不锈钢是一类特殊钢材料,钢中的Cr含量要超过12%,以其特有的耐腐蚀性能。不锈钢依据不同的耐腐蚀性能和强度要求,按其显微组织分为奥氏体(C相)、铁素体(A相)、马氏体(M相)、双相(C+A、C+M等)和沉淀硬化(M+沉淀析出相)等多种类型,其中以AISI316L和317L为代表的奥氏体不锈钢是常用的外科植入金属材料,其它类型不锈钢主要用于制作医疗工具或特殊手术器械。1926年,18%Cr-8%Ni型不锈钢(AISI304)被用作骨科植人材料,随后在口腔科中也得到应用。到1952年,含有2%Mo的AISI316不锈钢在临床上获得应用,并逐渐取代了304不锈钢。为了解决不锈钢的晶间腐蚀问题,上世纪60年代,具有良好生物相容性、力学性能和更优耐腐蚀性能的低碳不锈钢AISI316L和AISI317L开始在医学领域中得到应用。
抗菌不锈钢
上世纪90年代末,日本钢铁企业率先在国际上研究开发出具有抗菌功能的不锈钢。日本川崎制铁株式会社[40]公布开发出含Ag抗菌不锈钢R304-AB,R430-AB,R430LN-AB,其对大肠杆菌的杀菌率均在99%以上,表现出的抗菌性能。日本日新制钢公司[41]开发出具有良好制造加工性能和抗菌性能的3种系列含Cu抗菌不锈钢NSSAM,lNSSAM,NSS3,其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、沙门氏菌等常见细菌都有很强的杀灭作用。作为一类结构/功能一体化新材料,抗菌不锈钢在卫生防病领域中具有广阔的应用前景。
中科院金属研究所于本世纪初在国内率先研究开发出含Cu系列抗菌不锈钢,已相继开发出铁素体、奥氏体和马氏体等多种类型抗菌不锈钢[42-44]。这些抗菌不锈钢不仅具有强烈的广谱抗菌性,而且其力学性能、耐蚀性能和加工性能均与普通不锈钢相当。国内目前还有宝钢、太钢、浙江天宝、西安交通大学等多家单位研究开发出抗菌不锈钢。
在临床医疗过程中,植入医疗材料在使用前都要经过非常严格的一系列灭菌消毒过程,但这些措施并不能完全降低病人受到细菌感染的可能性。作为常见的术后并发症,医疗器械引发的细菌感染也成为21世纪医学领域内亟待解决的问题。据统计,美国骨科植入物相关感染的年发病率约为413%。另外根据世界卫生组织(WHO)颁布的5院内感染防治实用手册6中有关数据,每天全世界有超过1400万人正在遭受院内感染的痛苦,其中60%的细菌感染与使用的医疗植入材料有关。给出的骨科植入器械相关感染中常见细菌比例表明[45],金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌是引起骨科植入器械感染的主要细菌,分别占到34%和32%,其它球菌占到13%。而引起口腔正畸器械细菌感染的主要是变形链球菌(致龋菌)、牙龈卟啉单胞菌(牙周致病菌)等厌氧菌
植入物类医疗器械导致的相关感染,通常需要长期依赖抗生素甚至多次手术才能治愈,给病患的精神和身体都带来痛苦。研究开发具有抗细菌感染功能的生物医用材料,使其具有长期自动灭菌功能,进而减少感染环节,降低感染几率,减少抗生素的使用,具有重要的临床意义和广阔的应用前景。利用抗菌不锈钢的特杀菌性能,目前中科院金属研究所正在研究开发具有抗细菌感染功能的新型不锈钢医疗材料。
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