhtä suuri kuin 25 % | suurempi tai yhtä suuri kuin 25 % |
| Kimmomoduuli | Noin 110 GPa | Noin 105 GPa |
Keskeinen ero ei ole välttämättä absoluuttinen lujuus, vaan se, kuinka lujuus ja sitkeys ovat tasapainossa. Ti-6Al-7Nb sallii korkeamman maksimihappipitoisuuden, joten huolellinen prosessin ohjaus on tärkeää vaaditun lujuuden ja venymän yhdistelmän saavuttamiseksi.
Valmistuksen kannalta taontalämpötilat ja lämpökäsittelyparametrit on valittava lejeeringin, tuotteen mittojen ja vaadittujen ominaisuuksien mukaan. Ei pidä olettaa, että käsittelyikkuna on joka tapauksessa kapeampi ottamatta huomioon todellista tuotantoreittiä ja materiaalin kuntoa.
3. Biologisen yhteensopivuuden vertailu
Biologinen yhteensopivuus on yksi tärkeimmistä syistä, miksi näitä kahta materiaalia verrataan.
Vanadiinin vapautuminen
Vuonna 1989 julkaistu bioyhteensopivuustutkimus raportoi mitattavissa olevan vanadiinin vapautumisen Ti-6Al-4V ELI-jauheesta, joka oli upotettu simuloituun kehon nesteeseen 1–7 päivän ajan. Raportoitu vanadiinin vapautumisnopeus oli 194,3 ± 17,6 pg/mg lejeerinkiä päivässä, kun taas alumiinin vapautumisnopeus oli 73,0 ± 28,1 pg/mg lejeerinkiä päivässä.
Tutkimuksessa kerrottiin myös, että immersioliuokset eivät osoittaneet mutageenisuutta bakteerimutaatioissa ja suunnittelemattomissa DNA-synteesi (UDS) -testeissä. Nämä havainnot osoittavat, että lejeeringin käyttäytyminen testiolosuhteissa tulee ottaa huomioon sen korroosionkestävyyden ja mahdollisen metalli-ionien vapautumisen ohella.
Lähde:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2794696/#1
Miksi pitää niobiumia vaihtoehtona?
Ti-6Al-7Nb korvaa vanadiinin niobiumilla. Niobiumilla katsotaan yleensä olevan suotuisat bioyhteensopivuusominaisuudet, ja kokeelliset tutkimukset ovat raportoineet hyvistä biologisista vasteista Ti-6Al-7Nb:lle.
Rotan kalvariaalisen implantaatiomallin mukaan Ti-6Al-7Nb-istutteet eivät osoittaneet siirtymää, luun resorptiota tai nesteen kertymistä 1–3 kuukauden tarkkailujakson aikana. Uusi luu muodostui implanttien ympärille, eikä tulehduksellista vastetta raportoitu. Myös muut tutkimukset, joissa on käytetty soluviljelmiä ja eläinmalleja, mukaan lukien rotat ja lampaat, ovat raportoineet myönteisistä bioyhteensopivuustuloksista.
Lähteet:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24322029/#1
https://ouci.dntb.gov.ua/works/7B0LWDol/#1
Nykyinen tutkimus tukee Ti-6Al-7Nb:n biologista yhteensopivuutta, mutta nämä kokeelliset löydökset eivät yksin todista, että se on kliinisesti turvallisempi kuin Ti-6Al-4V ELI pitkällä aikavälillä. Jommankumman seoksen suorituskyky on arvioitava sen materiaalin kunnon, pinnan ominaisuuksien, implantin suunnittelun ja saatavilla olevan kliinisen näytön perusteella.
4. Kustannusten vertailu
Yleensä niobium voi olla kalliimpaa kuin vanadiini seosaineena. Kuitenkin sieni-titaani-, sulatus- ja käsittelykustannukset vaikuttavat myös merkittävästi titaaniseoksen tuotannon kokonaiskustannuksiin.
Niobiumin ja vanadiinin hintaero ei sinänsä määrää titaanitankojen lopullista hintaa. Todellinen hinta riippuu metalliseoksen spesifikaatiosta, mitoista, tilausmäärästä, valmistusreitistä ja tarkastusvaatimuksista.
Suosittelemme, että pyydät tarjouksen molemmista materiaaleista toimittajaltasi, jotta voit vertailla todellisia hintoja sen sijaan, että luottaisit yleisiin kustannusoletuksiin.
5. Toimitusajan vertailu
Toimitusaikamme näille kahdelle materiaalille riippuvat varaston saatavuudesta ja tuotannon aikataulusta eikä itse materiaaleista.
Koska Ti-6Al-4V ELI on vakiintunut lääketieteellinen titaaniseos, säilytämme yleensä paremman varaston saatavuuden vakiokokoille. Ti-6Al-7Nb on erikoisempi metalliseos, ja saatavilla oleva varastomme voi olla rajoitetumpi. Tarjonta voi siksi olla enemmän riippuvainen tuotannon aikataulusta.
Todelliset toimitusajat voivat vaihdella huomattavasti vaadituista mitoista, tilausmäärästä ja tarkastusvaatimuksista riippuen. Suosittelemme ottamaan meihin yhteyttä varmistaaksemme nykyisen toimitusajan erityistarpeidesi mukaan.
Seuraavassa taulukossa on ohjeellinen viite:
| Tarjonnan kunto | Ti-6Al-4V ELI | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|
| Varastossa | Lähetys noin 7 päivän sisällä | Noin 7 päivää, kun varastossa on riittävästi |
| Valmistettu tilauksesta | 15-30 päivää | 20-30 päivää |
Nämä ovat suuntaa-antavia arvioita, eivät taattuja toimitusaikoja. Vahvista todellinen aikataulu meille ennen tilauksen tekemistä.
6. Materiaalivalintasuositukset
| Hakemus tai vaatimus | Suositeltava materiaali |
|---|---|
| Kantavat implantit, joissa suositaan vanadiinitonta metalliseosta | Ti-6Al-7Nb |
| Kantavat implantit, joissa hinta on tärkeä näkökohta ja Ti-6Al-4V ELI on jo hyväksytty | Ti-6Al-4V ELI |
| Sovellukset, joissa metallien herkkyydestä on erityisiä huolenaiheita | Arvioi Ti-6Al-7Nb asiaankuuluvien biologisten todisteiden ohella |
| Olemassa olevat laitteet ovat hyväksyttyjä Ti-6Al-4V ELI:lle, ilman tunnistettua materiaalimuutostarvetta | Jatka olemassa olevan pätevän materiaalin käyttöä |
Arviomme mukaan Ti-6Al-7Nb on vakiintunut vaihtoehto Ti-6Al-4V ELI:lle lääketieteellisissä implanttisovelluksissa, erityisesti kun vanadiiniton seos on edullinen. Kuitenkin valmistajilta, joiden laitteet ovat jo hyväksytty Ti-6Al-4V ELI:lle, materiaalien vaihtaminen voi edellyttää lisätestausta, validointia ja viranomaistarkastelua.
Materiaalin valinnan tulisi siksi perustua mekaanisten ominaisuuksien lisäksi myös aiottuun käyttötarkoitukseen, biologiseen arviointiin, valmistusvaatimuksiin ja sääntelyyn liittyviin vaikutuksiin.
Ti-6Al-7Nb:n ja Ti-6Al-4V ELI:n vertailu ei ole vain kysymys siitä, kumpi materiaali on parempi. Tärkeämpi kysymys on, mikä materiaali sopii paremmin sinun sovellukseesi.
Jos tarvitset tietoja tankojen koosta, toimitusajoista tai näytteiden saatavuudesta jommallakummalla seoksella, ota meihin yhteyttä vahvistusta varten.