Могут ли сплавы на основе никеля- заменить титановые сплавы при производстве медицинского оборудования?
Сценарии, в которых возможна частичная замена
Коррозионная стойкость в экстремальных средах
Сплавы на основе никеля-обладают превосходной стойкостью к сильным кислотам, щелочам и хлорид-содержащим растворам, что лучше, чем у обычных титановых сплавов (например, Ti-6Al-4V). Они подходят для производства компонентов медицинского оборудования, таких какстерилизаторы хирургических инструментов, аппараты для диализа и химические анализаторы, где они могут противостоять длительной-эрозии под действием стерилизаторов (например, оксида этилена, перекиси водорода) и имитаторов жидкостей организма.
Высокая прочность и износостойкость
Некоторые сплавы на основе никеля-имеют более высокую прочность на разрыв и износостойкость, чем титановые сплавы. Например, MP35N (сплав кобальта-никеля-хрома-молибдена) обладает сверх-высокой прочностью и усталостной стойкостью, что делает его идеальным материалом дляортопедические хирургические инструменты, стоматологические сверла и направляющие проволоки, которые могут заменить компоненты из титанового сплава, склонные к износу при длительном-использовании.
Сценарии, в которых замена не рекомендуется или невозможна
Риски биосовместимости
Большинство сплавов на основе никеля- содержат высокую долю никелевых элементов (10–70%). Ионы никеля могут вымываться из организма человека, вызывая аллергические реакции примерно у 10–20% населения, а в тяжелых случаях даже вызывать воспаление или некроз тканей. Напротив, титановые сплавы имеют чрезвычайно низкую скорость высвобождения ионов, хорошую гистосовместимость и могут образовывать на поверхности стабильную оксидную пленку, которая может хорошо интегрироваться с костями человека (остеоинтеграция). Следовательно, сплавы на основе никеля- не могут заменить титановые сплавы вискусственные суставы, зубные имплантаты, костные пластины и сердечные стенты.
Несоответствие плотности и модуля
Плотность сплавов на основе никеля- (7,8–9,0 г/см³) значительно выше плотности титановых сплавов (4,5 г/см³), что увеличивает вес имплантируемых устройств и вызывает дискомфорт у пациентов. Кроме того, модуль упругости сплавов на основе никеля- близок к модулю упругости нержавеющей стали (около 200 ГПа), который значительно выше, чем у кортикальной кости человека (10–30 ГПа). Это приведет к «эффекту экранирования напряжений» (имплантат принимает на себя большую часть нагрузки, что приводит к резорбции кости), тогда как титановые сплавы имеют меньший модуль упругости (около 110 ГПа), что может снизить этот эффект.
Ограничения технологичности прецизионных имплантатов
Титановые сплавы обладают хорошей пластичностью и могут быть переработаны в сложные формы (например, пористые искусственные костные каркасы) посредством аддитивного производства (3D-печати). Хотя сплавы на основе никеля- также можно печатать на 3D-принтере, их высокая температура плавления и плохая теплопроводность делают их склонными к растрескиванию и деформации во время обработки, что не подходит для изготовления прецизионных имплантируемых устройств со сложной структурой.
Заключение
Сплавы на основе никеля-могутчастично заменить титановые сплавыв не-имплантируемом медицинском оборудовании и высокоэффективных-хирургических инструментах, используя их преимущества в коррозионной стойкости и прочности.
Для имплантируемых устройств, требующих высокой биосовместимости и остеоинтеграции, титановые сплавы остаются незаменимыми, а сплавы на основе никеля- не рекомендуются из-за ограничений биосовместимости и механических свойств.
