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不銹鋼合金在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用

日期：2025-04-29 17:08

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摘要： 不銹鋼合金在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用 由于不銹鋼合金多樣化的獨(dú)特性能，因而成為了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yōu)良的強(qiáng)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(huán)境中發(fā)揮適當(dāng)作用的能力。  但是，傳統(tǒng)的不銹鋼材料無法達(dá)到如此嚴(yán)格的性能要求，例如：要達(dá)到關(guān)節(jié)植入物的耐磨性要求，通常需要使用Co-Cr合金。在其它應(yīng)用中，由于鈦合金有助于促進(jìn)骨整合，使植入物與骨組織**附著，從而受到市場青睞。瑞典科學(xué)家Br?nemark是率先采用骨整合的先驅(qū)之一，他在60年代中期開始將含鈦的牙科植入物用于牙科醫(yī)學(xué)。 心血管支架是一種比較特殊的應(yīng)用，基于鎳和鈦的形狀記憶合金成功地應(yīng)用于心血管支架。該領(lǐng)域市場龐大，應(yīng)用種類繁多，在此無法逐一描述。我們把關(guān)注點(diǎn)集中在其中一些應(yīng)用上。特殊合金在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用主要分為以下三個領(lǐng)域：牙科和外科器械、心血管以及康復(fù)醫(yī)學(xué)。傳統(tǒng)的不銹鋼基本上用于器械和創(chuàng)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(shù)刀片、解剖刀和手術(shù)針。在器械應(yīng)用方面，傳統(tǒng)不銹鋼（主要是奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼）通常能夠發(fā)揮令人滿意的性能。而我們在此要介紹的是沉淀硬化不銹鋼Sandvik Nanoflex，其具有獨(dú)特的性能，是嚴(yán)格地為達(dá)到手術(shù)針的應(yīng)用需求而量身設(shè)計的，該應(yīng)用要求材料具備高強(qiáng)度和高延展性。 沉淀物使硬化的馬氏體基質(zhì)具備更高的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了超過3000MPa的拉伸強(qiáng)度。由于具有高強(qiáng)度、高延展性及良好的邊緣保持性，該材料不僅適用于縫合針，也可用于鉆頭、螺絲刀、龍頭、鉸刀和刺血針。手術(shù)針示例參見圖1a，眼科手術(shù)如圖1b所示。眼睛是非常脆弱的器官，在操作時應(yīng)格外小心。毫無疑問，手術(shù)針必須具備高強(qiáng)度和高延展性才能確保手術(shù)萬無一失。 心血管 心血管器械的應(yīng)用包括：起搏器和ICD（植入式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器）引線、心血管支架、導(dǎo)絲系統(tǒng)、感應(yīng)線、人造心瓣膜、醫(yī)用導(dǎo)管和心血管牽開器。在一些應(yīng)用中，如：  導(dǎo)絲和感應(yīng)線，304型和316型奧氏體不銹鋼能夠發(fā)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% 鎳, 20% 鉻、10% 鉬的合金), ASTM B684 (一種含10% 或 20% 銥的鉑銥合金)或含貴金屬芯的復(fù)合材料。由于其具有抗腐蝕性能、高強(qiáng)度和抗疲勞性能，F562也可用于支架、起搏器和ICD引線。 收縮式和擴(kuò)張式外周動脈支架。形狀記憶是指可以在某個溫度下經(jīng)受形變，然后在“形變溫度”下經(jīng)加熱恢復(fù)到原始無變形狀態(tài)的能力。來自維基百科。       康復(fù)  隨著人口預(yù)期壽命的延長以及世界人口數(shù)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銹鋼（ASTM F138, 高氮ASTM F1586），鈦合金（主要是Ti-6Al-4V）或鈷基合金（如ASTM F75）。由于鈦及其合金的彈性較軟，更接近于骨頭的彈性，所以不易因疲勞而失效。鋼釘通常由Ti-6Al-4V制成。影響材料選擇的因素是成本和患者的年齡。植入物對創(chuàng)傷狀態(tài)起到重要的作用，如：事故后的骨修復(fù)和骨支撐。此類植入物通常由鈦或不銹鋼制成。 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(shù)前膝蓋植入物組件展示。它們的位置在圖4b中可見。 醫(yī)療器械的議題是豐富的，無法在短篇文章中**介紹。我們的目的只不過是展示出醫(yī)療領(lǐng)域的一些例子，來強(qiáng)調(diào)不銹鋼合金在提高生活質(zhì)量方面有著重要作用。在此我們用現(xiàn)實(shí)中的一個案例來進(jìn)行*后的論述。

由于不銹鋼合金多樣化的獨(dú)特性能，因而成為了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yōu)良的強(qiáng)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(huán)境中發(fā)揮適當(dāng)作用的能力。

但是，傳統(tǒng)的不銹鋼材料無法達(dá)到如此嚴(yán)格的性能要求，例如：要達(dá)到關(guān)節(jié)植入物的耐磨性要求，通常需要使用Co-Cr合金。在其它應(yīng)用中，由于鈦合金有助于促進(jìn)骨整合，使植入物與骨組織**附著，從而受到市場青睞。瑞典科學(xué)家Br?nemark是率先采用骨整合的先驅(qū)之一，他在60年代中期開始將含鈦的牙科植入物用于牙科醫(yī)學(xué)。

心血管支架是一種比較特殊的應(yīng)用，基于鎳和鈦的形狀記憶合金成功地應(yīng)用于心血管支架。該領(lǐng)域市場龐大，應(yīng)用種類繁多，在此無法逐一描述。我們把關(guān)注點(diǎn)集中在其中一些應(yīng)用上。特殊合金在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用主要分為以下三個領(lǐng)域：牙科和外科器械、心血管以及康復(fù)醫(yī)學(xué)。傳統(tǒng)的不銹鋼基本上用于器械和創(chuàng)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(shù)刀片、解剖刀和手術(shù)針。在器械應(yīng)用方面，傳統(tǒng)不銹鋼（主要是奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼）通常能夠發(fā)揮令人滿意的性能。而我們在此要介紹的是沉淀硬化不銹鋼Sandvik Nanoflex，其具有獨(dú)特的性能，是嚴(yán)格地為達(dá)到手術(shù)針的應(yīng)用需求而量身設(shè)計的，該應(yīng)用要求材料具備高強(qiáng)度和高延展性。

沉淀物使硬化的馬氏體基質(zhì)具備更高的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了超過3000MPa的拉伸強(qiáng)度。由于具有高強(qiáng)度、高延展性及良好的邊緣保持性，該材料不僅適用于縫合針，也可用于鉆頭、螺絲刀、龍頭、鉸刀和刺血針。手術(shù)針示例參見圖1a，眼科手術(shù)如圖1b所示。眼睛是非常脆弱的器官，在操作時應(yīng)格外小心。毫無疑問，手術(shù)針必須具備高強(qiáng)度和高延展性才能確保手術(shù)萬無一失。

心血管

心血管器械的應(yīng)用包括：起搏器和ICD（植入式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器）引線、心血管支架、導(dǎo)絲系統(tǒng)、感應(yīng)線、人造心瓣膜、醫(yī)用導(dǎo)管和心血管牽開器。在一些應(yīng)用中，如：

導(dǎo)絲和感應(yīng)線，304型和316型奧氏體不銹鋼能夠發(fā)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% 鎳, 20% 鉻、10% 鉬的合金), ASTM B684 (一種含10% 或 20% 銥的鉑銥合金)或含貴金屬芯的復(fù)合材料。由于其具有抗腐蝕性能、高強(qiáng)度和抗疲勞性能，F562也可用于支架、起搏器和ICD引線。

收縮式和擴(kuò)張式外周動脈支架。形狀記憶是指可以在某個溫度下經(jīng)受形變，然后在“形變溫度”下經(jīng)加熱恢復(fù)到原始無變形狀態(tài)的能力。來自維基百科。

康復(fù)

隨著人口預(yù)期壽命的延長以及世界人口數(shù)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銹鋼（ASTM F138, 高氮ASTM F1586），鈦合金（主要是Ti-6Al-4V）或鈷基合金（如ASTM F75）。由于鈦及其合金的彈性較軟，更接近于骨頭的彈性，所以不易因疲勞而失效。鋼釘通常由Ti-6Al-4V制成。影響材料選擇的因素是成本和患者的年齡。植入物對創(chuàng)傷狀態(tài)起到重要的作用，如：事故后的骨修復(fù)和骨支撐。此類植入物通常由鈦或不銹鋼制成。

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(shù)前膝蓋植入物組件展示。它們的位置在圖4b中可見。

醫(yī)療器械的議題是豐富的，無法在短篇文章中**介紹。我們的目的只不過是展示出醫(yī)療領(lǐng)域的一些例子，來強(qiáng)調(diào)不銹鋼合金在提高生活質(zhì)量方面有著重要作用。在此我們用現(xiàn)實(shí)中的一個案例來進(jìn)行*后的論述。

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