贵金属及贵金属合金的性质使其非常适合多种工业用途,尤其是它们出色的“冷作”性能,使其在制作某些医疗器械产品时具有无可比拟的优势。
贵金属各有千秋
对于材料学家来说,所谓“贵金属”系指那些在常态时、在室温中非常稳定,不易腐蚀的元素。按材料学的上述定义,贵金属包括:钌、金、铂、钯、铱和铑等。尽管锇也是贵金属之一,但锇在医疗器械业用途并不多,因其在高温时具有一定毒性。银虽然也属于贵金属范畴,且有良好导电性,但银极易受硫的影响变黑(形成硫化银之故),故银并不适合用于制作医疗器械的零部件。铂在电化学品系列中具有最高的电势,故铂常被用作衡量其它贵金属的标准。
纯净的贵金属极其柔软,很容易变形。为提高其机械强度,必需将其加工成合金。金、铂、钯、银等贵金属只要在熔化后掺入少量普通金属(如锌、铜、锡、铟等)即可产生各种不同性质的合金材料。这些不同的贵金属合金材料,使它们拥有令人感兴趣的多种工业用途。研究表明,贵金属合金只有在形成细小“金属结晶体”以后,才能具有更好的机械强度,而这只有在浇铸过程中才能实现。为了取得这一效果,铱、钌、铼等熔点极高(其熔点均在2300°C以上)的贵金属被加入到熔点较低的贵金属(如金、铂、钯等等,其熔点在1000~2000°C)里,此时熔点较高的贵金属成为“核”,而熔点较低的贵金属在核上生成细小结晶并固化。
贵金属合金用途广泛
在过去几十年里,贵金属在医疗器械业已有不少常规用途,最常见的用途为金、银、铂等贵金属用作齿科材料,制作义齿、齿冠、齿桥和龋洞垫补材料等。贵金属近年来的新用途包括:制作某些永久性植入器械产品,如电子耳蜗材料/助听器、拍摄X光照片时的专用连接线、固定钉等等。
由于市场对贵金属的需求在不断增长,同时对其未来前景的乐观预测使其价值持续上升。例如用铂合金制作的齿科材料在过去几年里价格猛涨。在2001~2004年期间,铂合金从每公斤5000美元猛涨至60,000美元。因其出色的性能,故贵金属的价格虽高,但作为永久性植入式医疗器械时,其性价比与使用其它材料相比还是合算的。
利用植入式材料(包括生物材料在内)进行活体组织/器官修复在21世纪已成为医学界的一种常规操作。各种贵金属及其合金、聚合物、陶瓷复合材料等均被用于制作外科植入器械、假体及齿科材料。已在植入式医疗器械中应用的金属材料以不锈钢、钴镍合金、钛及钛合金的使用频率最高。而齿科材料则以贵金属为主,其中包括金、银、铂和钯等。某些医疗器械产品也使用铜和镍,但必需添加其它贵金属以提高其耐腐蚀性。
贵金属的新应用领域包括:用于制作人造心脏瓣膜等部件、心脏起博器的外壳和导线、上颌骨置换假体。脊柱修复和颅骨修补等所用骨科材料、新型血管支架(系用铂金丝等贵金属丝编织而成的空心管状物并覆以弹性薄膜)、咬合器(牙科用品)、整形外科材料、皮肤/烧伤包扎材料等、植入式假体等均为贵金属的新应用领域。
同时,由于贵金属合金具有耐腐蚀、无毒和生物相容性好等优点,越来越多地被用于制作植入式假体、血管支架等器械和电子设备的外壳等零部件。据报道,德国Heraeus公司开发出一系列以铂-铱合金为主体的贵金属制成的心脏起博器、心脏除颤器等植入式医疗器械,它们被制成弹簧式,可随心脏搏动而颤动。其优点是:使用X光检查时十分清晰,便于医生正确判断其体内位置。此外,铂-铱合金丝制成的除颤器能发出700伏强电流,以便除去心脏的快速颤动。该公司还生产一种铂-铱合金棒状植入式电极和带状电极,可供用于治疗癫痫大发作等症,其耐腐蚀性好,工作寿命较长。
综上所述,随着植入式医疗器械和其它电子器械产品的越来越普及,今后贵金属材料在医疗器械业的使用频率将极大提高。