血管支架介入术是缺血性心脑血管疾病的一种常规治疗手段。血管支架材料需要长期在苛刻环境中保持稳定的生物和力学安全性，是综合性能要求最高的植入材料之一，一直是生物材料领域的研究前沿。近日，全球首款无镍金属血管支架产品取得Ⅲ类医疗器械注册证。该产品使用的新型支架材料——医用无镍不锈钢，具有优异的组织稳定性、力学性能、耐局部腐蚀性能和生物相容性，标志着我国植入不锈钢迈入无镍时代。

　　含镍金属材料存在致敏等风险

　　目前，临床广泛应用的血管支架金属材料，包括316L不锈钢、L605钴基合金、镍钛超弹性合金等。

　　不锈钢具有优异的综合性能，作为植入材料在医疗器械领域使用已经有上百年的历史。以316L不锈钢为例，该材料自20世纪50年代发展成熟后，广泛应用于骨科、齿科等领域和心血管支架等临床治疗。此外，比316L不锈钢强度水平更高的L605钴基合金作为新一代冠脉血管支架材料目前已大量应用于临床治疗；而具有超弹性独特性能的镍钛合金则在自膨式血管支架中得到广泛应用。

　　然而，这些血管支架金属材料均需要通过加入适量的镍元素来稳定奥氏体组织，以获得较好的强韧性、耐蚀性和加工性。其在苛刻的人体环境中使用，会不可避免地溶出或多或少的镍离子。

　　镍是一种潜在的致敏因子。医学研究证明，镍离子存在致敏、致畸等潜在风险，容易导致皮炎、湿疹、组织增生等问题。

　　国际学术期刊《柳叶刀》有报道称，对镍过敏的患者植入含镍金属材料的支架后，再狭窄发生率显著升高，甚至在植入半年内有60%以上的镍过敏患者会出现支架内再狭窄现象。欧洲有统计数据表明，有20%左右的人对镍过敏，其中女性过敏比例高于男性。因此，西欧一些国家已经发布了医用无镍不锈钢标准，要求下调与人体接触的不锈钢中的镍含量，以减少镍元素带来的健康风险。

　　医用高氮无镍不锈钢研究实现突破

　　为了进一步提高血管支架材料性能，自21世纪初，中国科学院金属研究所研究团队采用“以氮代镍”的合金设计创新思路，突破多项技术瓶颈，开发出医用高氮无镍奥氏体不锈钢BIOSSN。与传统316L不锈钢相比，BIOSSN不锈钢具有更加优异的组织稳定性、力学性能、耐局部腐蚀性能和生物相容性。

　　在成分设计方面，由于高氮无镍不锈钢中不添加镍元素，因此不再适用于目前广泛使用的镍当量公式。中国科学院金属研究所研究团队经过多年研究，在国际上首次提出了氮当量公式，成功实现了高氮无镍不锈钢的成分与组织的精确预测，并且发现了元素间的强相互作用。另外，利用氮元素强大的奥氏体组织稳定能力，高氮无镍不锈钢即使在发生加工硬化后仍然无铁磁性，具有优异的磁兼容性。

　　在力学性能方面，中国科学院金属研究所研究团队发现，在几乎不降低塑性的同时，高氮无镍不锈钢的强度随氮含量的增加呈线性提高。BIOSSN不锈钢中的氮含量高于0.8%，其强度可达到316L不锈钢的2倍以上，但塑性几乎相当，耐磨性、耐疲劳性能更加优异。与L605钴基合金相比，BIOSSN不锈钢的强度相当，但塑性优势明显。此外，BIOSSN不锈钢的强韧性也达到国际先进水平。高氮无镍不锈钢在强韧性方面的优势，对开发新一代长寿命、微型化、低成本不锈钢医疗器械具有重要应用价值。

　　在耐腐蚀性能方面，以点蚀为代表的局部腐蚀与不锈钢植入医疗器械发生早期断裂失效关系密切。冷变形会导致不锈钢的耐点蚀能力大幅降低，而血管支架在植入前后经历的压缩至球囊和球囊扩张均会发生冷变形，导致发生点蚀的风险增加。高氮无镍不锈钢的材料特性是耐点蚀能力随其中的氮含量增加呈线性增长，且受冷变形的影响较小。BIOSSN不锈钢的耐点蚀电位达到传统316L不锈钢的2倍，且当氮含量大于0.9%时，冷变形导致耐点蚀能力下降的负面影响可被完全消除。BIOSSN不锈钢的优异耐点蚀能力对由其制造的血管支架的使用安全性至关重要。

　　在生物相容性方面，高氮无镍不锈钢以氮代替镍，避免了镍离子释放对人体带来的潜在危害。BIOSSN不锈钢不仅通过了全部生物学性能检测，而且与传统的316L不锈钢相比，有助于原位合成一氧化氮等，还具有更好的血液相容性，包括更强的抗凝血性能及在血管修复过程中更优质的内皮化质量，并避免了镍溶出对新生内膜增生的促进作用，有利于降低支架内再狭窄的发生率。高氮无镍不锈钢的优异生物学性能，使其成为一款制造血管支架的理想材料。

　　基于高氮无镍不锈钢的特性，已有国内企业开发出高氮无镍不锈钢冠脉血管支架，产品具备更高的生物安全性，可避免镍离子溶出对人体造成的潜在危害，同时还具有无磁、网丝薄、变形均匀、柔顺性好、支撑力强和耐局部腐蚀性能优等优势。相关产品2021年1月获得欧盟医疗器械CE认证，并于今年7月获得国家药监局批准上市，取得Ⅲ类医疗器械注册证。

　　高氮无镍不锈钢应用前景广阔

　　作为一种新型生物医用材料，高氮无镍不锈钢具有优异的磁兼容性、力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性，在医疗领域展现出广阔的应用前景。

　　高氮无镍不锈钢以氮元素替代镍元素来稳定不锈钢的奥氏体组织，从根本上避免了镍离子溶出对人体带来致敏、致畸等潜在危害，为镍过敏患者提供了更加安全的植入材料选择。继冠脉血管支架后，高氮无镍不锈钢还有望在颅内血管支架等领域推广应用。

　　目前，我国在高氮无镍不锈钢的骨植入产品领域尚属空白。但在国际上，已有医疗器械公司将高氮无镍不锈钢空心骨螺钉应用于临床，该类产品在强度和刚性方面性能优势显著。

　　随着技术攻关及产业化推进，高氮无镍不锈钢还有望适用于制造其他骨植入产品，如骨钉、骨板、人工关节部件，以及口腔正畸、肠胃修复等医疗器械。

　　但值得关注的是，高氮无镍不锈钢应用仍存在技术难题，如提高其中的氮含量及其分布均匀性等，解决这些问题均会提高材料的制造成本，还需产学研各相关方协助解决。相信随着高氮无镍不锈钢的综合性能持续提升、用量逐步增大，以及由此带来的制备成本下降，其有望逐步替代传统含镍医用不锈钢及其他金属材料，在骨科器械、牙科材料、血管支架、外科手术器械等领域发挥重要作用，为我国高端医疗器械创新发展与产业升级提供有力支撑。

　　（作者单位：中国科学院金属研究所）

(责任编辑：张可欣)