一種新型醫(yī)用高氮無(wú)鎳不銹鋼的生物相容性研究

   在醫(yī)用金屬材料中，不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的一類，但目前的不銹鋼大多含鎳，所制得醫(yī)療器件在人體中長(zhǎng)期存在時(shí)，較低濃度的鎳離子就會(huì)產(chǎn)生很大的毒性，對(duì)人體健康存在嚴(yán)重威脅。去除不銹鋼中的鎳，采用氮、錳等元素代替鎳元素，成為醫(yī)用不銹鋼的一大發(fā)展方向。氮是鋼中強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，在一些鋼中作為有益元素加入，可以顯著地提高鋼的力學(xué)性能和耐蝕性能，因此氮作為合金化元素而應(yīng)用于各類不銹鋼、耐熱鋼中，以取代并節(jié)省昂貴的合金元素鎳。高氮無(wú)鎳不銹鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的耐腐蝕性能、優(yōu)異的生物相容性和低廉的成本等優(yōu)點(diǎn)。醫(yī)用高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼是近年來(lái)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，本文將對(duì)新研制的一種醫(yī)用高氮無(wú)鎳不銹鋼材料進(jìn)行細(xì)胞相容性研究，研究將對(duì)新型醫(yī)用不銹鋼在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要的科學(xué)依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

  實(shí)驗(yàn)主要采用工業(yè)純鐵DT4（≥99.9％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、金屬鉻（≥99.9％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、電解錳（≥99.9％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、金屬鉬（≥99.9％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和中間合金氮化錳等配制。采用真空感應(yīng)熔煉和電渣重熔的雙聯(lián)冶煉工藝，經(jīng)鍛造軋制制備出含氮量分別為0.42％、0.54％以及0.60％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的高氮無(wú)鎳不銹鋼板材或棒材。材料的成分如表所示，并將鈦合金作為參照比較對(duì)象。根據(jù)9∶1的比例，將3.8％的枸櫞酸鈉加入到新鮮兔血中，以1200r／min進(jìn)行離心10分鐘，收集富血小板血漿。樣品經(jīng)生理鹽水浸泡、洗滌后，放入血漿中，在37℃的培養(yǎng)箱中放置1小時(shí)。用磷酸鹽緩沖溶液輕輕沖洗樣品，然后放入2.5％的戊二醛溶液中，在４℃固定至少１小時(shí)。室溫下，用乙醇進(jìn)行梯度脫水處理，時(shí)間分別是15分鐘。經(jīng)冷凍干燥24小時(shí)，噴金，SEM觀察血小板粘附情況。

  細(xì)胞在生物材料表面最初的行為表現(xiàn)是評(píng)價(jià)這種生物材料生物相容性的一個(gè)關(guān)鍵因素。當(dāng)細(xì)胞與生物材料接觸時(shí)，細(xì)胞的粘附、鋪展和遷移等一系列行為對(duì)于細(xì)胞的生長(zhǎng)都至關(guān)重要。圖所示是細(xì)胞在材料表面粘附１天后的隨機(jī)的SEM觀察結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中存在細(xì)胞接種密度過(guò)小或者是細(xì)胞長(zhǎng)勢(shì)慢的原因，可是從圖中顯示的細(xì)胞可以看出，不同含氮量的無(wú)鎳不銹鋼材料以及鈦合金材料表面所粘附的單個(gè)成骨形態(tài)大體相同，細(xì)胞在材料表面呈梭形或不規(guī)則的三角形，細(xì)胞充分伸展，相互之間無(wú)顯著性差異。在5000倍下隨即選取５個(gè)視野的SEM照片，對(duì)粘附的平均細(xì)胞數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼合金表面粘附的細(xì)胞數(shù)量與鈦合金表面粘附的細(xì)胞數(shù)量相比具有顯著性差異，不同含氮量的不銹鋼合金表面粘附的細(xì)胞數(shù)量沒(méi)有顯著性差異，表明含氮量對(duì)細(xì)胞的粘附影響并不顯著。從圖可以看出，不同含氮量的無(wú)鎳不銹鋼材料對(duì)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)、形態(tài)和增殖不構(gòu)成傷害，且含氮量對(duì)細(xì)胞的粘附影響并不顯著。

  MTT法又叫四甲基偶氮唑藍(lán)比色法，是目前最常用的一種評(píng)價(jià)細(xì)胞毒性的方法。其主要原理是活細(xì)胞線粒體中的玻泊酸脫氫酶和MTT相互作用生成難溶性藍(lán)紫色沉淀物甲瓚并沉淀于細(xì)胞中，結(jié)晶物的量與活細(xì)胞的數(shù)量及其活性有關(guān)，但死細(xì)胞不會(huì)發(fā)生這種反應(yīng)。沉積在細(xì)胞中的藍(lán)紫色沉淀物甲瓚可溶解于二甲基亞砜，在波長(zhǎng)490nm下，通過(guò)酶聯(lián)反應(yīng)法其吸光度值，可間接地反應(yīng)活細(xì)胞的數(shù)量。從表可看出高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼和鈦合金材料的細(xì)胞毒性級(jí)別在培養(yǎng)１、３、５天后都在０和１之間，說(shuō)明常溫狀態(tài)下高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼和鈦合金材料性能穩(wěn)定，沒(méi)有毒性物質(zhì)析出，對(duì)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)沒(méi)有產(chǎn)生明顯的毒副作用。

  制備的高氮無(wú)鎳不銹鋼試樣溶血率實(shí)驗(yàn)和血小板粘附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同含氮量的無(wú)鎳不銹鋼材料的溶血率都低于５％，滿足國(guó)家對(duì)生物材料溶血率安全性規(guī)定的要求；粘附在材料表面的血小板數(shù)量較少，沒(méi)有明顯的聚集現(xiàn)象發(fā)生。說(shuō)明實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證的高氮無(wú)鎳奧氏體不銹鋼材料具有良好的血液相容性。細(xì)胞相容性實(shí)驗(yàn)表面，不同含氮量的無(wú)鎳不銹鋼材料對(duì)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)、形態(tài)和增殖不構(gòu)成傷害，細(xì)胞毒性級(jí)別滿足國(guó)家安全性規(guī)定的要求。