醫用raybet雷电竞的特性與研究進展，醫械研發了解一下

raybet雷电竞是一類特殊鋼材料,鋼中的Cr含量要超過12%,以保證其*的耐腐蝕性能。raybet雷电竞依據不同的耐腐蝕性能和強度要求,按其顯微組織分為(wei) 奧氏體(ti) (C相)、鐵素體(ti) (A相)、馬氏體(ti) (M相)、雙相(C+A、C+M等)和沉澱硬化(M+沉澱析出相)等多種類型,其中以AISI316L和317L為(wei) 代表的奧氏體(ti) raybet雷电竞是的外科植入金屬材料,其它類型raybet雷电竞主要用於(yu) 製作醫療工具或特殊手術器械。1926年,18%Cr-8%Ni型raybet雷电竞(AISI304)首先被用作骨科植人材料,隨後在口腔科中也得到應用。到1952年,含有2%Mo的AISI316raybet雷电竞在臨(lin) 床上獲得應用,並逐漸取代了304raybet雷电竞。為(wei) 了解決(jue) raybet雷电竞的晶間腐蝕問題,上世紀60年代,具有良好生物相容性、力學性能和更優(you) 耐腐蝕性能的超低碳raybet雷电竞AISI316L和AISI317L開始在醫學領域中得到應用。

2醫用raybet雷电竞的特點

醫用raybet雷电竞與(yu) 工業(ye) 結構用raybet雷电竞相比,由於(yu) 要求其在人體(ti) 內(nei) 保持優(you) 良的耐腐蝕性,以減少金屬離子溶出,避免晶間腐蝕、應力腐蝕等局部腐蝕現象發生,防止造成植入器件失效斷裂,保證植入器械的安全性,因此其化學成分要求相對更加嚴(yan) 格。醫用raybet雷电竞特別是植入用raybet雷电竞,其中的Ni和Cr等合金元素含量均高於(yu) 普通raybet雷电竞(通常達到普通raybet雷电竞的上限要求),S和P等雜質元素含量要低於(yu) 普通raybet雷电竞,並明確規定鋼中非金屬夾雜物尺寸要分別小於(yu) 115級(細係)和1級(粗係),而普通工業(ye) 用raybet雷电竞標準中並不對夾雜物提出特別要求。

表1列出了醫用植入raybet雷电竞與(yu) 對應普通raybet雷电竞的化學成分對比。為(wei) 了避免醫用raybet雷电竞發生晶間腐蝕,還要求其具有更低的C含量,而早期則規定了C含量不高於(yu) 0108%和0103%兩(liang) 個(ge) 級別(質量分數)。隨著冶金技術的進步和應用要求的提高,在最近幾年修訂的醫用raybet雷电竞國內(nei) 外標準中,全部要求鋼中C含量不高於(yu) 0103%(如ASTMF138-03,ASTMF139-03、ISO5832-1-2007,GB4234-2003)。

表1醫用植入raybet雷电竞與(yu) 對應普通raybet雷电竞的化學成分對比(w/%)

醫用raybet雷电竞中常用的316L或317L奧氏體(ti) raybet雷电竞在固溶狀態下的強度和硬度均偏低,但可以通過冷加工變形來提高其強度和硬度(見圖1)。因此臨(lin) 床使用的外科植入用raybet雷电竞通常處於(yu) 冷加工狀態(冷加工變形量為(wei) 20%左右),以滿足植入器械要求的高強度和高硬度,但是冷加工狀態增加了醫用raybet雷电竞應力腐蝕和腐蝕疲勞破壞的敏感性。

圖1醫用raybet雷电竞的力學性能與(yu) 冷加工變形量的關(guan) 係

醫用raybet雷电竞由於(yu) 具有良好的生物相容性、良好的力學性能、優(you) 異的耐體(ti) 液腐蝕性能,以及良好的加工成型性,已經成為(wei) 臨(lin) 床廣泛應用的醫用植入材料和醫療工具材料。醫用raybet雷电竞被廣泛用來製作各種人工關(guan) 節和骨折內(nei) 固定器械,如各種人工髖關(guan) 節、膝關(guan) 節、肩關(guan) 節、肘關(guan) 節、腕關(guan) 節、踝關(guan) 節和指關(guan) 節,各種規格的截骨連接器、加壓鋼板、鵝頭骨螺釘、脊椎釘、骨牽引鋼絲(si) 、人工椎體(ti) 等,以及顱骨板、人工椎體(ti) 等。在齒科方麵,醫用raybet雷电竞被廣泛應用於(yu) 鑲牙、齒科矯形、牙根種植及輔助器件,如各種齒冠、齒橋、固定支架、卡環、基托等,各種規格的嵌件、牙齒矯形弓絲(si) 、義(yi) 齒和頜骨缺損修複等。在心髒外科,使用醫用raybet雷电竞製作心血管支架等。除用於(yu) 加工各種外科植入器械外,醫用raybet雷电竞還用於(yu) 加工各種各樣的醫療手術器械或工具。

近年來,中國醫療器械行業(ye) 對質優(you) 價(jia) 廉的醫用raybet雷电竞絲(si) 材、棒材、骨科專(zhuan) 用板材、螺釘等半成品的需求量明顯上升,每年都在幾百噸以上。中國醫療器械市場所需的醫用raybet雷电竞主要包括304,317L,420J2,3Cr13Mo,6Cr13Mo,00Cr18Ni14Mo3,00Cr18Ni15Mo3等。撫順特鋼公司、上海寶鋼集團raybet雷电竞分公司等作為(wei) 國內(nei) 醫用raybet雷电竞的主要生產(chan) 廠家,一直參與(yu) 國家醫用raybet雷电竞標準的修訂工作。但是中國醫用材料標準修訂工作一直進展緩慢,基本上是跟隨國際標準,僅(jin) 做微小調整。目前國內(nei) 僅(jin) 有2種醫用植入raybet雷电竞標準,即GB4234(基本等同於(yu) ISO5832-1和ASTMF138)和YY060519-2007(等同於(yu) IS05832-9,對應ASTMF1586),醫用raybet雷电竞的標準化工作遠遠落後於(yu) 美國(其目前共修訂了6種外科植入用raybet雷电竞)。因此新型醫用raybet雷电竞的標準修訂工作也是今後我國醫用raybet雷电竞研究與(yu) 發展中的重要組成部分。

3醫用raybet雷电竞存在的問題和不足

醫用植入奧氏體(ti) raybet雷电竞盡管具有優(you) 異的綜合性能,但是在長期的臨(lin) 床使用中,仍然存在一些難以避免的問題和不足。首先是醫用raybet雷电竞的高密度(約718g/cm3)、高強度(300~1000MPa)以及高彈性模量(約200GPa)等特性會(hui) 因與(yu) 骨組織的力學性能相差較大而導致其力學相容性不夠匹配,從(cong) 而引起應力遮擋效應,易導致骨疏鬆、骨吸收或骨等現象發生。而骨組織由於(yu) 缺乏足夠的機械應力刺激,不易在骨折部位形成骨痂,容易發生二次骨折。

其次是醫用raybet雷电竞在生物環境中的腐蝕或磨蝕問題。醫用raybet雷电竞在人體(ti) 內(nei) 發生的主要腐蝕形式是縫隙腐蝕,其次是晶間腐蝕和點蝕,微動腐蝕和應力腐蝕開裂現象也有報道。總體(ti) 來說,植入體(ti) 使用時間越久,腐蝕程度越嚴(yan) 重。腐蝕可能會(hui) 對raybet雷电竞力學性能和生物相容性產(chan) 生強烈的影響,不僅(jin) 會(hui) 影響到材料或器件的使用壽命,還可能由於(yu) 金屬溶出物引起種植體(ti) 周圍組織的局部壞死和炎症反應,造成發炎、過敏和致癌等全身反應,影響宿主的健康。

第三是醫用raybet雷电竞中含有的N,iCr等金屬離子溶出及相應的組織反應等問題。植入用醫用奧氏體(ti) raybet雷电竞中通常含有10%以上的Ni元素,用以穩定raybet雷电竞的奧氏體(ti) 結構。大量臨(lin) 床已經證明,Ni對人體(ti) 是一種潛在的致敏因子。Ni及其化合物對人體(ti) 常見的損害是Ni接觸性皮炎,發病率較高,過敏性強者發生濕疹。Ni離子在生物體(ti) 內(nei) 富集可能會(hui) 誘發毒性效應,發生細胞破壞和發炎反應,對生物體(ti) 有致畸、致癌的危害性。

有統計表明,隨著現代工業(ye) 的迅速發展,對Ni過敏的人數顯著增多,圖2示出了上世紀幾十年間Ni過敏的增長情況。在植入體(ti) 內(nei) 的316Lraybet雷电竞板和螺栓周圍組織中發現,Ni離子濃度在(116~1200)mg/L範圍內(nei) ,在病人體(ti) 內(nei) 由於(yu) 含Ni金屬植入件腐蝕造成的Ni離子的最大釋放率約為(wei) 20Lg/kg#d-1[7]。KÊster等人的研究認為(wei) [8],raybet雷电竞支架中N,iCr和Mo等金屬離子釋放引起的過敏反應可能是心血管支架再狹窄的間接原因之一。

最後就是raybet雷电竞在人體(ti) 內(nei) 表現為(wei) 生物惰性,表麵無生物活性,植入人體(ti) 後與(yu) 周邊肌體(ti) 組織的結合不牢固,易於(yu) 鬆動,有時會(hui) 影響植入治療效果。

圖2對Ni過敏青年人數量的增加趨勢

4醫用raybet雷电竞的研究與(yu) 發展

4.1醫用無Ni奧氏體(ti) raybet雷电竞

針對Ni元素帶來的危害,近年來許多國家對日用品及醫用金屬材料中的Ni含量製定了越來越高的要求,相關(guan) 標準中所允許的最高Ni含量也越來越低。在1994年頒布的歐洲議會(hui) 94/27/EC標準中[9],要求植入人體(ti) 內(nei) 的材料(植入材料、矯形假牙等)中的Ni含量不應超過0105%;而對於(yu) 長期接觸人體(ti) 皮膚的金屬材料(首飾、手表、戒指、手鐲等),其Ni含量則以每周滲入皮膚含量不應超過015Lg/cm2為(wei) 最高*。針對含Ni醫用金屬材料可能對人體(ti) 健康造成的危害,專(zhuan) 家建議辦法就是嚴(yan) 格禁止或限製各種直接接觸人體(ti) 的金屬材料(如植入器件、牙科材料、首飾等)中的Ni含量。

鑒於(yu) 醫用raybet雷电竞性能優(you) 異,製造技術成熟,價(jia) 格低廉和臨(lin) 床應用廣泛,為(wei) 了避免其中Ni元素溶出引起的不良組織反應,近年來,在通過冶金和加工技術繼續提高現有醫用raybet雷电竞綜合性能的基礎上,研究開發醫用低Ni和無Ni奧氏體(ti) raybet雷电竞已經成為(wei) 國際上醫用raybet雷电竞的一個(ge) 主要發展趨勢。其原理是利用廉價(jia) 的N元素(或N和Mn的共同作用)代替raybet雷电竞中昂貴的Ni元素來穩定raybet雷电竞的奧氏體(ti) 組織結構,從(cong) 而使raybet雷电竞繼續保持其優(you) 異的力學性能、耐腐蝕性能和生物學性能。

從(cong) 近年來新修訂的國際標準IS05832-9(低Ni+N醫用奧氏體(ti) raybet雷电竞,對應美國標準ASTMF1586)中可見,利用N元素來代替raybet雷电竞中的部分Ni元素,可顯著提高raybet雷电竞的力學性能和耐腐蝕性能。這類raybet雷电竞中的Ni含量較傳(chuan) 統的316Lraybet雷电竞都有明顯降低,而且表現出更為(wei) 優(you) 良的耐模擬體(ti) 液腐蝕性能,是一種很有潛力的新型raybet雷电竞植人材料。歐美等國家都製定了相應材料標準,並開發出相應的新型醫用raybet雷电竞,中國也修訂發布了外科植入用低Ni+Nraybet雷电竞的材料標準YY060519-2007(等同於(yu) IS05832-9,對應ASTMF1586)。

從(cong) 表2給出的美國ASTM標準中的外科植入用raybet雷电竞的化學成分,可以看出外科植入用raybet雷电竞的發展演變過程和趨勢。醫用raybet雷电竞中的Ni含量逐漸降低到痕量([0105%),而鋼中的N含量從(cong) 011%逐漸提高到1%。

與(yu) Ni元素相比。N元素既經濟又對人體(ti) 無害,並且加N後能明顯提高raybet雷电竞的力學性能和耐腐蝕性能。ASTMF2229中推薦的高N無Niraybet雷电竞由美國Carpenter公司開發並已經應用在歐美醫療市場上,部分和逐漸替代現有Cr-Ni型奧氏體(ti) raybet雷电竞,用於(yu) 加工各種骨固定器械及手術器械。從(cong) 表3給出的美國ASTM標準中的外科植入用raybet雷电竞的力學性能可以看出,隨著醫用raybet雷电竞中N含量的增加,raybet雷电竞的強度大幅度提高,是傳(chuan) 統使用的316L或317Lraybet雷电竞強度的2倍以上,達到醫用Co-Cr合金的強度水平,而raybet雷电竞的塑性仍保持較高水平。

表2美國ASTM標準中的外科植入用raybet雷电竞化學成分(w/%)

高N無Ni奧氏體(ti) raybet雷电竞表現出優(you) 良的綜合性能和生物相容性,但其生產(chan) 及加工工藝仍然是限製其應用和發展的重要環境。目前高Nraybet雷电竞的製備方法有熱等靜壓熔煉、加壓感應爐熔煉、粉末冶金、高溫滲N等,而適合工業(ye) 化大規模生產(chan) 隻有加壓電渣重熔技術,但仍存在N分布不均勻等問題。

表5部分醫用高N無Niraybet雷电竞的力學性能