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不鏽鋼合金在醫療行業中的應用

日期:2021-12-02 00:19
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摘要:<p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋體;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:宋體;">不鏽鋼合金在醫療行業中的應用</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">由於不鏽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。</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:宋體;">&nbsp;<span style="font-family:宋體;">但是,傳統的不鏽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</span><span style="font-family:Calibri;">Co-Cr</span><span style="font-family:宋體;">合金。在其它應用中,由於鈦合金有助於促進骨整合,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</span><span style="font-family:Calibri;">Br?nemark</span><span style="font-family:宋體;">是率先采用骨整合的先驅之一,他在</span><span style="font-family:Calibri;">60</span><span style="font-family:宋體;">年代中期開始將含鈦的牙科植入物用於牙科醫學。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">心血管支架是一種比較特殊的應用,基於鎳和鈦的形狀記憶合金成功地應用於心血管支架。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、心血管以及康複醫學。傳統的不鏽鋼基本上用於器械和創傷。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">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:宋體;">&nbsp;<span style="font-family:宋體;">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、剖解刀和手術針。在器械應用方麵,傳統不鏽鋼(主要是奧氏體不鏽鋼和馬氏體不鏽鋼)通常能夠發揮令人滿意的性能。而我們在此要介紹的是沉澱硬化不鏽鋼</span><span style="font-family:Calibri;">Sandvik Nanoflex</span><span style="font-family:宋體;">,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。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">沉澱物使硬化的馬氏體基質具備更高的強度,從而實現了超過</span>3000MPa<span style="font-family:宋體;">的拉伸強度。由於具有高強度、高延展性及良好的邊緣保持性,該材料不僅適用於縫合針,也可用於鑽頭、螺絲刀、龍頭、鉸刀和刺血針。手術針示例參見圖</span><span style="font-family:Calibri;">1a</span><span style="font-family:宋體;">,眼科手術如圖</span><span style="font-family:Calibri;">1b</span><span style="font-family:宋體;">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。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">心血管器械的應用包括:起搏器和</span>ICD<span style="font-family:宋體;">(植入式心律轉複除顫器)引線、心血管支架、導絲係統、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:</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:宋體;">&nbsp;<span style="font-family:宋體;">導絲和感應線,</span><span style="font-family:Calibri;">304</span><span style="font-family:宋體;">型和</span><span style="font-family:Calibri;">316</span><span style="font-family:宋體;">型奧氏體不鏽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</span><span style="font-family:Calibri;">F562 (</span><span style="font-family:宋體;">一種含 </span><span style="font-family:Calibri;">35% </span><span style="font-family:宋體;">鈷、</span><span style="font-family:Calibri;">35% </span><span style="font-family:宋體;">鎳</span><span style="font-family:Calibri;">, 20% </span><span style="font-family:宋體;">鉻、</span><span style="font-family:Calibri;">10% </span><span style="font-family:宋體;">鉬的合金</span><span style="font-family:Calibri;">), ASTM B684 (</span><span style="font-family:宋體;">一種含</span><span style="font-family:Calibri;">10% </span><span style="font-family:宋體;">或 </span><span style="font-family:Calibri;">20% </span><span style="font-family:宋體;">銥的鉑銥合金</span><span style="font-family:Calibri;">)</span><span style="font-family:宋體;">或含貴金屬芯的複合材料。由於其具有抗腐蝕性能、高強度和抗疲勞性能,</span><span style="font-family:Calibri;">F562</span><span style="font-family:宋體;">也可用於支架、起搏器和</span><span style="font-family:Calibri;">ICD</span><span style="font-family:宋體;">引線。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">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,然後在</span>“<span style="font-family:宋體;">形變溫度</span><span style="font-family:Calibri;">”</span><span style="font-family:宋體;">下經加熱恢複到原始無變形狀態的能力。來自維基百科。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">康複</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:宋體;">&nbsp;<span style="font-family:宋體;">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鏽鋼(</span><span style="font-family:Calibri;">ASTM F138, </span><span style="font-family:宋體;">高氮</span><span style="font-family:Calibri;">ASTM F1586</span><span style="font-family:宋體;">),鈦合金(主要是</span><span style="font-family:Calibri;">Ti-6Al-4V</span><span style="font-family:宋體;">)或鈷基合金(如</span><span style="font-family:Calibri;">ASTM F75</span><span style="font-family:宋體;">)。由於鈦及其合金的彈性較軟,更接近於骨頭的彈性,所以不易因疲勞而失效。鋼釘通常由</span><span style="font-family:Calibri;">Ti-6Al-4V</span><span style="font-family:宋體;">製成。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:事故後的骨修複和骨支撐。此類植入物通常由鈦或不鏽鋼製成。</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:宋體;">X<span style="font-family:宋體;">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</span><span style="font-family:Calibri;">X</span><span style="font-family:宋體;">射線圖像中不可見。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">手術前膝蓋植入物組件展示。它們的位置在圖</span>4b<span style="font-family:宋體;">中可見。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;">醫療器械的議題是豐富的,無法在短篇文章中**介紹。我們的目的隻不過是展示出醫療領域的一些例子,來強調不鏽鋼合金在提高生活質量方麵有著重要作用。在此我們用現實中的一個案例來進行*後的論述。</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:宋體;"><span style="font-family:宋體;"><br /> </span></span> </p>

不鏽鋼合金在醫療行業中的應用

由於不鏽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,傳統的不鏽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,由於鈦合金有助於促進骨整合,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於牙科醫學。

心血管支架是一種比較特殊的應用,基於鎳和鈦的形狀記憶合金成功地應用於心血管支架。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、心血管以及康複醫學。傳統的不鏽鋼基本上用於器械和創傷。

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、剖解刀和手術針。在器械應用方麵,傳統不鏽鋼(主要是奧氏體不鏽鋼和馬氏體不鏽鋼)通常能夠發揮令人滿意的性能。而我們在此要介紹的是沉澱硬化不鏽鋼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。

沉澱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。由於具有高強度、高延展性及良好的邊緣保持性,該材料不僅適用於縫合針,也可用於鑽頭、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(植入式心律轉複除顫器)引線、心血管支架、導絲係統、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型奧氏體不鏽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)或含貴金屬芯的複合材料。由於其具有抗腐蝕性能、高強度和抗疲勞性能,F562也可用於支架、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,然後在形變溫度下經加熱恢複到原始無變形狀態的能力。來自維基百科。      

康複

 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鏽鋼(ASTM F138, 高氮ASTM F1586),鈦合金(主要是Ti-6Al-4V)或鈷基合金(如ASTM F75)。由於鈦及其合金的彈性較軟,更接近於骨頭的彈性,所以不易因疲勞而失效。鋼釘通常由Ti-6Al-4V製成。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:事故後的骨修複和骨支撐。此類植入物通常由鈦或不鏽鋼製成。

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。我們的目的隻不過是展示出醫療領域的一些例子,來強調不鏽鋼合金在提高生活質量方麵有著重要作用。在此我們用現實中的一個案例來進行*後的論述。


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