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El acero inoxidable es una clase de materiales de acero especiales. El contenido de Cr en este acero supera el 12%, lo que hace que tenga una fuerte resistencia a la corrosión.
De acuerdo con los diferentes requisitos de resistencia y resistencia a la corrosión, de acuerdo con la microestructura del acero inoxidable, se puede dividir en austenita (fase C), ferrita (fase A), martensita (fase M), dúplex (fase C + A, fase C + M, etc.) y endurecimiento por precipitación (fase precipitada M +) y otros tipos.
El acero inoxidable médico generalmente tiene buena biocompatibilidad, buenas propiedades mecánicas, excelente resistencia a la corrosión de fluidos corporales y buena procesabilidad. Es ampliamente utilizado en materiales de implantes médicos clínicos y materiales de herramientas médicas.
El acero inoxidable médico es ampliamente utilizado en:
En 1926, el acero inoxidable 18% Cr-8% Ni (AISI304) se utilizó por primera vez como material de implante ortopédico, y luego también se usó en estomatología.
En 1952, el acero inoxidable AISI316 que contenía 2% de Mo se aplicó clínicamente y reemplazó gradualmente al acero inoxidable 304.
Para resolver el problema de la corrosión intergranular del acero inoxidable, el acero inoxidable de carbono ultra bajo AISI316L y AISI317L con buena biocompatibilidad, propiedades mecánicas y mejor resistencia a la corrosión comenzó a aplicarse en el campo médico en la década de 1960.
En la actualidad, el acero inoxidable austenítico representado por AISI316L y 317L es el material metálico más utilizado para implantes quirúrgicos.
El acero inoxidable médico es muy diferente del acero inoxidable industrial ordinario.
El acero inoxidable médico debe realizarse durante la producción:
Por lo tanto, los requisitos de composición química del acero inoxidable médico son muy estrictos, tales como:
La alta densidad (aproximadamente 718 g / cm3), alta resistencia (300 ~ 1000MPa) y alto módulo elástico (aproximadamente 200GPa) del acero inoxidable médico serán diferentes de las propiedades mecánicas del tejido óseo. Esto conducirá a una coincidencia insuficiente de su compatibilidad mecánica, lo que causará un efecto de protección contra el estrés y conducirá fácilmente a la osteoporosis, la resorción ósea o la atrofia ósea.
Al mismo tiempo, debido a la falta de suficiente estimulación mecánica del estrés, el tejido óseo no es fácil de formar callos en el sitio de la fractura, y las fracturas secundarias son propensas a ocurrir.
El acero inoxidable médico puede tener problemas de corrosión o abrasión en entornos biológicos.
La principal forma de corrosión del acero inoxidable médico en el cuerpo humano es la corrosión en grietas, seguida de la corrosión intergranular y la corrosión por picaduras. Además, también se han producido corrosión por fricción y agrietamiento por corrosión bajo tensión.
En general, cuanto más tiempo se usó el implante, más severa fue la corrosión. La corrosión puede tener un fuerte impacto en las propiedades mecánicas y la biocompatibilidad del acero inoxidable: no solo afectará la vida útil del material o dispositivo, sino que también puede causar necrosis local e inflamación del tejido alrededor del implante debido a la lixiviación de metales, lo que resulta en inflamación, alergias y reacciones cancerígenas y otras reacciones sistémicas. que afectan en gran medida la salud del huésped.
El acero inoxidable austenítico médico para la implantación generalmente contiene más del 10% de elemento de Ni para estabilizar la estructura austenítica del acero inoxidable.
Un gran número de estudios clínicos han demostrado que el Ni es un factor potencial de sensibilización al cuerpo humano. El daño común de Ni y sus compuestos al cuerpo humano es la dermatitis de contacto de Ni, que tiene una alta tasa de incidencia, y el eccema ocurre en aquellos con alergias fuertes.
Además, el enriquecimiento de iones Ni en organismos puede inducir efectos tóxicos, destrucción celular e inflamación, y causar peligros teratogénicos y cancerígenos para los organismos.
Con el fin de evitar reacciones tisulares adversas causadas por la disolución del elemento Ni, la investigación y el desarrollo de acero inoxidable austenítico médico bajo en Ni y libre de Ni se ha convertido en una tendencia de desarrollo importante del acero inoxidable médico en el mundo.
El principio es utilizar un elemento N barato (o el efecto combinado de N y Mn) para reemplazar el costoso elemento Ni en acero inoxidable para estabilizar la estructura de austenita del acero inoxidable, de modo que el acero inoxidable continúe manteniendo sus excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y propiedades biológicas. rendimiento académico.
¿Por qué elegir N elementos?
En comparación con el elemento Ni. El elemento N es económico e inofensivo para el cuerpo humano, y la adición de N puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión del acero inoxidable.
Con el aumento del contenido de N en el acero inoxidable médico, la resistencia del acero inoxidable mejora enormemente, que es más del doble de la resistencia del acero inoxidable 316L o 317L utilizado tradicionalmente, alcanzando el nivel de resistencia de la aleación médica Co-Cr, mientras que la plasticidad del acero inoxidable permanece en un nivel alto.
Los resultados de la investigación muestran que, en comparación con el acero inoxidable 316LCr-Ni utilizado clínicamente, el acero inoxidable libre de N con alto contenido de N exhibe una mejor capacidad de adhesión antiplaquetaria y un mayor tiempo de coagulación inicial de coagulación dinámica (25% -60% más alto). Con el aumento del contenido de N en el acero inoxidable, su rendimiento anticoagulante es mejor.
Los resultados de la investigación muestran que las propiedades mecánicas y biológicas del acero inoxidable sin N de alto N y la aleación médica de Co-Cr-Mo (Co62-Cr28-Mo6, el resto es Ni, etc.), sacamos las siguientes conclusiones:
Las propiedades mecánicas del acero inoxidable libre de N son similares a las de las aleaciones Co-Cr-Mo, pero su resistencia a las picaduras y compatibilidad con la sangre son significativamente mejores que las de las aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno, mostrando puntos de picadura más altos y un tiempo de coagulación inicial dinámico más largo (aproximadamente un 25% más alto) y mejores propiedades de adhesión antiplaquetaria.
Un gran número de estudios clínicos han demostrado que, en comparación con el acero inoxidable médico 316L o 317L ampliamente utilizado en la práctica clínica, el acero inoxidable austenítico austenítico sin N tiene propiedades mecánicas más excelentes, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga por corrosión. Rendimiento, mejor biocompatibilidad, menor costo de material y buena procesabilidad.
Debido a que no contiene elementos de Ni con posibles efectos secundarios tóxicos, tiene grandes ventajas de aplicación como materiales de implantes humanos y mejorará significativamente la seguridad de uso a largo plazo de los materiales médicos de implantes metálicos.
La modificación de la superficie no solo puede mejorar eficazmente la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste del acero inoxidable médico, sino también mejorar aún más su biocompatibilidad e incluso hacer que la superficie sea bioactiva.
Los métodos actualmente aplicados a la modificación de superficies de acero inoxidable médico incluyen principalmente: aleación de superficies, cerámica, funcionalización y otras tecnologías de tratamiento de recubrimiento superficial.
Estas tecnologías son principalmente para la modificación superficial de implantes de acero inoxidable y stents cardiovasculares de acero inoxidable para tejidos duros como huesos y dientes.
Recubrir una capa de película polimérica o cubrir una capa de membrana celular endotelial con un gen anticoagulante en la superficie del stent cardiovascular de acero inoxidable puede mejorar las características biológicas del stent, reducir eficazmente la formación de trombos y mejorar la compatibilidad sanguínea del stent.
Después de que se recubrió una capa de película similar a un diamante en la superficie del stent cardiovascular de acero inoxidable, la cantidad de disolución de iones metálicos del stent filmado disminuyó significativamente. Además, el recubrimiento recubierto de fármaco en la superficie del stent cardiovascular de acero inoxidable ha logrado una aplicación clínica.
La tecnología de implantación de iones no solo puede mejorar la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste de los materiales metálicos, sino también mejorar la resistencia a la corrosión y la biocompatibilidad de los materiales metálicos médicos.
La resistencia a la corrosión y la biocompatibilidad y hemocompatibilidad de los implantes de acero inoxidable se pueden mejorar mediante la preparación de recubrimientos bioinertes o activos en la superficie de los sustratos de acero inoxidable. Entre ellos, se han estudiado más las películas similares al diamante, las películas de nitruro de tantalio, las películas de carburo de silicio, los recubrimientos de hidroxiapatita, los recubrimientos de polímeros, los recubrimientos de fibra, los recubrimientos biomiméticos y los recubrimientos biológicos de vitrocerámica.
El uso de materiales bioinertes como la alúmina, el zirconia y el nitruro de titanio como material de recubrimiento en la superficie del acero inoxidable puede prevenir la disolución de iones dañinos en la matriz de acero inoxidable e inhibir la corrosión de la matriz, haciéndola más biocompatible que la matriz de acero inoxidable. sexo.
En la actualidad, los materiales de recubrimiento cerámico para implantes metálicos que combinan bien con tejido óseo humano y tejidos blandos, como la hidroxiapatita y la cerámica de biovidrio, se han utilizado clínicamente. (actualizado en 2019)
En el proceso médico clínico, los dispositivos médicos implantados deben pasar por una serie de procesos de esterilización muy estrictos antes de su uso, pero estas medidas no pueden reducir completamente la posibilidad de que los pacientes se infecten por bacterias. Como una complicación postoperatoria común, la infección bacteriana causada por dispositivos médicos también se ha convertido en un problema urgente a resolver en el campo de la medicina en el siglo 21.
Las infecciones relacionadas causadas por dispositivos médicos implantados generalmente requieren una dependencia a largo plazo de los antibióticos o incluso múltiples operaciones para curarse, lo que trae un gran dolor a los pacientes tanto mental como físicamente.
La investigación y el desarrollo de materiales biomédicos con función de infección antibacteriana, de modo que tenga una función de esterilización automática a largo plazo, reduciendo así el proceso de infección, reduciendo la tasa de infección y reduciendo el uso de antibióticos, tiene una importancia clínica importante y amplias perspectivas de aplicación.
A fines de la década de 1990, las compañías siderúrgicas japonesas tomaron la delantera en la investigación y el desarrollo de acero inoxidable con función antibacteriana en el mundo.
Kawasaki Iron & Steel Co. de Japón, Ltd. [40] anunció por primera vez el desarrollo de acero inoxidable antibacteriano que contiene Ag R304-AB, R430-AB, R430LN-AB, la tasa de esterilización de Escherichia coli es superior al 99%, mostrando excelentes propiedades antibacterianas.
Japonesa Nisshin Steel Co., Ltd. ha desarrollado tres series de acero inoxidable antibacteriano que contienen Cu NSSAM, lNSSAM y NSS3 con buen rendimiento de fabricación y procesamiento y rendimiento antibacteriano, que son eficaces contra bacterias comunes como Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y Salmonella. Fuerte efecto asesino.
