高氮無(wú)鎳不銹鋼在醫療領(lǐng)域的應用前景

  目前,以316L或317L為代表的醫用奧氏體不銹鋼被廣泛用來(lái)制作各種人工關(guān)節、骨折內固定器械和心血管支架等高端醫療器械產(chǎn)品。但是醫用不銹鋼植入人體以后,由于不可避免的微量腐蝕或磨損,必然使其中含有的金屬離子溶出,可能引起水腫、過(guò)敏、感染、組織壞死等不良組織學(xué)反應。其中316L不銹鋼中含鎳10%以上。臨床研究已經(jīng)證明,醫用金屬材料中鎳離子的溶出,除引起致敏和發(fā)炎反應外,還可能會(huì )誘發(fā)腫瘤或血栓的形成。因此研發(fā)新型醫用無(wú)鎳不銹鋼已經(jīng)成為醫用不銹鋼主要的發(fā)展趨勢。其中,最有希望的是以氮代替鎳的新型醫用不銹鋼,不僅避免了鎳元素的潛在危害,而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性。

  1999年美國CARPENTER公司研究開(kāi)發(fā)了一種新型的醫用高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼(Fe-21Cr-22Mn-1Mo-1N),這種醫用不銹鋼具有優(yōu)良的生物相容性,發(fā)炎反應低,而且力學(xué)性能明顯優(yōu)于傳統的316L不銹鋼。通過(guò)體外細胞培養及植入綿羊脛骨后生物相容性試驗,證明高氮無(wú)鎳不銹鋼與鈦合金有相近的骨組織相容性,有望替代傳統的醫用316L不銹鋼和醫用Ti6Al4V鈦合金。試驗還證明,高氮無(wú)鎳不銹鋼沒(méi)有基因毒性和致畸變性。日本在2004年采用高溫滲氮處理方法制備了高氮含量的不誘鋼材料Fe24Cr2Mo(0.62~0.92)N,不含鎳元素也不含錳元素,其細胞毒性評價(jià)結果優(yōu)于醫用316L不銹鋼。2009年日本將多孔的高氮無(wú)鎳不銹鋼植入大鼠,結果表明多孔的高氮無(wú)鎳不銹鋼允許骨細胞等組織長(cháng)入孔內,表現出優(yōu)良的生物相容性和力學(xué)穩定性。近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的醫用高氮無(wú)鎳奧氏體不僅具有高強度和高硬度(和醫用鈷基合金接近),而且還具有比傳統鉻鎳醫用不銹鋼和鈷基合金更優(yōu)異的耐體液腐蝕性能及生物相容性,因此非常有希望成為新一代的低成本醫用植入不銹鋼,逐步替代醫用鉻鎳不銹鋼和醫用鈷基合金。

  目前心血管支架趨向精細網(wǎng)絲支架的開(kāi)發(fā),新型醫用無(wú)鎳不銹鋼的優(yōu)良力學(xué)性能和血液相容性顯示其作為一種理想支架材料的應用前景。德國的研究表明,高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼制作心血管支架具有更好的支撐力,適于開(kāi)發(fā)更為精細的支架網(wǎng)格。美國已研制出高氮無(wú)鎳不銹鋼冠脈支架,其最細網(wǎng)絲達到45微米,血管表面覆蓋率低至8%~9%。在國內,中國科學(xué)院金屬研究所和中科益安科技公司合作開(kāi)發(fā)的新型抗凝血高氮無(wú)鎳不銹鋼冠脈支架,平均網(wǎng)絲直徑70微米。

  新型高氮無(wú)鎳不銹鋼由于其良好的力學(xué)和加工性能,可用作外科植入物,在骨科修復治療中起到重要的作用。目前美國采用高氮無(wú)鎳不銹鋼生產(chǎn)的新型外科植入物已經(jīng)上市銷(xiāo)售。我國每年用于外科植入產(chǎn)品的醫用不銹鋼總量達到400噸以上。隨著(zhù)我國全民醫保制度改革的深人,質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的醫用不銹鋼植入器件將會(huì )得到更廣泛的應用。新型高氮無(wú)鎳不銹鋼的研發(fā),不僅具有巨大的社會(huì )需求,而且具有重大的戰略意義。