文/劉榮

新型醫(yī)用金屬 讓健康不打折

文/劉榮

從古至今，金屬材料一直與人類文明的發(fā)展和社會進步關(guān)系密切。繼石器時代之后出現(xiàn)的銅器時代、鐵器時代都以金屬材料的應(yīng)用為其時代的顯著標志；現(xiàn)在，種類繁多的金屬材料更是被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，成為社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會和科技水平的不斷進步，人們對金屬材料的使用性能也在不斷提出更高要求。因此，為了開發(fā)性能更優(yōu)的新型金屬材料，各國科學(xué)家都在不遺余力。

在中科院金屬研究所里活躍著一批癡迷新型金屬材料的科研人員，楊柯就是其中之一。作為專用材料與器件研究部主任，他始終致力于提升現(xiàn)有金屬材料的使用性能和新型結(jié)構(gòu)/功能一體化金屬材料的研究開發(fā)，率領(lǐng)團隊在先進鋼鐵結(jié)構(gòu)材料、生物醫(yī)用材料及器件、儲氫合金及應(yīng)用等研究方面，取得了諸多研究成果。其中，由于與人類健康息息相關(guān)，生物醫(yī)用材料及器件的發(fā)展近年來備受關(guān)注。

生物醫(yī)用材料主要是指用于醫(yī)療上能夠植入生物體或與生物組織相結(jié)合的一類功能性材料。從資料記載來看，人類在古代已經(jīng)嘗試使用外界材料替換或修補缺損的人體組織。公元前，人類開始利用天然材料如象牙，來修復(fù)骨組織；到了19世紀，由于金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展，人們開始嘗試使用金屬材料，并逐漸發(fā)展到今天的生物醫(yī)用金屬材料，以解救在臨床上由于創(chuàng)傷、腫瘤、感染所造成的骨組織缺損患者以及因冠脈狹窄而引起的心血管病患者。

目前，楊柯團隊已經(jīng)開發(fā)出抗菌不銹鋼、高氮無鎳奧氏體不銹鋼、生物可降解鎂合金等多種類型的新型醫(yī)用金屬材料。這些成果在業(yè)界引起廣大反響，更有專家大膽表示，新型醫(yī)用金屬材料的應(yīng)用，將會帶來一場健康革命。接下來，我們將為您介紹這些“神通廣大”且與健康密切相關(guān)的新材料。

首先登場的是新型高氮無鎳奧氏體不銹鋼。鎳是一種重要合金元素，在被廣泛應(yīng)用的醫(yī)用奧氏體不銹鋼中，添加鎳元素能夠使不銹鋼形成穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)，并具備耐腐蝕性、可塑性、無磁性、可焊接性和韌性等性能。然而醫(yī)學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，鎳及其化合物具有致敏、致癌和誘發(fā)血栓等毒副作用。鑒于含鎳不銹鋼等醫(yī)用金屬對人體健康可能構(gòu)成的危害，西方國家對日用和醫(yī)用金屬材料中鎳的含量制定了越來越高的要求，也由此引發(fā)了國際上對醫(yī)用無鎳不銹鋼的探索熱潮。

楊柯課題組從2000年開始研究醫(yī)用無鎳不銹鋼，并率先在國內(nèi)開發(fā)出一種新型高氮無鎳奧氏體不銹鋼。楊柯介紹說：“新型不銹鋼以氮元素代替鎳元素來穩(wěn)定不銹鋼的奧氏體結(jié)構(gòu)，不僅改善了不銹鋼的生物安全性和力學(xué)、耐蝕等性能，且隨著鋼中氮含量的提高，高氮無鎳奧氏體不銹鋼的血液相容性也逐漸提高?！爆F(xiàn)在，該新材料已通過中國藥品生物制品檢定所的細胞毒性、溶血、致敏反應(yīng)、急性毒性試驗、血栓試驗以及遺傳毒性等重要生物性能檢驗，綜合性能達到國際先進水平，并具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)。

高氮無鎳不銹鋼的開發(fā)過程得到了國家863項目、國家自然科學(xué)基金重點項目、中科院知識創(chuàng)新重要方向項目及省市基金等項目的支持?！罢怯捎趪掖罅抠Y金的支持，才使我們能夠開展大量研究和測試工作，并取得最后的成功?！睏羁抡f道。

楊柯表示，目前，骨內(nèi)固定系統(tǒng)、心血管支架等高氮無鎳奧氏體不銹鋼醫(yī)療器械現(xiàn)已進入產(chǎn)品開發(fā)階段，很快將會上市。隨著相關(guān)基礎(chǔ)性研究工作的不斷深入，醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼在材料冶煉和加工工藝方面的日漸成熟，將會推動新型醫(yī)用不銹鋼的臨床應(yīng)用及發(fā)展，并有可能逐步取代現(xiàn)有含鎳醫(yī)用不銹鋼。

接著我們來說說楊柯津津樂道的抗菌不銹鋼。作為人們的“親密敵人”，細菌的威脅之處就是無處不在，無孔不入，令人防不勝防。那么，抗菌金屬是否真的能抵擋細菌的強烈攻勢？它是怎么抗菌的？這種新材料產(chǎn)品現(xiàn)在上市了嗎？

據(jù)了解，抗菌材料一般分為三大類：天然抗菌材料、有機物抗菌材料和無機物抗菌材料。天然抗菌材料來自動植物內(nèi)具有抗菌功能的部位；有機抗菌材料就是常見的殺菌劑等，易流失、分解，毒副作用大且不具備廣譜抗菌性；無機抗菌材料不但具有廣譜抗菌性，還耐水、耐酸堿、耐洗滌、不老化、不產(chǎn)生抗藥性、抗菌能力持久。

目前使用的抗菌劑主要為有機和無機兩種。有機抗菌劑主要以噴灑或浸泡方式使用，在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但在安全性、持久性、廣譜抗菌性、耐熱性方面存在不足，更為重要的是這類抗菌劑對人體和環(huán)境有嚴重損害。而沸石抗菌劑、硅膠抗菌劑等屬于無機抗菌劑，主要用作添加劑制成具有抗菌作用的布料、塑料等產(chǎn)品，但在耐熱、耐磨、抗腐蝕等方面也存在缺陷，始終無法滿足日常使用需求。

楊柯團隊研發(fā)的抗菌不銹鋼，除具備一般不銹鋼的裝飾和美化作用外，既具有抗菌、殺菌的自清潔作用，又具有結(jié)構(gòu)材料特有的力學(xué)性能及物理和化學(xué)性能。楊柯說：“在制造廚房機械、醫(yī)療器械、衛(wèi)生間用品和進行保潔裝修時，應(yīng)該使用具有抗菌作用和形狀各異、外形美觀的金屬制品，這種新誕生的不銹鋼材料，無疑成了理想產(chǎn)品?！?/p>

楊柯告訴記者，抗菌不銹鋼分為鍍膜式和自身抗菌式兩種，所謂鍍膜式就是在不銹鋼上鍍一層具有殺菌性的金屬材料，或其他有殺菌作用的無機材料，但易磨損、老化，抗菌性能會受到溫差及外在環(huán)境的影響而降低。而自身抗菌式不銹鋼則是在生產(chǎn)過程中，添加一些具有抗菌作用的金屬元素，再通過特殊處理使其具備抗菌性。楊柯說：“我們開發(fā)的不銹鋼材料自身就具有抗菌能力，它能使附著的細菌不繁殖，被殺死或?qū)⒑鷶?shù)抑制在極低水準，成本低，加工方便，而且不改變普通不銹鋼的強度、耐蝕和美觀等特性，具有廣闊的市場前景。”

盡管目前這種不銹鋼還沒有形成規(guī)?；瘧?yīng)用，但許多企業(yè)和個人對此表現(xiàn)出了極大興趣，課題組也收到了來自全國各地的合作邀約。楊柯透露，課題組與廣東、天津等地的公司正在為生產(chǎn)、開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品、構(gòu)件和設(shè)備做準備，希望盡快將該成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，推向市場，為廣大群眾的健康服務(wù)。

據(jù)悉，圍繞國家發(fā)展戰(zhàn)略性新產(chǎn)業(yè)總體部署，航空航天材料、生物醫(yī)用材料等都被列入“十二五”期間國家重點發(fā)展的新材料領(lǐng)域，而醫(yī)用金屬材料作為生物醫(yī)用材料的重要分支，更應(yīng)把握這一發(fā)展黃金期。楊柯希望，在國家相關(guān)政策的幫扶下，科研院所與企業(yè)能通力合作，盡快使這些新型醫(yī)用金屬材料完成成果轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)臨床應(yīng)用，早日為廣大群眾的健康保駕護航。

楊柯，中科院金屬所二級研究員、博士生導(dǎo)師，專用材料與器件研究部主任，兼任中國生物材料委員會委員，中國醫(yī)科大學(xué)、南京理工大學(xué)、遼寧石油化工大學(xué)等學(xué)?？妥淌诩啊督饘賹W(xué)報》、《材料研究學(xué)報》、《鋼鐵研究學(xué)報》、《Frontiers of Materials Science in China》等期刊編委。主持或參與完成國家“973”、國家“863”、國家自然科學(xué)基金等多項國家級科研項目和地方科研課題，多年來在先進鋼鐵結(jié)構(gòu)材料、生物醫(yī)用材料及器件、儲氫合金及應(yīng)用方面取得一系列極具影響力的科研成果，曾獲中科院科技進步一等獎、中科院自然科學(xué)二等獎、遼寧省科技進步一等獎等多項獎勵，享受國務(wù)院特殊津貼?，F(xiàn)已發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，申報專利70多項，其中40多項已授權(quán)，出版和翻譯專著3部，培養(yǎng)50余名博士生。