一種新型醫(yī)用高氮無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)療器件在人體中長期存在時，較低濃度的鎳離子就會產(chǎn)生很大的毒性，對人體健康存在嚴(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)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼是近年來該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，本文將對新研制的一種醫(yī)用高氮無鎳不銹鋼材料進(jìn)行細(xì)胞相容性研究，研究將對新型醫(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。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。室溫下，用乙醇進(jìn)行梯度脫水處理，時間分別是15分鐘。經(jīng)冷凍干燥24小時，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)是評價(jià)這種生物材料生物相容性的一個關(guān)鍵因素。當(dāng)細(xì)胞與生物材料接觸時，細(xì)胞的粘附、鋪展和遷移等一系列行為對于細(xì)胞的生長都至關(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)胞接種密度過小或者是細(xì)胞長勢慢的原因，可是從圖中顯示的細(xì)胞可以看出，不同含氮量的無鎳不銹鋼材料以及鈦合金材料表面所粘附的單個成骨形態(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，相互之間無顯著性差異。在5000倍下隨即選?。祩€視野的SEM照片，對粘附的平均細(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)量沒有顯著性差異，表明含氮量對細(xì)胞的粘附影響并不顯著。從圖可以看出，不同含氮量的無鎳不銹鋼材料對成骨細(xì)胞的生長、形態(tài)和增殖不構(gòu)成傷害，且含氮量對細(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490nm下，通過酶聯(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。從表可看出高氮無鎳奧氏體不銹鋼和鈦合金材料的細(xì)胞毒性級別在培養(yǎng)１、３、５天后都在０和１之間，說明常溫狀態(tài)下高氮無鎳奧氏體不銹鋼和鈦合金材料性能穩(wěn)定，沒有毒性物質(zhì)析出，對成骨細(xì)胞的生長沒有產(chǎn)生明顯的毒副作用。

  制備的高氮無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，不同含氮量的無鎳不銹鋼材料的溶血率都低于５％，滿足國家對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，沒有明顯的聚集現(xiàn)象發(fā)生。說明實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證的高氮無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，不同含氮量的無鎳不銹鋼材料對成骨細(xì)胞的生長、形態(tài)和增殖不構(gòu)成傷害，細(xì)胞毒性級別滿足國家安全性規(guī)定的要求。