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不锈钢合金在医疗行业中的重要应用
时间:2019-03-25  点击:50次   来源:

 由于不锈钢合金多样化的独特性能,因而成为了现代医学领域中不可或缺的材料。所需具备要的材料特性包括:对体液有良好的抗腐蚀性,生物相容性,优良的强重比,抗疲劳性和低磁化率。生物相容性一词较难定义,可以简单地描述为:在人体的特定环境中发挥适当作用的能力。

但是,传统的不锈钢材料无法达到如此严格的性能要求,例如:要达到关节植入物的耐磨性要求,通常需要使用Co-Cr合金。在其它应用中,由于钛合金有助于促进骨整合,使植入物与骨组织完美附着,从而受到市场青睐。瑞典科学家Brnemark是率先采用骨整合的先驱之一,他在60年代中期开始将含钛的牙科植入物用于牙科医学。

心血管支架是一种比较特殊的应用,基于镍和钛的形状记忆合金成功地应用于心血管支架。该领域市场庞大,应用种类繁多,在此无法逐一描述。我们把关注点集中在其中一些应用上。特殊合金在医疗行业中的应用主要分为以下三个领域:牙科和外科器械、心血管以及康复医学。传统的不锈钢基本上用于器械和创伤。
 
牙科
牙科和外科器械的种类繁多,包括铰刀、钩子、钳子、牵开器、螺丝刀、手术刀片、解剖刀和手术针。在器械应用方面,传统不锈钢(主要是奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢)通常能够发挥令人满意的性能。而我们在此要介绍的是沉淀硬化不锈钢Sandvik Nanoflex,其具有独特的性能,是严格地为达到手术针的应用需求而量身设计的,该应用要求材料具备高强度和高延展性。
 
图:由沉淀硬化不锈钢Sandvik Nanoflex制成的不同尺寸的缝合针
沉淀物使硬化的马氏体基质具备更高的强度,从而实现了超过3000MPa的拉伸强度。由于具有高强度、高延展性及良好的边缘保持性,该材料不仅适用于缝合针,也可用于钻头、螺丝刀、龙头、铰刀和刺血针。
 
心血管
心血管器械的应用包括:起搏器和ICD(植入式心律转复除颤器)引线、心血管支架、导丝系统、感应线、人造心瓣膜、医用导管和心血管牵开器。在一些应用中,如:
导丝和感应线,304型和316型奥氏体不锈钢能够发挥令人满意的性能。但是心血管器械通常需要采用特殊的合金,如F562 (一种含 35% 钴、35% 镍, 20% 铬、10% 钼的合金), ASTM B684 (一种含10% 或 20% 铱的铂铱合金)或含贵金属芯的复合材料。由于其具有抗腐蚀性能、高强度和抗疲劳性能,F562也可用于支架、起搏器和ICD引线。
图:带引线的起搏器。通常由铂芯和F562外层组成。
 
图:收缩式和扩张式外周动脉支架。形状记忆是指可以在某个温度下经受形变,然后在“形变温度”下经加热恢复到原始无变形状态的能力。来自维基百科。
康复
随着人口预期寿命的延长以及世界人口数量的增长,人体置换植入物的市场需求越来越大。置换植入的部位包括臀部、膝盖、肩膀、手腕和肘部。适宜的材料为奥氏体不锈钢(ASTM F138, 高氮ASTM F1586),钛合金(主要是Ti-6Al-4V)或钴基合金(如ASTM F75)。由于钛及其合金的弹性较软,更接近于骨头的弹性,所以不易因疲劳而失效。钢钉通常由Ti-6Al-4V制成。影响材料选择的因素是成本和患者的年龄。植入物对创伤状态起到重要的作用,如:事故后的骨修复和骨支撑。此类植入物通常由钛或不锈钢制成。
图:X射线图像显示了膝盖完全置换(左边)和膝盖部分置换(右边)。上部是股骨部位,下部是胫骨部位。聚合材料植入物在X射线图像中不可见。
 
图:手术前膝盖植入物组件展示。
医疗器械的议题是丰富的,无法在短篇文章中全面介绍。我们的目的只不过是展示出医疗领域的一些例子,来强调不锈钢合金在提高生活质量方面有着重要作用。
 
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