Могат ли сплави на-основа на никел да заменят титаниеви сплави за производството на медицински изделия?
Сценарии, при които е възможно частично заместване
Устойчивост на корозия в екстремни среди
Сплавите на база-никел показват отлична устойчивост на силни киселини, основи и разтвори,-съдържащи хлорид, което е по-добро от това на конвенционалните титанови сплави (напр. Ti-6Al-4V). Подходящи са за производство на компоненти на медицинско оборудване като напрстерилизатори за хирургически инструменти, машини за диализа и химически анализатори, където могат да издържат на дългосрочна-ерозия от стериланти (напр. етиленов оксид, водороден пероксид) и симулатори на телесни течности.
Висока якост и устойчивост на износване
Някои сплави на основа-никел имат по-висока якост на опън и устойчивост на износване от титановите сплави. Например MP35N (сплав на кобалт-никел-хром-молибден) има ултра-висока якост и устойчивост на умора, което го прави идеален материал заортопедични хирургически инструменти, свредла за зъби и направляващи проводници, който може да замени компоненти от титаниева сплав, които са склонни да се износват при продължителна-използване.
Сценарии, при които заместването не е препоръчително или осъществимо
Рискове от биосъвместимост
Повечето сплави на база -никел съдържат голям дял никелови елементи (10%–70%). Никеловите йони могат да се отделят в човешкото тяло, предизвиквайки алергични реакции при около 10%–20% от населението и дори могат да предизвикат възпаление или тъканна некроза в тежки случаи. За разлика от тях, титановите сплави имат изключително ниски скорости на освобождаване на йони, добра хистосъвместимост и могат да образуват стабилен оксиден филм на повърхността, който може да бъде добре интегриран с човешките кости (остеоинтеграция). Следователно сплавите на базата на никел-не могат да заменят титаниевите сплавиизкуствени стави, зъбни импланти, костни пластини и сърдечни стентове.
Несъответствие на плътност и модул
Плътността на сплавите на база -никел (7,8–9,0 g/cm³) е много по-висока от тази на титаниевите сплави (4,5 g/cm³), което ще увеличи теглото на имплантируемите устройства и ще причини дискомфорт на пациентите. Освен това модулът на еластичност на сплавите на базата на никел- е по-близък до този на неръждаемата стомана (около 200 GPa), който е много по-висок от този на човешката кортикална кост (10–30 GPa). Това ще доведе до "ефект на екраниране на напрежението" (имплантът поема по-голямата част от напрежението, което води до резорбция на костта), докато титаниевите сплави имат по-нисък модул на еластичност (около 110 GPa), което може да намали този ефект.
Ограничения за обработка на прецизни импланти
Титановите сплави имат добра пластичност и могат да бъдат обработени в сложни форми (напр. порести изкуствени костни скелета) чрез адитивно производство (3D принтиране). Въпреки че сплавите на база -никел също могат да бъдат отпечатани 3D, тяхната висока точка на топене и лоша топлопроводимост ги правят податливи на напукване и деформация по време на обработка, което не е подходящо за производство на прецизни имплантируеми устройства със сложни структури.
Заключение
Сплавите на-основа на никел могатчастично замени титанови сплавив не{0}}имплантируемо медицинско оборудване и високо{1}}ефективни хирургически инструменти, използвайки предимствата им в устойчивост на корозия и здравина.
За имплантируеми устройства, които изискват висока биосъвместимост и остеоинтеграция, титаниевите сплави остават незаменими, а сплавите на базата на никел не се препоръчват поради ограничения на биосъвместимостта и механичните свойства.
