血管支架介入術(shù)是缺血性心腦血管疾病的一種常規(guī)治療手段。血管支架材料需要長(zhǎng)期在苛刻環(huán)境中保持穩(wěn)定的生物和力學(xué)安全性，是綜合性能要求最高的植入材料之一，一直是生物材料領(lǐng)域的研究前沿。近日，全球首款無(wú)鎳金屬血管支架產(chǎn)品取得Ⅲ類醫(yī)療器械注冊(cè)證。該產(chǎn)品使用的新型支架材料——醫(yī)用無(wú)鎳不銹鋼，具有優(yōu)異的組織穩(wěn)定性、力學(xué)性能、耐局部腐蝕性能和生物相容性，標(biāo)志著我國(guó)植入不銹鋼邁入無(wú)鎳時(shí)代。

含鎳金屬材料存在致敏等風(fēng)險(xiǎn)
目前，臨床廣泛應(yīng)用的血管支架金屬材料，包括316L不銹鋼、L605鈷基合金、鎳鈦超彈性合金等。
不銹鋼具有優(yōu)異的綜合性能，作為植入材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域使用已經(jīng)有上百年的歷史。以316L不銹鋼為例，該材料自20世紀(jì)50年代發(fā)展成熟后，廣泛應(yīng)用于骨科、齒科等領(lǐng)域和心血管支架等臨床治療。此外，比316L不銹鋼強(qiáng)度水平更高的L605鈷基合金作為新一代冠脈血管支架材料目前已大量應(yīng)用于臨床治療；而具有超彈性獨(dú)特性能的鎳鈦合金則在自膨式血管支架中得到廣泛應(yīng)用。
然而，這些血管支架金屬材料均需要通過(guò)加入適量的鎳元素來(lái)穩(wěn)定奧氏體組織，以獲得較好的強(qiáng)韌性、耐蝕性和加工性。其在苛刻的人體環(huán)境中使用，會(huì)不可避免地溶出或多或少的鎳離子。
鎳是一種潛在的致敏因子。醫(yī)學(xué)研究證明，鎳離子存在致敏、致畸等潛在風(fēng)險(xiǎn)，容易導(dǎo)致皮炎、濕疹、組織增生等問(wèn)題。
國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《柳葉刀》有報(bào)道稱，對(duì)鎳過(guò)敏的患者植入含鎳金屬材料的支架后，再狹窄發(fā)生率顯著升高，甚至在植入半年內(nèi)有60%以上的鎳過(guò)敏患者會(huì)出現(xiàn)支架內(nèi)再狹窄現(xiàn)象。歐洲有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，有20%左右的人對(duì)鎳過(guò)敏，其中女性過(guò)敏比例高于男性。因此，西歐一些國(guó)家已經(jīng)發(fā)布了醫(yī)用無(wú)鎳不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)，要求下調(diào)與人體接觸的不銹鋼中的鎳含量，以減少鎳元素帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)。

醫(yī)用高氮無(wú)鎳不銹鋼研究實(shí)現(xiàn)突破
為了進(jìn)一步提高血管支架材料性能，自21世紀(jì)初，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究團(tuán)隊(duì)采用“以氮代鎳”的合金設(shè)計(jì)創(chuàng)新思路，突破多項(xiàng)技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)出醫(yī)用高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼BIOSSN。與傳統(tǒng)316L不銹鋼相比，BIOSSN不銹鋼具有更加優(yōu)異的組織穩(wěn)定性、力學(xué)性能、耐局部腐蝕性能和生物相容性。
在成分設(shè)計(jì)方面，由于高氮無(wú)鎳不銹鋼中不添加鎳元素，因此不再適用于目前廣泛使用的鎳當(dāng)量公式。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研究，在國(guó)際上首次提出了氮當(dāng)量公式，成功實(shí)現(xiàn)了高氮無(wú)鎳不銹鋼的成分與組織的精確預(yù)測(cè)，并且發(fā)現(xiàn)了元素間的強(qiáng)相互作用。另外，利用氮元素強(qiáng)大的奧氏體組織穩(wěn)定能力，高氮無(wú)鎳不銹鋼即使在發(fā)生加工硬化后仍然無(wú)鐵磁性，具有優(yōu)異的磁兼容性。
在力學(xué)性能方面，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在幾乎不降低塑性的同時(shí)，高氮無(wú)鎳不銹鋼的強(qiáng)度隨氮含量的增加呈線性提高。BIOSSN不銹鋼中的氮含量高于0.8%，其強(qiáng)度可達(dá)到316L不銹鋼的2倍以上，但塑性幾乎相當(dāng)，耐磨性、耐疲勞性能更加優(yōu)異。與L605鈷基合金相比，BIOSSN不銹鋼的強(qiáng)度相當(dāng)，但塑性優(yōu)勢(shì)明顯。此外，BIOSSN不銹鋼的強(qiáng)韌性也達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。高氮無(wú)鎳不銹鋼在強(qiáng)韌性方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)開(kāi)發(fā)新一代長(zhǎng)壽命、微型化、低成本不銹鋼醫(yī)療器械具有重要應(yīng)用價(jià)值。
在耐腐蝕性能方面，以點(diǎn)蝕為代表的局部腐蝕與不銹鋼植入醫(yī)療器械發(fā)生早期斷裂失效關(guān)系密切。冷變形會(huì)導(dǎo)致不銹鋼的耐點(diǎn)蝕能力大幅降低，而血管支架在植入前后經(jīng)歷的壓縮至球囊和球囊擴(kuò)張均會(huì)發(fā)生冷變形，導(dǎo)致發(fā)生點(diǎn)蝕的風(fēng)險(xiǎn)增加。高氮無(wú)鎳不銹鋼的材料特性是耐點(diǎn)蝕能力隨其中的氮含量增加呈線性增長(zhǎng)，且受冷變形的影響較小。BIOSSN不銹鋼的耐點(diǎn)蝕電位達(dá)到傳統(tǒng)316L不銹鋼的2倍，且當(dāng)?shù)看笥?.9%時(shí)，冷變形導(dǎo)致耐點(diǎn)蝕能力下降的負(fù)面影響可被完全消除。BIOSSN不銹鋼的優(yōu)異耐點(diǎn)蝕能力對(duì)由其制造的血管支架的使用安全性至關(guān)重要。
在生物相容性方面，高氮無(wú)鎳不銹鋼以氮代替鎳，避免了鎳離子釋放對(duì)人體帶來(lái)的潛在危害。BIOSSN不銹鋼不僅通過(guò)了全部生物學(xué)性能檢測(cè)，而且與傳統(tǒng)的316L不銹鋼相比，有助于原位合成一氧化氮等，還具有更好的血液相容性，包括更強(qiáng)的抗凝血性能及在血管修復(fù)過(guò)程中更優(yōu)質(zhì)的內(nèi)皮化質(zhì)量，并避免了鎳溶出對(duì)新生內(nèi)膜增生的促進(jìn)作用，有利于降低支架內(nèi)再狹窄的發(fā)生率。高氮無(wú)鎳不銹鋼的優(yōu)異生物學(xué)性能，使其成為一款制造血管支架的理想材料。
基于高氮無(wú)鎳不銹鋼的特性，已有國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)出高氮無(wú)鎳不銹鋼冠脈血管支架，產(chǎn)品具備更高的生物安全性，可避免鎳離子溶出對(duì)人體造成的潛在危害，同時(shí)還具有無(wú)磁、網(wǎng)絲薄、變形均勻、柔順性好、支撐力強(qiáng)和耐局部腐蝕性能優(yōu)等優(yōu)勢(shì)。相關(guān)產(chǎn)品2021年1月獲得歐盟醫(yī)療器械CE認(rèn)證，并于今年7月獲得國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)上市，取得Ⅲ類醫(yī)療器械注冊(cè)證。

高氮無(wú)鎳不銹鋼應(yīng)用前景廣闊
作為一種新型生物醫(yī)用材料，高氮無(wú)鎳不銹鋼具有優(yōu)異的磁兼容性、力學(xué)性能、耐腐蝕性能和生物相容性，在醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
高氮無(wú)鎳不銹鋼以氮元素替代鎳元素來(lái)穩(wěn)定不銹鋼的奧氏體組織，從根本上避免了鎳離子溶出對(duì)人體帶來(lái)致敏、致畸等潛在危害，為鎳過(guò)敏患者提供了更加安全的植入材料選擇。繼冠脈血管支架后，高氮無(wú)鎳不銹鋼還有望在顱內(nèi)血管支架等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
目前，我國(guó)在高氮無(wú)鎳不銹鋼的骨植入產(chǎn)品領(lǐng)域尚屬空白。但在國(guó)際上，已有醫(yī)療器械公司將高氮無(wú)鎳不銹鋼空心骨螺釘應(yīng)用于臨床，該類產(chǎn)品在強(qiáng)度和剛性方面性能優(yōu)勢(shì)顯著。
隨著技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，高氮無(wú)鎳不銹鋼還有望適用于制造其他骨植入產(chǎn)品，如骨釘、骨板、人工關(guān)節(jié)部件，以及口腔正畸、腸胃修復(fù)等醫(yī)療器械。
但值得關(guān)注的是，高氮無(wú)鎳不銹鋼應(yīng)用仍存在技術(shù)難題，如提高其中的氮含量及其分布均勻性等，這些問(wèn)題均會(huì)提高材料的制造成本，還需產(chǎn)學(xué)研各相關(guān)方協(xié)助解決。相信隨著高氮無(wú)鎳不銹鋼的綜合性能持續(xù)提升、用量逐步增大，以及由此帶來(lái)的制備成本下降，其有望逐步替代傳統(tǒng)含鎳醫(yī)用不銹鋼及其他金屬材料，在骨科器械、牙科材料、血管支架、外科手術(shù)器械等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為我國(guó)高端醫(yī)療器械創(chuàng)新發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供有力支撐。

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