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含镍医用材料改善生活品质_行业_有色资讯-上海有色金属网

SMM网讯:医疗技术的不断进步延长了人类的寿命。随着金属级合金在内外科应用中新用途的开发,新的进展不断取得。据了解,2016年,在美国就进行了5000万多次外科手术。随着每年外科手术次数的增长,对微创手术的需求也在增长,因为其具有很多的好处,包括恢复时间短、手术对患者的总体影响较小等。

不锈钢仍是医疗器械最常用的材料,因为它功能全面、具有生物相容性,而且成本较低。钛、钴铬合金等其他材料也推动了技术进步。镍钛合金(UNSN01555)是一种镍钛形状记忆合金,也是医用金属材料中的佼佼者,在多种医疗应用中使用日益广泛。

镍钛合金指引着前进的方向

镍钛合金是一种具有超弹性和形状记忆性质的非凡材料。它含有55%的镍和45%的钛,是制作医用植入物的一种极佳材料。镍钛合金具有生物相容性和卓越的性质,因此过往采用不锈钢的很多应用已被镍钛合金取代。

镍钛合金医用丝材的三大应用为血管导丝、诊断导丝和牙弓丝。每年都有数百吨镍用于镍钛合金和不锈钢医用丝材的生产,它们又被用于改变生活的解决方案和挽救生命的情形,到2020年,全球导丝市场的规模预计将达到21.9亿美元。未来6年内,目标疾病的日益流行以及老年人群基数的不断增长将进一步推动导丝需求。

导丝是一种很细的柔性医用丝材,插入体内对较大器械进行引导,例如导管、中心静脉导管或喂食管。虽然导丝以前用于冠状动脉手术,但现在随着其使用量的稳步增长以及扩展到更多的医疗专业领域,它已成为越来越多的医疗程序的组成部分。

与不锈钢丝相比,镍钛合金丝的超弹性高出16倍,而且能经受8%的应变,而不锈钢丝在初始形状发生变形之前只能经受0.5%左右的应变。例如,取一个镍钛合金制成的回形针并将它弯曲成90°角,它会弹回原先的形状,镍钛合金丝具有优良的“推送能力”、良好的抗纵向弯曲性,而且能维持其平直度。这些都是导丝的宝贵性质。过去10年内,镍钛合金产量的年增长率达到10%,而且将来仍有持续增长的机会,包括医疗和非医疗领域。镍钛合金的另一种重要应用是加强导管聚合物管,其中编织镍钛合金作为内外聚合物层之间的加强材料。

可以适应大应变的支架

镍钛合金具有适应较大应变的卓越能力,而且与人体有生理和化学相容性,因此成为医疗器械工程设计领域的一种极佳材料。镍钛合金的关键应用领域之一是支架。镍钛合金支架可以在一个温度下制作,在另一个温度下折叠成较小的尺寸,然后插入动脉中依靠体温将它加热到转变温度以上并恢复原先的尺寸。

镍钛合金血管支架是由一条枪钻杆子制成的,按精确的尺寸要求进行加工后,通过激光切割成形。用于治疗动脉瘤的血管支架管一般直径为25.4毫米(1英寸),可以“压缩”到只有6毫米~7毫米(1/4英寸)的直径,然后插入输送装置管和患者主动脉中。支架会自行扩张并形成原始形状,从而让医生修复动脉瘤。

高强度不锈钢的应用

302型(UNSS30200)、304型(UNSS30400)和316L型(UNSS31603)奥氏体不锈钢医用丝材有很多应用,这些极细的医用丝材直径介于0.1016毫米~2.54毫米之间,而且经拉伸后可以变得更细。不锈钢合金是极佳的材料,因为它们可以在低温工作条件下达到高强度(400~500+千磅/平方英寸),例如0.127毫米丝材的强度为450千磅/平方英寸。这一点对于很小、很细部件的生产非常重要。它们在血管治疗、神经刺激治疗、内镜检查、矫形外科、口腔正畸和牙科植入等领域得到了广泛应用。

在开心手术中,必须使胸骨断裂来分开肋骨架,这样外科医生才能够给心脏动手术。手术完成时需要把肋骨拉回到一起并借助胸骨闭合丝进行闭合。闭合丝一般由316L型不锈钢医用丝材制成。304型不锈钢医用丝材经常用作血管手术中初次进入静脉和动脉的导丝。一些支架设计采用304型不锈钢。304型和302型不锈钢的其他常见应用包括管心针、导管、弹簧、缝合针和心轴。在很多外科干预治疗中经常采用U形钉来闭合伤口。这些U形钉是由316L型和304型不锈钢丝制成的。后一种等级也在牙弓丝中使用。

丝线、导销和缝合针

克氏针钢丝(简称“K钢丝”)和骨圆针由植入级316L制成,矫形外科医生将它们用作固定骨折部位、骨头重建的植入式器械,而且用作插入另一种植入物的导销。它们也可以穿过皮肤植入,从而给骨骼系统施加拉力。4到6周后,骨头愈合后,导销就能拆除了。316L型不锈钢的其他用途包括矫形外科缆索。

医用植入物应用中的不锈钢医用丝材采用真空电弧重熔法(VAR)生产,这是适用于针对重要应用中化学和机械均质性较高材料的一种二次熔炼工艺。需要采用这类化学性质受控且纯度较高的材料来保证疲劳强度的一致性,而疲劳强度在很多医疗应用中极为重要。

不锈钢医用丝材也用于缝合针的生产。例如,缝合针必须具备极高的强度和延展性才能防止弯曲和断裂,并达到足够的刚度和组织穿透性能,才能在外科医生的手中实现良好的控制性能。为了满足这些材料要求,缝合针一般由高性能的时效硬化马氏体不锈钢合金制成,例如Custom455(UNSS45500)和Custom470。

对创新应用的不断追求

各种其他含镍特种丝线也应用于医疗,例如FWM1058/Elgiloy/Phynox/Conichrome(UNSR30003),这是一种钴铬镍铁合金。其应用包括丝材型支架、过滤器、心脏起搏器导线和矫形外科植入物。另外,钴镍铬钼合金35NLT(或该合金的其他型式)凭借高弹性模量应用于起搏导线、管心针、导管和矫形外科缆索和永久植入。

医疗技术的进步离不开卓越性质高性能材料的推出。镍钛合金及含镍合金等生物相容性材料不仅要满足医疗器械设计师目前的需求,还必须为新的概念和可能性提供必要的技术规范。在对新应用的不断追求中,这些材料一定会成为激动人心、非凡的未来创新材料。