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含鎳醫用材料改善生活品質

  醫療技術的不斷進步延長了人類的壽命。隨著金屬級合金在內外科應用中新用途的開發,新的進展不斷取得。據了解,2016年,在美國就進行了5000萬多次外科手術。隨著每年外科手術次數的增長,對微創手術的需求也在增長,因為其具有很多的好處,包括恢復時間短、手術對患者的總體影響較小等。

  不銹鋼仍是醫療器械最常用的材料,因為它功能全面、具有生物相容性,而且成本較低。鈦、鈷鉻合金等其他材料也推動了技術進步。鎳鈦合金(UNSN01555)是一種鎳鈦形狀記憶合金,也是醫用金屬材料中的佼佼者,在多種醫療應用中使用日益廣泛。

  鎳鈦合金指引著前進的方向

  鎳鈦合金是一種具有超彈性和形狀記憶性質的非凡材料。它含有55%的鎳和45%的鈦,是制作醫用植入物的一種極佳材料。鎳鈦合金具有生物相容性和卓越的性質,因此過往采用不銹鋼的很多應用已被鎳鈦合金取代。

  鎳鈦合金醫用絲材的三大應用為血管導絲、診斷導絲和牙弓絲。每年都有數百噸鎳用于鎳鈦合金和不銹鋼醫用絲材的生產,它們又被用于改變生活的解決方案和挽救生命的情形,到2020年,全球導絲市場的規模預計將達到21.9億美元。未來6年內,目標疾病的日益流行以及老年人群基數的不斷增長將進一步推動導絲需求。

  導絲是一種很細的柔性醫用絲材,插入體內對較大器械進行引導,例如導管、中心靜脈導管或喂食管。雖然導絲以前用于冠狀動脈手術,但現在隨著其使用量的穩步增長以及擴展到更多的醫療專業領域,它已成為越來越多的醫療程序的組成部分。

  與不銹鋼絲相比,鎳鈦合金絲的超彈性高出16倍,而且能經受8%的應變,而不銹鋼絲在初始形狀發生變形之前只能經受0.5%左右的應變。例如,取一個鎳鈦合金制成的回形針并將它彎曲成90°角,它會彈回原先的形狀,鎳鈦合金絲具有優良的“推送能力”、良好的抗縱向彎曲性,而且能維持其平直度。這些都是導絲的寶貴性質。過去10年內,鎳鈦合金產量的年增長率達到10%,而且將來仍有持續增長的機會,包括醫療和非醫療領域。鎳鈦合金的另一種重要應用是加強導管聚合物管,其中編織鎳鈦合金作為內外聚合物層之間的加強材料。

  可以適應大應變的支架

  鎳鈦合金具有適應較大應變的卓越能力,而且與人體有生理和化學相容性,因此成為醫療器械工程設計領域的一種極佳材料。鎳鈦合金的關鍵應用領域之一是支架。鎳鈦合金支架可以在一個溫度下制作,在另一個溫度下折疊成較小的尺寸,然后插入動脈中依靠體溫將它加熱到轉變溫度以上并恢復原先的尺寸。

  鎳鈦合金血管支架是由一條槍鉆桿子制成的,按精確的尺寸要求進行加工后,通過激光切割成形。用于治療動脈瘤的血管支架管一般直徑為25.4毫米(1英寸),可以“壓縮”到只有6毫米~7毫米(1/4英寸)的直徑,然后插入輸送裝置管和患者主動脈中。支架會自行擴張并形成原始形狀,從而讓醫生修復動脈瘤。

  高強度不銹鋼的應用

  302型(UNSS30200)、304型(UNSS30400)和316L型(UNSS31603)奧氏體不銹鋼醫用絲材有很多應用,這些極細的醫用絲材直徑介于0.1016毫米~2.54毫米之間,而且經拉伸后可以變得更細。不銹鋼合金是極佳的材料,因為它們可以在低溫工作條件下達到高強度(400~500+千磅/平方英寸),例如0.127毫米絲材的強度為450千磅/平方英寸。這一點對于很小、很細部件的生產非常重要。它們在血管治療、神經刺激治療、內鏡檢查、矯形外科、口腔正畸和牙科植入等領域得到了廣泛應用。

  在開心手術中,必須使胸骨斷裂來分開肋骨架,這樣外科醫生才能夠給心臟動手術。手術完成時需要把肋骨拉回到一起并借助胸骨閉合絲進行閉合。閉合絲一般由316L型不銹鋼醫用絲材制成。304型不銹鋼醫用絲材經常用作血管手術中初次進入靜脈和動脈的導絲。一些支架設計采用304型不銹鋼。304型和302型不銹鋼的其他常見應用包括管心針、導管、彈簧、縫合針和心軸。在很多外科干預治療中經常采用U形釘來閉合傷口。這些U形釘是由316L型和304型不銹鋼絲制成的。后一種等級也在牙弓絲中使用。

  絲線、導銷和縫合針

  克氏針鋼絲(簡稱“K鋼絲”)和骨圓針由植入級316L制成,矯形外科醫生將它們用作固定骨折部位、骨頭重建的植入式器械,而且用作插入另一種植入物的導銷。它們也可以穿過皮膚植入,從而給骨骼系統施加拉力。4到6周后,骨頭愈合后,導銷就能拆除了。316L型不銹鋼的其他用途包括矯形外科纜索。

  醫用植入物應用中的不銹鋼醫用絲材采用真空電弧重熔法(VAR)生產,這是適用于針對重要應用中化學和機械均質性較高材料的一種二次熔煉工藝。需要采用這類化學性質受控且純度較高的材料來保證疲勞強度的一致性,而疲勞強度在很多醫療應用中極為重要。

  不銹鋼醫用絲材也用于縫合針的生產。例如,縫合針必須具備極高的強度和延展性才能防止彎曲和斷裂,并達到足夠的剛度和組織穿透性能,才能在外科醫生的手中實現良好的控制性能。為了滿足這些材料要求,縫合針一般由高性能的時效硬化馬氏體不銹鋼合金制成,例如Custom455(UNSS45500)和Custom470。

  對創新應用的不斷追求

  各種其他含鎳特種絲線也應用于醫療,例如FWM1058/Elgiloy/Phynox/Conichrome(UNSR30003),這是一種鈷鉻鎳鐵合金。其應用包括絲材型支架、過濾器、心臟起搏器導線和矯形外科植入物。另外,鈷鎳鉻鉬合金35NLT(或該合金的其他型式)憑借高彈性模量應用于起搏導線、管心針、導管和矯形外科纜索和永久植入。

  醫療技術的進步離不開卓越性質高性能材料的推出。鎳鈦合金及含鎳合金等生物相容性材料不僅要滿足醫療器械設計師目前的需求,還必須為新的概念和可能性提供必要的技術規范。在對新應用的不斷追求中,這些材料一定會成為激動人心、非凡的未來創新材料。

 
  
  
  
  
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