医用金属材料中镍的特点与应用探析

镍是大多数医用金属材料中的合金化元素，其中医用奥氏体不锈钢（含镍约13%左右），医用钴基合金（含镍2%～30%不等），镍钛形状记忆合金（含镍约50%）。

医用金属材料植入人体后，由于植入件的腐蚀，许多金属离子释放到邻近的组织中，含镍医用金属试样在模拟体液中浸泡过程中Ni离子的释放量随着浸泡时间延长，Ni离子的释放量逐渐增加。在植入316 L不锈钢板和螺栓邻近的组织中，镍离子浓度大体在116～1 200 mg/L，在病人体内由于镍合金植入件腐蚀造成的镍离子最大的释放率约是20μg/kg·d。

镍离子在高浓度时可以诱发毒性效应，发生细胞破坏和炎症反应。镍在体内可能抑制巨噬细胞的吞噬功能和杀菌作用，能破坏细胞内的细胞器，改变细胞形态，降低细胞数量。近来发现镍离子随着它的浓度和暴露时间，可促进或抑制细胞内黏附分子（ICAM-1）在内皮细胞的表达。

金属植入物中离子释放对心血管系统的影响：冠脉内支架逐渐成为介入心血管疗法的一种主要手段，但是支架的应用却依旧受到血管急性闭塞和再狭窄等缺陷的制约。支架内再狭窄主要是由于支架植入后，由于血管壁受损，血管组织纤维细胞过度增生或发生炎症反应引起血栓形成造成的。Koster等研究和不锈钢支架中镍、铬和钼等金属离子释放而出现过敏和再狭窄的关系，认为支架中金属离子引起的接触过敏（特别是镍）加重了炎症反应，刺激支架周围新生组织的增生，从而增加了支架再狭窄的可能性。临床实验发现，对金属离子特别是镍离子过敏的病人发生冠脉支架再狭窄的概率高于没有过敏反应的病人。因此支架用金属合金中的金属离子溶出（特别是镍）可能是管脉支架再狭窄的间接原因之一。

医用不锈钢相对于医用钛合金成本较低，因此研究开发高耐蚀性、高强韧性医用无镍不锈钢显然具有优势。由于对高氮不锈钢的深入研究，一些研究者提出把高氮含量Cr-Mn-N奥氏体不锈钢应用于生物医学。他们指出这种不锈钢具有良好的抗腐蚀能力，特别是抗点蚀和晶间腐蚀，而且具有较高的耐磨性，重要的是钢中没有镍元素的存在，从而可避免镍元素在人体内析出造成的致敏性及其他组织反应。(www.xing528.com)

BIOSS4无镍不锈钢是中科院金属研究所发展的一种奥氏体医用无镍不锈钢材料。这种不锈钢完全抛弃了其中的镍元素，采用氮元素来强化奥氏体基体，合适的热处理使不锈钢保证了单一稳定的奥氏体结构，即使在发生严重塑性变形后仍保持稳定的奥氏体结构。新型医用无镍不锈钢BIOSS4不锈钢和316 L医用不锈钢在37℃人造血浆溶液中的阳极极化曲线表明，BIOSS4无镍不锈钢在模拟体液中比316 L不锈钢具有更好的耐蚀性能，尤其是耐点蚀性能。尽管无镍不锈钢BIOSS4和316 L具有相当的自腐蚀电位和腐蚀电流，但是无镍不锈钢的电蚀电位达到了430 mV以上，而超纯净316 L不锈钢电蚀电位在340 mV左右。

医用金属材料中含有的镍元素，由于腐蚀溶出除了对人体产生过敏反应外，还存在致畸、致癌的危害性，严重危害到患者的健康。医用金属材料表面改性处理以及医用钛合金的发展和广泛应用将有效地降低金属离子（特别是镍离子）潜在的危害性。无镍不锈钢相对于传统的镍铬医用不锈钢具有更好的耐蚀性能以及更为优良的强韧性组合，并且成本较低，作为医用植入件，可用于骨关节等一切承力部件以及牙科矫形件等，在日常生活中可用于制作医疗器械、首饰、厨房器皿等与人体经常接触的不锈钢部件。

长期使用的安全性及可靠性是医用金属材料的第一要求，医用金属材料表面改性、新型钛合金以及氮强化医用无镍不锈钢虽然具有优良的综合性能和生物相容性，在许多性能方面相当于甚至超过现有医用金属材料，但其进一步的研究和应用，依然还要做许多工作。