醫(yī)用不銹鋼(stainless steel as biomedical)為鐵基耐蝕合金,是最早開發(fā)的生物醫(yī)用合金之一,以其易加工、價格低廉而在醫(yī)學金屬材料上得到廣泛的應用,其中應用最多的是奧氏體超低碳316L和317L不銹鋼。
(一)組成、生產工藝與性質
不銹鋼316、316L和317L的主要區(qū)別在于其碳含量逐漸降低,而這3種不銹鋼的耐腐蝕性依次增強,其原因是由于碳可引起材料內晶粒間的腐蝕。此外,增加適量(3%~4%)的鉬可增加材料在氯離子環(huán)境(生理環(huán)境)中的抗腐蝕能力。因此,316L和317L兩種合金已于1987年納入國際標準IS05832和IS0153中。我國已于1990年制定了相應的國家標準GB12417-90,并于1991年開始實施。
不銹鋼中的鉻(Cr)可形成氧化鉻鈍化膜,改善抗腐蝕能力;鎳(Ni)和(Cr)起到穩(wěn)定奧氏體結構的作用;鎳的含量為12%~14%時,可得到單相奧氏體組織,防止轉化為其他性能不佳的結構。此外,降低不銹鋼中的Si、Mn等雜質元素及非金屬夾雜物,可進一步提高材料的抗腐蝕能力。
除組成可以影響到材料的性能外,材料的制造和加工工藝同樣也可以在比較寬的范圍內調節(jié)材料的力學性能和耐腐蝕性能。通常采用兩種工藝生產醫(yī)用不銹鋼。對于低純度醫(yī)用不銹鋼,一般采用惰性氣體保護,真空或非真空熔煉工藝生產。而高純度醫(yī)用不銹鋼一般先通過真空熔煉,然后再用真空電弧爐重熔或電渣重熔除去雜質,使其純化。臨床應用較多的高純度醫(yī)用不銹鋼,通常先后經熱加工、冷加工和機械加工制作成各種醫(yī)療器件。冷加工可大幅度提高醫(yī)用不銹鋼的強度。采用機械拋光或電解拋光,可提高器件表面光潔度,有助于消除材料表面易腐蝕及應力集中隱患,提高不銹鋼植入器件的使用壽命。
(二)生物相容性
醫(yī)用不銹鋼的生物相容性與其在機體內的腐蝕行為及其所造成的腐蝕產物所引起的組織反應有關。其腐蝕行為涉及均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、磨蝕和疲勞磨蝕。但常見的有點腐蝕,一般認為是銀含量不足及外力擦傷、劃傷等所致;界面腐蝕也是醫(yī)用不銹鋼的一種重要腐蝕現象,主要由縫隙腐蝕、磨蝕和電偶腐蝕構成,尤其前兩種更為常見。常因設計不合理導致應力及磨損,如在骨折固定板與骨釘、椎體與銷釘之間接觸界面產生應力集中和磨損。由于腐蝕會造成金屬離子或其他化合物進入周圍的組織或整個機體,因而可在機體內引起某些不良組織學反應,如出現水腫、感染、組織壞死等,從而導致疼痛和過敏反應等。在多數情況下,人體只能容忍微量濃度的金屬腐蝕物存在。因此,必須從材料的組成、制造工藝和器件設計等多方面著手,盡量避免不銹鋼在機體內的腐蝕和磨損的發(fā)生。經研究開發(fā)的奧氏體316L不銹鋼,用其作為材料加工成的鋼管在
不銹鋼工程上不但得到了廣泛的應用,而且在醫(yī)用不銹鋼金屬材料中,仍以其較好的生物相容性和結合力學性能以及簡便的加工工藝和低成本在骨科、口腔修復和替換中占有重要的地位。
(三)臨床應用
醫(yī)用不銹鋼在骨外科和齒科中應用最為廣泛。
1、人工關節(jié)和骨折內固定器械
如人工全髖關節(jié)、半髖關節(jié)、膝關節(jié)、肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)、裸關節(jié)及指關節(jié)。各種規(guī)格的皮質骨和松質骨加壓螺釘、脊椎釘、骨牽引鋼絲、哈氏棒、魯氏棒、人工椎體和顱骨板等,這些植入件可替代生物體因關節(jié)炎或外傷損壞的關節(jié),應用于骨折修復,骨排列錯位校正,慢性脊往矯形和顱骨缺損修復等。
2、在齒科方面
醫(yī)用不銹鋼被廣泛應用于鑲牙、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(huán)、基托等;各種規(guī)格的嵌件、牙列矯形弓絲、義齒和頜骨缺損修復等。
3、在心血管系統(tǒng) 醫(yī)用不銹鋼廣泛應用于各種植入電極、傳感器的外殼和合金導線,可制作不銹鋼的人工心臟瓣膜;各種臨床介人性治療的血管內擴張支架等。 ’
4、其他方面
醫(yī)用不銹鋼在其他方面也獲得了廣泛的應用,如用于各種眼科縫線、固定環(huán)、人工眼導線、限眶填充等;還用于制作人工耳導線、各種宮內避孕環(huán)和用于輸卵管栓堵等。