高氮無鎳不銹鋼在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景

目前，以316L或317L為代表的醫(yī)用奧氏體無錫不銹鋼被廣泛用來制作各種人工關(guān)節(jié)、骨折內(nèi)固定器械和心血管支架等高端醫(yī)療器械產(chǎn)品。但是醫(yī)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、過敏、感染、組織壞死等不良組織學(xué)反應(yīng)。其中316L不銹鋼中含鎳10%以上。臨床研究已經(jīng)證明，醫(yī)用金屬材料中鎳離子的溶出，除引起致敏和發(fā)炎反應(yīng)外，還可能會誘發(fā)腫瘤或血栓的形成。因此研發(fā)新型醫(yī)用無鎳不銹鋼已經(jīng)成為醫(yī)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(yī)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公司研究開發(fā)了一種新型的醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼(Fe-21Cr-22Mn-1Mo-1N)，這種醫(yī)用無錫不銹鋼具有優(yōu)良的生物相容性，發(fā)炎反應(yīng)低，而且力學(xué)性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的316L不銹鋼。通過體外細(xì)胞培養(yǎng)及植入綿羊脛骨后生物相容性試驗(yàn)，證明高氮無鎳不銹鋼與鈦合金有相近的骨組織相容性，有望替代傳統(tǒng)的醫(yī)用316L不銹鋼和醫(yī)用Ti6Al4V鈦合金。試驗(yàn)還證明，高氮無鎳不銹鋼沒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(xì)胞毒性評價(jià)結(jié)果優(yōu)于醫(yī)用316L不銹鋼。2009年日本將多孔的高氮無鎳不銹鋼植入大鼠，結(jié)果表明多孔的高氮無鎳不銹鋼允許骨細(xì)胞等組織長入孔內(nèi)，表現(xiàn)出優(yōu)良的生物相容性和力學(xué)穩(wěn)定性。近年來新開發(fā)的醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不僅具有高強(qiáng)度和高硬度(和醫(yī)用鈷基合金接近)，而且還具有比傳統(tǒng)鉻鎳醫(yī)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(yī)用植入不銹鋼，逐步替代醫(yī)用鉻鎳不銹鋼和醫(yī)用鈷基合金。

目前心血管支架趨向精細(xì)網(wǎng)絲支架的開發(fā)，新型醫(yī)用無鎳不銹鋼的優(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(yīng)用前景。德國的研究表明，高氮無鎳奧氏體不銹鋼制作心血管支架具有更好的支撐力，適于開發(fā)更為精細(xì)的支架網(wǎng)格。美國已研制出高氮無鎳不銹鋼冠脈支架，其最細(xì)網(wǎng)絲達(dá)到45微米，血管表面覆蓋率低至8%~9%。在國內(nèi)，中國科學(xué)院金屬研究所和中科益安科技公司合作開發(fā)的新型抗凝血高氮無鎳不銹鋼冠脈支架，平均網(wǎng)絲直徑70微米。

新型高氮無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(fù)治療中起到重要的作用。目前美國采用高氮無鎳不銹鋼生產(chǎn)的新型外科植入物已經(jīng)上市銷售。我國每年用于外科植入產(chǎn)品的醫(yī)用不銹鋼總量達(dá)到400噸以上。隨著我國全民醫(yī)保制度改革的深人，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的醫(yī)用不銹鋼植入器件將會得到更廣泛的應(yīng)用。新型高氮無鎳不銹鋼的研發(fā)，不僅具有巨大的社會需求，而且具有重大的戰(zhàn)略意義。