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不锈钢合金在医疗行业中的应用

日期:2021-05-09 08:05
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摘要:<p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">不锈钢合金在医疗行业中的应用</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">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。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;">&nbsp;<span style="font-family:宋体;">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</span><span style="font-family:Calibri;">Co-Cr</span><span style="font-family:宋体;">合金。在其它应用中,由于钛合金有助于促进骨整合,使植入物与骨组织上乘附着,从而受到市场青睐。瑞典科学家</span><span style="font-family:Calibri;">Br?nemark</span><span style="font-family:宋体;">是率先采用骨整合的先驱之一,他在</span><span style="font-family:Calibri;">60</span><span style="font-family:宋体;">年代中期开始将含钛的牙科植入物用于牙科医学。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">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。大家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。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">牙科</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;">&nbsp;<span style="font-family:宋体;">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、剖解刀和手术针。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。而大家在此要先容的是沉淀硬化不锈钢</span><span style="font-family:Calibri;">Sandvik Nanoflex</span><span style="font-family:宋体;">,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。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">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</span>3000MPa<span style="font-family:宋体;">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。手术针示例参见图</span><span style="font-family:Calibri;">1a</span><span style="font-family:宋体;">,眼科手术如图</span><span style="font-family:Calibri;">1b</span><span style="font-family:宋体;">所示。眼睛是非常脆弱的器官,在操作时应格外小心。毫无疑问,手术针必须具备高强度和高延展性才能确保手术万无一失。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">心血管</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">心血管器械的应用包括:起搏器和</span>ICD<span style="font-family:宋体;">(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:</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;">&nbsp;<span style="font-family:宋体;">导丝和感应线,</span><span style="font-family:Calibri;">304</span><span style="font-family:宋体;">型和</span><span style="font-family:Calibri;">316</span><span style="font-family:宋体;">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</span><span style="font-family:Calibri;">F562 (</span><span style="font-family:宋体;">一种含 </span><span style="font-family:Calibri;">35% </span><span style="font-family:宋体;">钴、</span><span style="font-family:Calibri;">35% </span><span style="font-family:宋体;">镍</span><span style="font-family:Calibri;">, 20% </span><span style="font-family:宋体;">铬、</span><span style="font-family:Calibri;">10% </span><span style="font-family:宋体;">钼的合金</span><span style="font-family:Calibri;">), ASTM B684 (</span><span style="font-family:宋体;">一种含</span><span style="font-family:Calibri;">10% </span><span style="font-family:宋体;">或 </span><span style="font-family:Calibri;">20% </span><span style="font-family:宋体;">铱的铂铱合金</span><span style="font-family:Calibri;">)</span><span style="font-family:宋体;">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,</span><span style="font-family:Calibri;">F562</span><span style="font-family:宋体;">也可用于支架、起搏器和</span><span style="font-family:Calibri;">ICD</span><span style="font-family:宋体;">引线。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">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</span>“<span style="font-family:宋体;">形变温度</span><span style="font-family:Calibri;">”</span><span style="font-family:宋体;">下经加热恢复到原始无变形状态的能力。来自维基百科。</span><span style="font-family:Calibri;">&nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">康复</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;">&nbsp;<span style="font-family:宋体;">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(</span><span style="font-family:Calibri;">ASTM F138, </span><span style="font-family:宋体;">高氮</span><span style="font-family:Calibri;">ASTM F1586</span><span style="font-family:宋体;">),钛合金(主要是</span><span style="font-family:Calibri;">Ti-6Al-4V</span><span style="font-family:宋体;">)或钴基合金(如</span><span style="font-family:Calibri;">ASTM F75</span><span style="font-family:宋体;">)。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</span><span style="font-family:Calibri;">Ti-6Al-4V</span><span style="font-family:宋体;">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。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;">X<span style="font-family:宋体;">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</span><span style="font-family:Calibri;">X</span><span style="font-family:宋体;">射线图像中不可见。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">手术前膝盖植入物组件展示。它们的位置在图</span>4b<span style="font-family:宋体;">中可见。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">医疗器械的议题是丰富的,无法在短篇文章中**先容。大家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。在此大家用现实中的一个案例来进行*后的论述。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;"><br /> </span></span> </p>

不锈钢合金在医疗行业中的应用

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,使植入物与骨组织上乘附着,从而受到市场青睐。瑞典科学家Br?nemark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。大家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、剖解刀和手术针。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。而大家在此要先容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。

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。手术针示例参见图1a,眼科手术如图1b所示。眼睛是非常脆弱的器官,在操作时应格外小心。毫无疑问,手术针必须具备高强度和高延展性才能确保手术万无一失。

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% , 20% 铬、10% 钼的合金), ASTM B684 (一种含10% 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。

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。

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。

手术前膝盖植入物组件展示。它们的位置在图4b中可见。

医疗器械的议题是丰富的,无法在短篇文章中**先容。大家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。在此大家用现实中的一个案例来进行*后的论述。


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