Kan nikkel-baserede legeringer erstatte titaniumlegeringer til fremstilling af medicinsk udstyr?
Scenarier, hvor delvis substitution er mulig
Korrosionsbestandighed i ekstreme medier
Nikkel-baserede legeringer udviser fremragende modstandsdygtighed over for opløsninger, der indeholder stærke syrer, alkalier og chlorid-, hvilket er bedre end konventionelle titanlegeringer (f.eks. Ti-6Al-4V). De er velegnede til fremstilling af komponenter til medicinsk udstyr som f.ekssterilisatorer til kirurgiske instrumenter, dialysemaskiner og kemiske analysatorer, hvor de kan modstå langtids-erosion fra steriliseringsmidler (f.eks. ethylenoxid, hydrogenperoxid) og kropsvæskesimulatorer.
Høj styrke og slidstyrke
Nogle nikkel-baserede legeringer har højere trækstyrke og slidstyrke end titanlegeringer. For eksempel har MP35N (en kobolt-nikkel-chrom-molybdænlegering) ultra-høj styrke og træthedsbestandighed, hvilket gør det til et ideelt materiale tilortopædiske kirurgiske værktøjer, tandbor og guidekabler, som kan erstatte titanlegeringskomponenter, der er tilbøjelige til at blive slidt under længere{0}}brug.
Scenarier, hvor substitution ikke anbefales eller er mulig
Biokompatibilitetsrisici
De fleste nikkel-baserede legeringer indeholder en høj andel af nikkelelementer (10 %-70 %). Nikkelioner kan udvaskes i den menneskelige krop og udløse allergiske reaktioner hos omkring 10%-20% af befolkningen og kan endda fremkalde betændelse eller vævsnekrose i alvorlige tilfælde. I modsætning hertil har titanlegeringer ekstremt lave ionfrigivelseshastigheder, god histokompatibilitet og kan danne en stabil oxidfilm på overfladen, som godt kan integreres med menneskelige knogler (osseointegration). Derfor kan nikkel-baserede legeringer ikke erstatte titanlegeringer ikunstige led, tandimplantater, knogleplader og hjertestents.
Densitet og modul uoverensstemmelse
Tætheden af nikkel-baserede legeringer (7,8-9,0 g/cm³) er meget højere end for titanlegeringer (4,5 g/cm³), hvilket vil øge vægten af implanterbare enheder og forårsage ubehag for patienterne. Derudover er elasticitetsmodulet for nikkel-baserede legeringer tættere på det for rustfrit stål (ca. 200 GPa), hvilket er meget højere end for menneskelig kortikal knogle (10-30 GPa). Dette vil føre til "stress shielding-effekten" (implantatet bærer det meste af belastningen, hvilket resulterer i knogleresorption), mens titanlegeringer har et lavere elasticitetsmodul (ca. 110 GPa), som kan reducere denne effekt.
Bearbejdelighedsbegrænsninger for præcisionsimplantater
Titaniumlegeringer har god plasticitet og kan forarbejdes til komplekse former (f.eks. porøse kunstige knoglestilladser) gennem additiv fremstilling (3D-print). Selvom nikkel-baserede legeringer også kan 3D-printes, gør deres høje smeltepunkt og dårlige termiske ledningsevne dem tilbøjelige til at revne og deformeres under behandling, hvilket ikke er egnet til fremstilling af præcisionsimplanterbare enheder med komplekse strukturer.
Konklusion
Nikkel-baserede legeringer kandelvist erstatte titanlegeringeri ikke-implanterbart medicinsk udstyr og højtydende-kirurgiske værktøjer, der udnytter deres fordele med hensyn til korrosionsbestandighed og styrke.
For implanterbare enheder, der kræver høj biokompatibilitet og osseointegration, forbliver titanlegeringer uerstattelige, og nikkel-baserede legeringer anbefales ikke på grund af biokompatibilitet og begrænsninger af mekaniske egenskaber.
