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含镍医用材料 镍钛合金在支气管 内活瓣中

专 注 于 镍 及 其 应 用 的 杂 志

镍在医疗保健领域的应用

改善生活品质

第32卷第3期，2017年

医疗器械发展趋势

ANCON BUILDING PRODUCTS

隧道的数字解读 作为大型翻修工程的一部分，支撑女王 大道隧道内部新覆面系统的框架采用了 近400吨不锈钢。  覆面镶板由轻质模块化含镍不锈钢框架支撑。

案例研究11 水底隧道的翻修

框架在工厂制作并在运输前完 成装配。  部分镶板上丝网印刷了一 位本地艺术家绘制的图案。 

女王大道隧道是英格兰西北部默西河下的一条公路隧道，位于利物浦与伯肯赫 德之间。1934年竣工时,这条隧道是全世界最长的水底隧道，全长3.24公里。 2011年，在服役77年之后，这条隧道开始了为期11个月的翻修。 采用陶瓷钢取代了旧的塑料波纹防护墙覆面。之所以选择这种材料是因为它经 久耐用、强度极高且很少需要维护。它不仅易于清洗，而且赋予了隧道21世纪的现 代外观。 新覆面系统还增强了安全性，改善了反光现象，而且使亮度提高了14％。这样既 减少了能耗，同时又将灯泡的寿命从7年延长至8年，不仅节省了资金也减小了碳足 迹。 覆面镶板由冷成型构件组成的轻盈模块化不锈钢框架支撑，这些构件的制作材 料为390吨不锈钢带。框架材料选择304型（UNSS30400）含镍不锈钢，这样选材是 因为要对抗公路隧道内部存在的腐蚀性环境。 为了防止污垢和污染物的集聚，例如可能会导致局部腐蚀的氯化物或硫化物， 还制定了一份严格的清洗时间表，。 不锈钢框架设计得尽可能地轻盈，这是为了同时降低材料成本和加快安装，因 此整个翻修工程得以在对隧道正常运营干扰极小的情况下竣工。框架系统还必须 易于拆卸，而且镶板可以在发生损坏（例如车辆冲击）时更换。 在模块化设计的基础上，每个副架支撑依靠覆面镶板。 将坚固的顶部和底部导轨预先固定在隧道壁上然后将不锈钢框架固定到位，这 种新颖的设计概念大幅缩短了安装时间。同时，这一工艺还极大地减少了对隧道用户 的干扰。 2 《镍杂志》案例研究

建造时间：1925-1934年，造价为800万英 镑（1934年） 隧道总长：3.24公里 隧道直径：直径为13.4米，双向四车道， 每天有35,000辆车通过隧道 翻修费用：700万英镑（2011年） 陶瓷钢镶板的数量：6,000个，表面积为 36,000平方米 覆面系统总重量：约900吨 不锈钢重量：约400吨 框架：304型（UNSS30400）奥氏体不锈钢 （含镍量约为8.3％） 固定件：A4级不锈钢（成分相当于316型 （UNSS31600））制成的48,000个固定件 将框架固定在隧道壁上。 每块镶板的主要支撑挂钩：含镍量为 5.5 ％的双相不锈钢（UNS32205），凭借 其超高强度入选。 翻修耗时11个月，竣工时间为2011年11 月。 部分陶瓷镶板上丝网印刷了一位本地艺 术家绘制的图案，从而使得这条隧道成 为欧洲第一条覆面中包含公共艺术元素 的隧道。 2009年9月， 《哈利·波特与死亡圣器》 （ 上部）的一个场景在该隧道内拍摄。 完整的案例研究可以从国际镍协会网站 （www.nickelinstitute.org）下载。

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

ISTOCK.COM/MONSTARRR_

关于镍及其应用的专业杂志 《镍杂志》由国际镍协会出版 www.nickelinstitute.org 总裁：David Butler 编辑：Clare Richardson 撰稿人：Parul Chhabra、Gary Coates、 Peter Kelly-Detwiler、 Richard Matheson、Geir Moe、 Kim Oakes、Kristina Osterman、Tony Newson、 Lissel Port、Nigel Ward 设计：ConstructiveCommunications公司 国际镍协会的联系方式： 比利时布鲁塞尔（1040）Rue Belliard12号

NICKEL IN HEALTHCARE 含镍材料（包括不锈钢）被公认为安全、易于清洗且卫生。由于具备这些特性，它

电话：+3222903200

们在医疗行业有着广泛应用，无论是手术器械、植入物、医院设备还是供应链上游

communications@nickelinstitute.org

生产我们赖以挽救生命的药品的加工设备。它们的有效应用已有很久的历史。从上

本杂志所包含的信息供读者作一般参考之用，未取得专业

世纪20年代起，不锈钢一直被用于解剖刀、拔牙钳和植入物。

所含资料据信在技术上是正确的，但国际镍协会及其会 员、工作人员和顾问并不声明或保证其适合任何一般或特

镍在医疗器械中的应用 CAGR：每年7％

30

殊用途，也概不承担与这些资料有关的任何责任。

25

ISSN0829-8351 Hayes印刷集团在加拿大用再生纸印刷

20

封面设计：ConstructiveCommunications公司

15

封面图片：iStockPhoto.com©ERAXION

10

资料来源：ROSKILLPARISER

意见之前不应针对特定应用采用或作为依据。虽然本杂志

目录

案例研究 女王大道隧道. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 聚焦 社论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 专题报道 镍过敏 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 含镍医用材料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-7 Earfold®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 镍钛合金 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 支气管内活瓣 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 医疗器械发展趋势 . . . . . . . . . . . . .10-11 医学三维打印 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 读取神经元的纳米线 . . . . . . . . . . . . . 13 心脏起搏器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 医院消毒 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 镍的应用 《大地之光》. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 简述 UNS详细资料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 网站链接 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

kt

5 0

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

卫生是医疗保健行业的首要考虑因素，而不锈钢材料普遍应用于医院的固定装置 和配件证明了它们易于清洗。 曼彻斯特城市大学和巴黎高科农业学院最近进行的一项研究表明――详见第15 页，不锈钢能经受高腐蚀性化学品的反复消毒。 镍的一些其他性质也有利于其在关键应用中的使用。例如，镍钛形状记忆合金的 性质组合使它们特别适合用于治疗血管疾病的自膨式支架。磁共振成像（MRI）可 以对大脑、肌肉、心脏、肿瘤等软组织进行超清成像但不会使患者受到电离辐射。 每个MRI系统的核心是一块强大的磁铁（强度最多比地磁场高30万倍），而且这块 磁铁在很大程度上依赖其结构中的含镍不锈钢。 含镍奥氏体不锈钢在医疗环境中至关重要，其原因不仅仅是其耐腐蚀性。它能经 受超低温（-269℃），因此盛放切除异常组织的冷冻手术中使用的液氮时离不开 它。其非磁性特性使之成为开发救生技术的理想结构材料。 镍对医疗行业做出了无形的贡献。本期《镍杂志》将揭示新式含镍材料改善生活品 质的一些途径。

ClareRichardson 《镍杂志》编辑

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

《镍杂志》聚焦 3

镍过敏

在哪里能找到镍？

风险评估

不锈钢是医疗器械和医院设备最常用的 材料之一。它具有生物相 容性、易于清洗和消毒、 第13页

坚固而且耐腐蚀。 用于植入物应用的不

第8页

锈钢等级（例如316LVM 型（ U N S S 3 1 6 7 3 ）） 与用于其他医疗器 械（例如探 头和牵

第8页

引器）的商品级不锈钢（例如316L型） （UNSS31603 ）之间存在区别，因为后者 用于短暂（一般少于60分钟）和短期（一

第6页

般不超过30天）的连续皮肤解除。 近年来，镍钛合金（U NSN01555）

第9页

作为生物医学应用的另一种含镍材料出 现，其重要性在于正畸器械和支架等应 用中的形状记忆性质。

第15页

外科植 入手术（例如人工关节置换 术）中采用的材料通常具有良好的耐受 性。与植入物有关的投诉主要与感染或

第7页

机械问题有关，但很少同时是由过敏反 应 造成的。典 型的相关过敏原为铬、 钴、骨结合剂成分和镍。 “在已对镍过敏的患者的斑贴试验 中，中低含硫量的不锈钢――例如316 型‘手术级’不锈钢――不会引起过敏反 应的统计数据出现显著增长，”镍生产 商环境研究协会（NiPERA）高级人类健

第12页

康毒理学家KateHeim博士评论道。 “一 般认为这些不锈钢不会引起镍皮炎，但 在高度过敏体质的人士当中可能会引起 过敏反应。” 现行植入物材料标准保证了金属溶

第8页

出到植入物周围的体液和组织中的程度 较低。另外设计了塑料外覆不锈钢的人 工关节以尽可能减轻摩擦性磨损。这导 致髋关节假体的成功率较高，即使在已 对金属过敏的患者当中也是如此。 “已对镍敏感或担心使用含镍合金 植入物造成的可能副作用的患者应当在

第7页 第12页

手术前与医师讨论这个问题”，Heim建 ISTOCK.COM/ANGELHELL

议到。  KateHeim博士 镍生产商环境研究协会（NiPERA）高级 人类健康毒理学家 4 《镍杂志》专题报道

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

ISTOCK.COM/CZGUR

含镍医用材料

改善生活品质 医疗技术的不断进步延长了全世界人民的寿命。随着金属级合金在内外科应用中 新用途的开发，新的进展不断取得。2016年，在美国就进行了5000万多次外科手 术。随着每年外科手术次数的增长，对微创手术的需求也在增长，因为它具有很 多巨大的好处，包括恢复时间短、手术对患者的总体影响较小等。 不 锈 钢 仍 是 医 疗器 械 最 常用的 材

Grand View研究公司2014年发布的一

料，因为它功能全面、具有生物相容性

份研究报告， “到2020年，全球导丝市

而且成本较低。钛、钴铬合金等其他材

场的 规 模预计将达 到21.9 亿美 元。未

料 也 推 动 了 技 术 进 步 。镍 钛 合 金

来六年内，目标疾 病的日益 流行以及

（U NSN01555）是一种镍钛形状记忆

老年人群基数的不断增长预计将推动

合金，也是医用金属材料中的佼佼者，

导丝需求。”

在多种医疗应用中使用日益广泛。 镍钛合金指引着前进的方向

导丝是一种很细的柔性医用丝材， 插入体内对较大器械进行引导，例如导

镍钛合金是一种具有超弹性和形状

管、中心静脉导管或喂食管。虽然导丝

记忆性质的非凡材料。它含有55％的镍

以前用于冠状动脉手术，但现在随着其

和4 5％的钛，是制作医用植 入物的一

使用量的稳步增长以及扩展到更多的

种 极佳材料。镍钛合 金具 有生物相容

医疗专业领域，它已成为越来越多的医

性和卓越的性 质，因此 过去十年内过

疗程序的组成部分。

往采用不锈钢的很多应用已被镍钛合 金取代。

“与不锈 钢丝相比，镍钛合金丝的 超弹性高出16倍，而且能经受8％的应

镍钛合金医用丝材的三大应用为血

变，而不锈 钢丝在初始形状发生变形

管导丝、诊断导丝和牙弓丝。每年都有

之 前只能 经 受 0 . 5 ％ 左 右 的应 变。例

数百吨镍用于镍钛合金和不锈钢医用

如，取一个镍钛合金制成的回形针并将

丝材的生 产，它们又被 用于改 变 生活

它 弯 曲 成 9 0°角，它会 弹 回 原 先 的 形

的解决方案和挽救生命的情形。根据

状”，领先的镍钛合金、不锈钢和专用

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

《镍杂志》专题报道 5

医用丝材供应商韦恩堡金属公司（总部 设在美国印第安纳州韦恩堡市）镍钛合 金产品经理David Plumley说道。 “镍钛 ISTOCKPHOTO.COM \ MIRONOS

合金丝具有优良的‘推送能力’、良好 的抗 纵向弯曲性，而且能 维 持其平直 度。这些都是导丝的宝贵性质。过去十 年内，我们镍钛合金产量的年增长率达 到10％，而且将来仍有 持 续 增 长的机 会，包括医疗和非医疗领域。”镍钛合 金的另一种重要应用是加强导管聚合

 血管导丝

物管，其中编织镍钛合金作为内外聚合 物层之间的加强材料。 可以适应大应变的支架 ISTOCKPHOTO.COM / BET_NOIRE

镍钛合金具有适应较大应变的卓越

WIKIMEDIA COMMONS

能 力 而 且 与人 体 有生 理 和 化 学 相 容

 牙弓丝

 镍钛合金形状记忆

性，因此成 为医疗器械工程设 计领域 的一种极佳材料。镍钛合金的一种关键 应用领域 是支 架。镍钛合 金支 架可以 在一个温度下制作，在另一个温度下折 叠成较小的尺寸，然后插入动脉中依靠 体温将它加热到转变温度以上并恢复 原先的尺寸。 镍 钛合 金 血管支 架 是由一 条 枪 钻 杆 子制成的。按精确的尺寸要求进行 加工后通过 激光切割成 形。用于治疗

韦恩堡金属研究产品公司

动脉瘤的血管支架管一 般 直径为25.4 毫米（1英寸），可以“压缩”到只有6-7 毫米（1/4英寸）的直径，然后插入输送 装 置 管 和患 者主动脉中。支 架 会自行 矫形外科缆索

扩张并形成 原始 形状，从而让医生修 复动脉瘤。 高强度不锈钢应用 “ 3 0 2 型（U N S S 3 0 2 0 0）、3 0 4 型 （ U N S S 3 0 4 0 0 ）和 3 1 6 L 型

ISTOCKPHOTO.COM / MILEA

（UNSS3160 ）奥氏体不锈钢医用丝材 有 很 多 应 用 ”，韦 恩 堡 金 属 公 司 的 Aust inLucas说道。这些极细的医用丝 材直径 介 于2 .5 4毫米 和0.1016毫米 之 间，而且经拉伸后可以变得更细。 “不  带有导丝的血管支架

6 《镍杂志》专题报道

锈钢合金是极佳的材料，因为它们可以

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

这是适用于针对重要应用中化学和机

500+千磅／平方英寸），例如0.127毫米

械均质性较高材料的一种二次熔炼工

丝材的强度为450千磅／平方英寸。这

艺。需要采用这类化学性质受控 且 纯

一点对于很小、很细部 件的生 产非常

度较高的材料来保证疲劳强度的一致

重要，例 如很多医疗应 用中的典 型情

性，而疲 劳强 度在很多医疗应用中极

形。”它们 在 血管 治 疗、神 经 刺 激 治

为重要。

镍钛合金含有55％的镍和45％的钛， 是医用植入物的一种极佳材料。 不锈钢医用丝材也用于缝合针的生

在开心手术中，必须使胸骨断裂来

和延展性才能防止弯曲和断裂，并达到

分 开肋骨架，这 样外科医生才能够给

足够的刚度和组织穿透性能，才能在

心脏动手术。手术完成时需要把肋骨拉

外 科 医 生 的 手 中 实 现良 好 的 控 制 性

回到一 起 并 借助胸 骨闭合 丝 进行闭

能。为了满足这些材料要求，缝合针一

合。闭合丝一般由316L型不锈钢医用丝

般由高性能的时效硬化马氏体 不锈 钢

材制成。304型不锈钢医用丝材经常用

合 金 制 成 ，例 如 C u s t o m 4 5 5 ®

作血管手术中初次 进入静脉和动脉的

（UNSS45500）和Custom470®。

导 丝。一些 支 架设 计 采用3 0 4 型 不 锈

对创新应用的不断追求

钢。304型和302型不锈钢的其他常见应

各种其他含镍特种丝线也应用于医

用包括管心针、导管、弹簧、缝合 针和

疗，例如FWM1058®／Elgiloy®／Phynox®

心轴。在很多外科干预治疗中经常采用

／Conichrome®（UNSR30003），这是

U 形 钉 来 闭 合 伤口。这 些 U 形 钉是由

一种钴铬 镍铁 合 金。其应用包括丝材

316L型和304型不锈钢丝制成的。后一

型支架、过滤器、心脏起搏器导线和矫

种等级也在牙弓丝中使用。

形 外科 植 入物。另外，钴 镍 铬 钼 合 金

丝线、导销和缝合针

3 5 N L T ®（ 或 该 合 金 的 其 他 型 式

克氏针钢丝（简称“K钢丝”）和骨

（UNSR30035））凭借高弹性模量应用

圆针由植 入 级 316L制成，矫形外科医

于起搏导线、管心针、导管和矫形外科

生将它们用作固定骨折部位、骨头重建

缆索和永久植入。

的植 入 式器械，而且用作 插入另一种

医疗技术的进步伴随着卓越性质高

植 入物的导销。它们也可以穿 过皮 肤

性能材料的推出。镍钛合 金及含 镍合

植入，从而给骨骼系统施加拉力。四到

金等生物相容性材料不仅要满足医疗

六周后骨头愈合后导销就 能 拆除

器械设 计师目前的需求，还必 须为新

了。316 L 型不锈 钢的其他用途 包括 矫

的 概 念 和 可能 性 提 供 必 要 的 技 术 规

形外科缆索。

范。在对新应用的不断追求中，这些材

医用植入物应用中的不锈钢医用丝 材采用真空电弧重熔法（VAR）生产，

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

 克氏针钢丝（简称“K钢丝”）

 缝合针

料一定会成为激动人心、非凡的未来创 新材料。

ISTOCKPHOTO.COM / DEFUN

产。例如，缝合针必须具备极高的强度

ISTOCKPHOTO.COM / CHAI2070

牙科植入等领域得到了广泛应用。

 胸骨闭合丝

ISTOCKPHOTO.COM / BDSPN

疗、内镜检查、矫形外科、口腔正畸和

ISTOCKPHOTO.COM / MIRALEX

在低 温工作条 件下达 到高强度（4 0 0 -

 心脏起搏器导线 《镍杂志》专题报道 7

镍钛合金 未来发展趋势

 镍钛合金的形状调整性质可以让Earfold®协助 矫正耳朵凸出现象。

变化 。显微结构低于转变温度时的称 作“马氏体 ，而高于转变温度时称作“ 奥氏体”。

的概念是他在自己的车库中摆弄钢丝 晾衣架时迸发的。 Kang博士的最终目标是避免标准的 外科和非外科耳郭整形技术中固有的 一些问题。镍钛合金帮助他实现了这个 目标。 “这种合金具有很多重要的性质，

了马氏体，即使温度高于这种现象发生 的正常温度。这种应力消失后，这种马 氏体会恢复未变形奥氏体状态。虽然大 多数金属只能承受一定比例应变的一小 部分而不发生永久变形，但镍钛合金最 高能经受8％的应变并恢复初始形状。 同样，SME可以让镍钛合金变形后恢 复初始结构。在转变温度以上进行加工 并赋予特定的形状后，镍钛合金在转变 温度以下发生变形时，其形状记忆性质 可以让它恢复初始形状。只要加热镍钛 合金就能使马氏体变回未变形奥氏体。

包括超弹性和形状记忆。因此，当它插

保健和医疗器械应用越来越多地利

入耳朵前部时，Earfold® 就能折叠并按

用镍钛合金的性质，包括耳植入物、眼

植入物预定的形状对下方的软骨进行

镜框和支架。医用支架必须经过高度压

整形了。” 自然效果

缩才能插入动脉中，但压缩解除后，它 会弹开以支撑和持续张开动脉。

虽然镍钛合金是这种新式医用植入 物的主角，但实现最终效果依靠的是 纯金。实际上，这是因为镍钛合金涂覆

灵感来自晾衣架 发明人NorbertKang博士在2017年 的一次访谈中说道， “我的意图是为患 者和外科医生提供一种快速、可预测 性更强、复发率更低、感染率 较低、 可以让患者在一定程度上控制最终结 果、可逆转、可矫正的治疗方案。”

了24克拉黄金让它在皮肤以下变得不

Kang博士原先一直采用一种方法对 耳软骨进行弯曲及缝合来矫正耳朵凸 出现象，但之后开始设想能否找到其 他方法来达到同样的目的。这种装置

正。矫正后的耳朵具有自然的外观和动

显眼。这两种物质都具有生物相容性 （ 即不会与身体发生反应）而且在多

 U-FLEX支架：一种自膨式镍钛合金支架

种其他保健产品中广泛应用。 Earfold® 从2011年开始投入使用，仍 在收集数据以确认用植入物进行治疗 会持久而一贯地对凸出的耳朵进行矫 感，而且患者的满意度也很高。镍钛合 金实际上可以“让耳朵弯曲”，而且效 果极佳！

 镍钛合金制成的眼镜鼻梁

NICKEL, VOL. 32, NO. 3, 2017

WWW.ANDRAMED.COM

每个人都喜欢听到好消息。如果你曾经十分在意自己的耳朵“凸出”，那么当你 得知现在有一种更简单、侵入度较低的方式使耳朵复位，那么你一定会感到特别 高兴，这是因为名为镍钛合金（UNS N01555）的一种轻质金属合金――由镍和钛 制成的一种超弹性材料――具有独特的性质。

8 《镍杂志》专题报道

质。这些性质源于相位转变（晶体结构

弹性，这是因为应力作用的区域内形成

镍钛合金是怎样协助对凸出的耳垂进行整形的

Earfold®是一种有着预设曲线形状 的小型植入物。治疗当天，患者只需要 在用小型手持式装置（用于使植入物 保持平整）插入耳朵时进行局部麻醉 即可。插入到位并释放后，Earfold® 会 恢复曲线形状，按手术前商定的角度 对耳朵重新定位。这一切都归功于镍 钛合金卓越的整形性质。

（SE）和形状记忆效应（SME）的独特性

镍钛合金在转变温度以上展现出超

卓“耳”不凡

修复更快、恢复时间更短 Earfold®是传统耳钉和耳部外科手 术的一种替代疗法（称作“耳郭整形 术” ，适合于成年人、青少年和七岁以 上的儿童。由于这种疗法较为便利、恢 复时间较短而且能在简单的20分钟手 术前预先查看最终效果，因此近年来 深受欢迎。

一种金属合金，镍钛合金展现出超弹性

WWW.THINOPTICS.COM/FLEXIBLE-READING-GLASSES

ISTOCKPHOTO.COM / LIZA5450

WWW.EARFOLD.CO.UK

作为相近原子百分比的镍和钛构成的

PULMONX

 深植于细支气管内的瓣膜让空气只能沿一个方向流出。

支气管内活瓣的奇迹 呼吸道疾病的克星 世界上很多患者都借助于微小的含镍瓣膜植入物提高了呼吸的舒适度，它们的工作

多，包括四项已发表的随机受控临床试

方式很像易挤式番茄酱瓶盖。

验、另外两项正在进行的临床试验以及

Zephyr瓣膜由一种可收缩的镍钛合 金（UNSN01555）丝外篮组成――有点 像心脏手术中使用的环绕硅胶内瓣的支 架。这种柔性材料的结构保证了它能形 成一个单向瓣膜，从而帮助患者更高效 地呼气。 由此形成一种更加简单、损害较小的 微创手术，有助于缓解让人虚弱的气喘 症状，而这种症状会让慢性肺病患者无 法在不喘气的情况下走几步路。 控制气流、改善呼吸 制造商PulmonX公司将Zephyr支气 管内活瓣描述为一种内镜肺减容疗法， 可以显著改善肺功能、运动耐力和生活 质量。 深植于肺部细支气管内的瓣膜可以 让空气流出，即只能沿一个方向呼气。

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

这与番茄酱瓶橡胶瓶盖的工作方式十分 相似。 在45分钟的手术中，外科医生将一根 微小的柔性管（称作“支气管镜”）植入 瓣膜，在患者麻醉或药物镇静的情况下 通过口腔和气管将它插入肺部。一旦插 入正确的位置，丝篮就会膨胀，从而将 器械固定到位。 这样就有效地隔断了肺部的患病部

关于安全和功效的大量科学研究。多项 临床试验证明了它的优点，而且全世界 已有12,000位患者接受了治疗。 英 国皇 家 B r o m p t o n 和 H a r e f i e l d N HS基 金会信托呼吸科顾问医师 SamuelKemp博士――他最近带头进行 了一项涉及Z ephy r瓣膜的研究――说 道： “手术完成后，患者可以呼吸更加轻

位。虽然肺容量变小了，但瓣膜确实能改

松，步行去更远的地方，自己穿衣服，而

善呼吸，因为空气只流经肺部的健康区

且一般生活质量得到改善。”

域。实际上，它保证了其余的健康区域 更高效地运转。 改善生活质量 PulmonX公司注意到，Zephy r瓣膜 在所有内镜肺减容疗法当中临床证据最

“气喘非常难受，人们会因此惧怕运 动。但这种疗法在无需手术的情况下让 他们恢复了自信和生活质量，而且可能 适合更多肺气肿患者。”

《镍杂志》专题报道 9

医疗器械发展趋势 不锈钢是怎样满足外科器械快速发展需求的

这是一个推动不锈钢合金应用创新和改进的快速增长的全球性行业。未来十年

多。其他优点还包括切口较小、组织损

内，全球外科器械和设备市场规模预计将翻一番。根据Grand

伤小得多、不适感较轻而且疤痕较少。

View研究公司的数

据，2016年该市场的规模为105亿美元，预计到2025年将达到203亿美元。 虽然手持式手术器械（例如镊子、

MIS—大道至简

压舌片、牵引器和扩张器）占据市场的一

在可能的情况下，微创手术日益成为

半以上份额，但随着市场趋向微创手术

人们的首选。为什么呢？总体上，它对于

（MIS），因此电气手术器械和设备细分

患者而言更安全，而且恢复时间要短得

市场会稳步增长。

另一 个显 著的 优 点 就 是 准 确 率 较 高，这是因为采用了视频辅助设别，从 而为外科医生提高了内部器官的可视化 程度和放大倍数。 MIS的常见类型包括腹腔镜和内镜 手术。腹腔镜手术需要穿过小孔进行手 术，而内镜手术包括专门设计的细小器

10 《镍杂志》专题报道

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

美国宾夕法尼 亚州雷丁 市的 C a r penter科 技公司开发了多种含 镍 特 种 合 金以满足医疗行业不断 增 长 的需求，包括： • U N S S 2 0 1 6 1（ C a r t e c h G a l l Tou g h® ），一种含 镍 量为5. 2％的 高 硅、高 锰、氮 强 化 奥 氏 体 不 锈 钢。

械穿过体内器官和血管进行的诊断和 治疗程序。 从熟练的手工操作到机器人 目前，大多数MIS手术都涉及手工操 作。但机器人技术 取得了重大进展，

合涉及复杂形状的这类应用的关键性

可以让外科医生进行更精细的干预，从

质。需要一个光滑的表面才便于医疗器

而尤其给神经外科和脊柱外科领域带

械的清洗。

来了极大的优势。预计手术机器人能实

这类合金用于制造钳子、夹具、抽吸

现直观控制、更高的可视化程度和敏捷

管和套针等不会受到高应力或扭转载

度。因此，外科手术变得更加复杂且受

荷的手术和牙科器械。

到限制。 随着技术的发展，器械也必须跟上发 展步伐

承载能力 马氏体不锈钢、410型（UNSS4100）、 4 1 6 型（ U N S S 4 1 6 0 0 ）、4 2 0 型

随着 针对外科器 械的要求越 来 越

（UNSS42000 ）、431型（UNSS43100）

多，对它们制作材料的期望也越 来越

和440型（UNSS44002/3/4）广泛应用

高。使用最合适的合金对于性能和成本

于需要硬度或较高韧度以承受载荷的

效益两方面都至关重要。所有外科器械

医疗和牙科器械，例如切割器械、骨刮

都会与体液接触，而且都受制于手术前 后采用的技术。其中包括消毒溶液， 以及利用高压饱和蒸汽杀灭耐沸水和 强效清洁剂的细菌和芽孢的高压灭菌 器。 如今的器械 必 须能够经受高压 灭 菌过程。根据耐腐蚀性、屈服强度、韧

匙、牙凿、正畸钳和解剖刀。 沉 淀 硬 化（ P H ）不 锈 钢（ 例 如 17-4PH（UNSS17400））也用于外科器 械，尤其是MIS中采用的狭长杆柄和夹 持装置。 高压灭菌问题的新解决方案

度、疲劳强度、硬度或耐磨性来选择合

随着高压灭菌的普及，马氏体不锈

适的合金。很多应用都需要将这些性质

钢不一定具备所需的耐腐蚀性，因此会

结合在一起。

让部分设备过早退化。牙科和外科器

管状和非切割器械 3 0 4 ／ 3 0 4 L 型（ U N S S 3 0 4 0 0 ／S30403 ）和316／316L型（UNSS31600 ／S31603）奥氏体不锈钢合金常用语医 ISTOCK.COM/3ALEXD

奥氏体不锈钢优良的可成形性是适

械制造商在切割刃口防护、磨损和擦伤

• 这 两个等级具 有与3 0 4 型和316 型 相 似 的 耐 腐 蚀 性，但 更 高的屈 服 强度、耐磨 性和耐 擦 伤性。 • 含 镍 量 为 6 . 5％U NS S45000是 一 种马氏 体可 时 效 硬 化 型 合 金，只 需通 过简单的热处理 就能达 到相 当 好 的 耐 腐 蚀 性 、高 强 度、良 好 的延展性和韧性。 • 含 镍量为8 . 3％的UNS S45500是一 种马氏 体可 时 效 硬 化 型 合 金，只 需通 过不同的热处理方案 就能形 成 多个强度等级而不会发 生变 形 问题，非常适合可以夹持M I S所 采用的内镜 器 械 工作 端的极小 型 器械。 • 先 进的外科 技 术要求器械 在手术 中不 会 断 裂 、变 形或以 其 他 方 式 失效。 • U NSS46500Custom465®是 另一 种 马氏体可时效硬化型不锈 合 金， 含 镍 量 为 11％，具 有 韧 性、疲 劳 强 度、切口拉 伸 强 度（适 合 于 直 径 小于 2 0 毫 米的部 件）和耐腐蚀 性 的独 特 组合。这 种 组合有 利 于 设 计更长、横 截面更 小的器 械， 例 如关节镜 器 械以及用于M I S 和 显 微 手术 的 推 进 器，而 且凭 借良 好的边缘防护和硬度 适合于切割 和整形应用。

方面遇到了一些问题，包括刃口过早变 钝、性能下降，而且有可能将金属碎屑 引入伤口。

疗器械和非切割器械，其中需要具备良

创新制造商应对了这些问题，从而

好的耐腐蚀性和中等强度。高强度304

满足不断发展的外科器械行业的严格

型不锈钢往往成为管状部件的首选材

材料需求。含镍材料在其中发挥了重要

料。

作用。

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

• 含 镍 量 为 8 ％ 的 C a r t e c h G a l l ToughPLUS®（U N S 编 号待 定）是 耐腐蚀性较高的型式。

CARPENTER科技公司

ISTOCK.COM/JMIMAGES

特种合金

《镍杂志》专题报道 11

ISTOCK.COM / ALEX-MIT

改善植入物配合度 未来医学三维打印中的镍

年长人士可能还记得上世纪70年代中期连续五季热播的美国电视剧《无敌金刚》。 ISTOCK.COM / HYWARDS

这部电视剧的主角是航天员史蒂夫·奥斯丁上校，他曾因车祸严重受伤。医生决定重 建他的身体，让它变得“更好…更强…更快。”虽然这在当时只是科学幻想，但如今 很多原先的电视观众都有了与史蒂夫·奥斯丁同样的经历：他们依靠人造身体部位 改善了生活质量、减轻了痛苦并提高了活动能力。 增材制造是如何改善髋部和关节配合

定孔隙度和质感的复杂结构让周围的骨

度的

骼接受外来植入物。已尝试了多项技术，

人造关节是这个领域中的优先项目。 但任何一项技术都无法像增材制造一样

镍钛合金可能较难加工，而且很少公

全世界共有数百万人进行了关节置换。 实现这个目标。

司能够成功地应对利用常规制造技术制

实际上，仅美国每年就会进行100多万例

造出成品的挑战。但随着增材制造的最

髋关节和膝关节置换手术。这类人造关

三维打印支架的光明前景 同时，镍基植入物的一个全新潜在领

终应用，这种情况即将发生变化。一些

域即将诞生：血管医学和血管治疗。虽 金属。它们采用多种金属，包括不锈钢、 然很难获得全球统计数据，但仅美国每 镍合金和钛，这在很大程度上是因为它 年就会进行50多万例支架植入。支架是

公司和研究机构正在集中研究镍钛合金

节要么完全由金属制成，要么含有大量

们具有耐用性而且能耐受人体内的腐蚀。 一种金属制成的小型网状管，其作用是 到现在为止，这些部件一直是以标准 尺寸的现货形式提供的，但这种情况很 快就会改变。增材制造（AM――在计算 机上设计成品并三维打印的过程）有可 能使每个关节完全适合每一位患者的需 求。目前正在这个方面开展大量的研究 以改进这类植入物的设计、功能和成本 效益。 这项新增材制造技术的主要优点是 刺激骨骼的复杂性。很难制造出具有一

12 《镍杂志》专题报道

使冠状动脉敞开让血液通过。 在 这个领域中，有5 0 年历史的镍钛

在这个领域的应用。 目前，一些增材制造研究者能够利用 聚合物开发出个性化支架。与现有医用 支架相比，这类支架不太可能在血管内

合金（UNSN01555）展现出卓越的性能。 移动并引起相关并发症。 镍钛合金具有很高的柔性和耐用性，能 够维持一定的几何形状（称作“形状记 忆” ），而且强度重量比很高，实际证明 是多种血管医疗应用（包括支架、瓣膜 及其他器械）的理想材料。形状记忆性

一些公司还使用激光切割的镍钛合 金支架，但迄今为止仍未能将增材制造 技术运用于这个方面。不过，业界利用 镍钛合金实现个性化支架的常规生产

质特别有价值，因为镍钛合金会自行扩 也许只是时间问题。到那时，即使是仿生 张并适应血管的形状。

人也会嫉妒不已…

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

读取神经元的纳米线

一种新的晶圆键合方法将硅纳米线熔

加 快神 经 疾 病 药 物的开发

接到镍电极上。他们采用了硅化工艺，

纳米线技术的一项突破让研究者更加深入地认识了大脑的工作方式，而且有助于 确定最有效的神经疾病治疗药物。 新型无损检测技术 加州大学圣地亚哥分校雅各布工程 学院电气工程教授ShadiDayeh带领的 团队开发了一种纳米线，可以详细记录

电位变化是由细胞内外部之间的离子浓 度差异引起的。

即通过反应将两个固体（硅和另一种材 料）结合在一起而不使任何一种材料融 化。这样可以防止镍电极液化、散开并 使附近的电极导线短路。 研究者采用新的纳米线技术来记录 从小鼠体内分离的和源于人诱导性多能

神经元的电活动，从而让研究者更好地

这与现有的高灵敏度测量技术形成

性干细胞的神经元的电气活动。这些神

了解单个细胞是怎样在大型神经网络

了鲜明的对比。现有技 术最终 会 造成

经元在体外与纳米线阵列接合的情况

中进行通信的。

破坏，即破坏细胞膜并最终杀死细胞，

下存活了下来并继续工作了至少六周。

主要区别是什么？新的纳米线技术

每次只能分析一个细胞，因此无法研究

没有破坏性，而且能同时测量多个神经

大型神经网络，而且也无法扩展到体外

元的潜在变化――而且实现了当前技术

培养的二维和三维组织样结构。

水平所能达到的高灵敏度和分辨率。 加州大学圣地亚哥分校综合电子和生物界面实验室

活动和药物反应的详细情况，而电流和

为了克服 这个障碍，研究者发明了

新装置由一块小芯片上紧密堆积的 硅纳米线阵列组成，上面的镍电极导线 涂覆了硅胶。纳米线可以穿透细胞而不 损伤细胞，而且灵敏度足以测量只有不 到1毫伏到几毫伏的小幅电位变化。 研究者可以测量离子通道的电流和 细胞内电位变化来了解 神经元健康、

晶圆键合创新 这项技术的另一个创新特征是它能 隔离每条纳米线测量的电气信号。

Dayeh称，这项技术需要进一步优 化才能对大脑芯片药物进行筛选。 “我 们的最终目标是将这种技术转化成可 植入大脑的一种器械。” “ 根 据 我 们 的 预 想，这 项 纳 米 线 技 术可 以 用 于 干 细 胞 来 源 的 大 脑 模

“这在现有的纳米线技术中较为罕

型，从而找到最有 效的神经疾病 治疗

见，其中几条导 线电气 短接 在一 起，

药 物，”桑 福 德·伯 纳 姆 医学 研 究 所

因此无法区分每条导线发出的信号，”-

ConradPrebys化学基因组学中心细胞

Dayeh说道。

生物学主任AnneBang说道

s与 纳米线阵列接合的神经元（橙色）的彩色化SEM图像。

s 纳米线阵列的彩色化SEM图像。

硅化工艺一般用于制造晶体管触点， 而这是首次用于图案化晶圆键合。由 于该工艺用于半导体装置生产，因此 这些纳米线的部分型式可以与CMOS 电子器件接合。Dayeh的实验室拥有 这项技术的几项未决专利申请。 《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

《镍杂志》专题报道 13

Argus Metals Week 2018

file:///G:/AA-Marketing/Conferences/Speaker%20photos%20and%20biogs/ Eelco%20Vogt.jpg

27 February — 2 March | London, UK

Nickel Institute Discount

Denis Sharypin Head of Market Research Norilsk Nickel

Eelco Vogt R&D Director Albemarle Catalysts Company

Anand Gupta Chief Executive Officer Aamar Inox

John Eastwood Head of Nickel Sales Anglo American

Quote code NI10 and save 15%

www.argusmedia.com/metals-week | +44 (0) 20 7780 4341 | metalsweek@argusmedia.com Lanyard Sponsor

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UNS详细资料 UNS编号

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本期《镍》杂志涉及到的合金和不锈钢的化学成分 (以重量计百分数)

碳

钴

铬

铜

铁

锰

钼

氮

铌

镍

磷

硫

硅

钛

S20161 第11页

0.15 最大值

-

15.0- 18.0

-

平衡

4.006.00

-

0.080.20

-

4.05.0

0.040 最大值

0.040 最大值

3.004.00

-

S30200 第6页

0.15 最大值

-

17.0- 19.0

-

平衡

2.00 最大值

-

0.10 最大值

-

8.010.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

S30400 第2、6、11页

0.08 最大值

-

18.0- 20.0

-

平衡

2.00 最大值

-

0.10 最大值

-

8.010.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

S30403 第11页

0.03 最大值

-

18.0- 20.0

-

平衡

2.00 最大值

-

0.10 最大值

-

8.012.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

S31600 第2、11页

0.08 最大值

-

16.018.0

-

平衡

2.00 最大值

0.10 最大值

-

10.014.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

S31603 第4、6、11、16页

0.03 最大值

-

16.0- 18.0

-

平衡

2.00 最大值

2.00- 3.00

0.10 最大值

-

10.014.0

0.045 最大值

0.030 最大值

0.75 最大值

-

S31673 第4页

0.03 最大值

17.019.0

-

平衡

2.00 最大值

2.50- 3.20

0.10 最大值

-

13.015.5

0.025 最大值

0.010 最大值

1.00 最大值

-

S32205 第2页

0.030 最大值

-

22.023.0

-

平衡

2.00 最大值

3.00- 3.50

0.140.20

-

4.506.50

0.030 最大值

0.020 最大值

1.00 最大值

-

S41000 第11页

0.080.15

-

11.513.5

-

平衡

1.00 最大值

-

-

-

0.75 最大值

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

S41600 第11页

0.15 最大值

-

12.014.0

-

平衡

1.25 最大值

-

-

-

-

0.06 最大值

0.15 最小值

1.00 最大值

-

S42000 第11页

0.15 最小值

-

12.014.0

-

平衡

1.00 最大值

-

-

-

-

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

S43100 第11页

0.20 最大值

-

15.017.0

-

平衡

1.00 最大值

-

-

-

1.252.50

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

S44002 S44003 S44004 第11页

0.60-0.75 0.75-0.95 0.95-1.20

-

16.018.0

-

平衡

1.00 最大值

0.75 最大值

-

-

-

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

S45000 第11页

0.05 最大值

-

14.0016.00

1.251.75

平衡

1.00 最大值

0.50- 1.00

-

8xC 最小值

5.007.00

0.030 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

-

S45500 第7、11页

0.05 最大值

-

11.0012.50

1.502.50

平衡

0.50 最大值

0.50 最大值

-

铌＋钽 0.10-0.50

7.509.50

0.040 最大值

0.030 最大值

0.50 最大值

0.0801.40

S46500 第11页

0.02 最大值

-

11.0012.5

-

平衡

0.25 最大值

0.751.25

-

-

10.7511.25

0.015 最大值

0.010 最大值

0.25 最大值

1.51.8

S17400 第11页

0.07 最大值

-

15.0017.50

3.005.00

平衡

1.00

-

-

-

3.005.00

0.040

0.030

1.00

-

N01555 第4、5、8、9、12页

0.005 最大值

0.005 最大值

0.005 最大值

0.005 最大值

0.005 最大值

-

-

0.025 最大值

0.005 最大值

5457

-

-

-

平衡

R30003 第7页

0.15 最大值

39.0- 41.0

19.021.0

-

平衡

1.52.5

6.08.0

-

-

14.016.0

0.015 最大值

0.015 最大值

1.02 最大值

-

R30035 第7页

0.02 最大值

平衡.

19.021.0

-

1.0 最大值

0.15 最大值

9.0010.50

-

-

33.037.0

0.015 最大值

0.01 最大值

0.15 最大值

1.00 最大值

14 《镍杂志》镍的应用

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

镍合金让心脏跳动更有力 随着人口的老龄化，对心脏起搏器和除 颤器的需求比以往任何时候都旺盛。随 ISTOCKPHOTO.COM / BDSPN

着磁共振成像（MRI）的普及，必须采用 非磁性材料（例如UNS R 30035）来制造 永久性植入物。 UNSR30035镍合金跟上发展步伐 UNSR30035是一种含镍量为33-37％ 的钴镍铬钼超级合金，在心脏起搏器导 线中得到了成功应用，它可以将信号从 起搏模块传导到心脏。医疗器械设计师 需要高可靠性材料，因为心脏起搏器术 语属于永久性植入物，会在体内存留多 年。 过 去 几 年 内，美 国 韦恩 堡 金 属 公

含镍量为33-37％的 （UNSR30035）在心脏 起搏器导线中得到了成 功应用。

称为“MP35N ®”）。这种合金依次采用 真空感应熔炼法（VIM）和真空电弧重 熔法（VAR）进行二次熔炼。这就保证了

“我们发现医疗行业的35N LT®需求

线或拉伸填装管（DFT）导线。DFT导线 LT®制成的细管和管内的银线组

成。 35NLT®还主要用于管心针、导管和矫

工程师DavidSnyder说道。 “凭借优良的 耐腐蚀性、抗疲劳性和生物相容性，它越

量，而夹杂物正是疲劳断裂的原因。

代材料相比，它具有很大的成本优势。”

医院不锈钢消毒

续让医疗器械设计师开拓新的可能性和 创新成果。 MP35N®是SPS科技公司的注册商标。 35NLT®是韦恩堡金属公司的注册商标。

《镍杂志》网络版

新研究确认不锈钢仍然安全

www.nickelinstitute.org

Team Stainless委托的一项新研究确认

您可以免费订阅《镍杂志》，新一期在线 发布时您就能收到印刷本或电子邮件通 知（www.nickelinstitute.org/NickelMagazine/ Subscription）。

了不锈钢可以在医院环境使用中仍然安 全。曼彻斯特城市大学和巴黎高科农业

登录www.nickelinstitute.org/NickelMagazine/ MagazineHome 在线阅读多语言版 《镍杂志》

学院的研究者发现，无论不锈钢的新旧

医院感染相关细菌进行的不锈钢消毒是

导线采用韦恩堡金属公司生产的复合导

形外科缆索。这种材料的优良特征将继

来越多地用于起搏导线。与铂和碲等替

毒效率均没有明显差异，从而证明针对

来快速释放高压电能。因此，除颤器的

发生了显著增长，”韦恩堡金属公司工艺

一致的受控化学性质和极低的夹杂物含

程度如何，各种等级和表面光洁度的消

心脏起搏器使用的电池可以缓慢地 释放所需的能量，而除颤器需要电容器

由35N

司为要求严格的医疗应用专门开发了 UNSR30035的一种专有型式35N LT®（俗

支持更高电压的除颤器

Disinfection of stainless steel in hospitals Summary of a report by Manchester Metropolitan University and AgroParisTech

可以从我们的在线档案库中搜索从 2002年7月开始的往期《镍杂志》。 www.nickelinstitute.org/en/NickelMagazine/ MagazineHome/AllArchives

有效的，而且，作为一种材料，它也始终

手机下载《镍杂志》应用到您的Apple® 或 Android™设备上。

适合在临床环境中使用。

请在 Twitter@NickelInstitute 上关注我们。 请在LinkedIn上加入我们―― 请访问国际镍协会网页。

《 医 院 不 锈 钢 消 毒 》简 要 小 册 子 可 以 从 Te a m S t a i n l e s s 的 网 站 www.teamstainless.org

（www.teamstainless.org）下载。

《镍杂志》，第32卷第3期，2017年

请在国际镍协会YouTube频道 www.youtube.com/user/NickelInstitute 观看与镍有关的视频。

《镍杂志》镍的应用15

《大地之光》 随着最近公共雕塑《大地之光》的揭幕，新西兰塔拉纳基地区引起了不锈钢界的 关注。 新普利茅斯Len Lye中心博物馆引人

这 座 雕 塑 是 由当 地 艺 术 家

注目的不锈钢立面在2015年引起全球轰

HowardTuffery设计的。他从事传统木

动。现在，与之相距仅450米的塔拉纳基

材和石材艺术创作40多年，而这座雕塑

海岸线上又有一件令人印象深刻的含镍

是他首个利用不锈钢创作的艺术品。

不锈钢艺术品落成。 《大地之光》高2.5米、长6米、深2.5 米，坐落在面朝塔斯曼海的新普利茅斯 海滨长廊上。 R i ve t 工程公司建 造的这座 雕塑由 316L型（UNSS31603）1.5毫米厚不锈钢 板制成，经过镜面抛光形成光滑的高反 射性表面。由于这座雕塑安装在常年受 海风和海盐强烈侵蚀的海岸上，只有这

这座雕塑的造型灵感来自塔拉纳基 的风景，而镜面映射出艺术品周围和大 自然的动态作为对造型的补充。

灵感源于欧洲城市街道上令人难忘的艺

术品。这份给与新普利茅斯的礼物是为 设计这座雕塑的艺术家称，之所以 了纪念她已故的双亲。 起名为《大地之光》是为了引发关于保 虽然雄伟的塔拉纳基山和新普利茅 护和可持续性的讨论，同时考虑到了其 斯海滨长廊的海岸景色非常优美，但这 商业意义以及财富对土地的依赖。 座不锈钢雕塑无疑为海滨长廊增色不 这座雕塑是受从美国移民的当地居 少。 民Nancy Mills的委托设计建造的，她的

个等级和表面光洁度的不锈钢才能保证

 《大地之光》坐落在面朝塔斯曼海的 新普利茅斯海滨长廊上。

照片：CLAYDRUMMOND

长寿和美观。