不銹鋼合金在醫療行業中的應用

不銹鋼合金在醫療行業中的應用

由于不銹鋼合金多樣化的獨特性能,因而成為了現代醫學領域中不可或缺的材料。所需具備要的材料特性包括:對體液有良好的抗腐蝕性,生物相容性,優良的強重比,抗疲勞性和低磁化率。生物相容性一詞較難定義,可以簡單地描述為:在人體的特定環境中發揮適當作用的能力。

 但是,傳統的不銹鋼材料無法達到如此嚴格的性能要求,例如:要達到關節植入物的耐磨性要求,通常需要使用Co-Cr合金。在其它應用中,由于鈦合金有助于促進骨整合,使植入物與骨組織上乘附著,從而受到市場青睞。瑞典科學家Br?nemark是率先采用骨整合的先驅之一,他在60年代中期開始將含鈦的牙科植入物用于牙科醫學。

心血管支架是一種比較特殊的應用,基于鎳和鈦的形狀記憶合金成功地應用于心血管支架。該領域市場龐大,應用種類繁多,在此無法逐一描述。我們把關注點集中在其中一些應用上。特殊合金在醫療行業中的應用主要分為以下三個領域:牙科和外科器械、心血管以及康復醫學。傳統的不銹鋼基本上用于器械和創傷。

牙科

 牙科和外科器械的種類繁多,包括鉸刀、鉤子、鉗子、牽開器、螺絲刀、手術刀片、解剖刀和手術針。在器械應用方面,傳統不銹鋼(主要是奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼)通常能夠發揮令人滿意的性能。而我們在此要介紹的是沉淀硬化不銹鋼Sandvik Nanoflex,其具有獨特的性能,是嚴格地為達到手術針的應用需求而量身設計的,該應用要求材料具備高強度和高延展性。

沉淀物使硬化的馬氏體基質具備更高的強度,從而實現了超過3000MPa的拉伸強度。由于具有高強度、高延展性及良好的邊緣保持性,該材料不僅適用于縫合針,也可用于鉆頭、螺絲刀、龍頭、鉸刀和刺血針。手術針示例參見圖1a,眼科手術如圖1b所示。眼睛是非常脆弱的器官,在操作時應格外小心。毫無疑問,手術針必須具備高強度和高延展性才能確保手術萬無一失。

心血管

心血管器械的應用包括:起搏器和ICD(植入式心律轉復除顫器)引線、心血管支架、導絲系統、感應線、人造心瓣膜、醫用導管和心血管牽開器。在一些應用中,如:

 導絲和感應線,304型和316型奧氏體不銹鋼能夠發揮令人滿意的性能。但是心血管器械通常需要采用特殊的合金,如F562 (一種含 35% 鈷、35% , 20% 鉻、10% 鉬的合金), ASTM B684 (一種含10% 20% 銥的鉑銥合金)或含貴金屬芯的復合材料。由于其具有抗腐蝕性能、高強度和抗疲勞性能,F562也可用于支架、起搏器和ICD引線。

收縮式和擴張式外周動脈支架。形狀記憶是指可以在某個溫度下經受形變,然后在形變溫度下經加熱恢復到原始無變形狀態的能力。來自維基百科。      

康復

 隨著人口預期壽命的延長以及世界人口數量的增長,人體置換植入物的市場需求越來越大。置換植入的部位包括臀部、膝蓋、肩膀、手腕和肘部。適宜的材料為奧氏體不銹鋼(ASTM F138, 高氮ASTM F1586),鈦合金(主要是Ti-6Al-4V)或鈷基合金(如ASTM F75)。由于鈦及其合金的彈性較軟,更接近于骨頭的彈性,所以不易因疲勞而失效。鋼釘通常由Ti-6Al-4V制成。影響材料選擇的因素是成本和患者的年齡。植入物對創傷狀態起到重要的作用,如:事故后的骨修復和骨支撐。此類植入物通常由鈦或不銹鋼制成。

X射線圖像顯示了膝蓋完全置換(左邊)和膝蓋部分置換(右邊)。上部是股骨部位,下部是脛骨部位。聚合材料植入物在X射線圖像中不可見。

手術前膝蓋植入物組件展示。它們的位置在圖4b中可見。

醫療器械的議題是豐富的,無法在短篇文章中**介紹。我們的目的只不過是展示出醫療領域的一些例子,來強調不銹鋼合金在提高生活質量方面有著重要作用。在此我們用現實中的一個案例來進行*后的論述。


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