金剛石具有硬度高、耐磨性好、穩(wěn)定性好、生物相容性好等優(yōu)異性能，產(chǎn)生了多樣化的應(yīng)用。例如單晶、多晶金剛石刀具，金剛石涂層手術(shù)刀具。此外金剛石涂層能用于人體植入材料中以緩和排斥反應(yīng)，納米金剛石也可以作為運(yùn)輸藥物、標(biāo)記特征的靶向材料。因此金剛石，尤其是納米金剛石在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是個(gè)重要的發(fā)展方向。之前曾給大家分享過(guò)納米金剛石在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，今天重點(diǎn)講述金剛石在醫(yī)用刀具、醫(yī)用材料方面的應(yīng)用。

      不同類(lèi)型金剛石在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及其性能

       以下是金剛石在醫(yī)療領(lǐng)域的具體應(yīng)用

      醫(yī)用刀具

      用于組織切除的手術(shù)刀具對(duì)材料的硬度、耐磨性、穩(wěn)定性與生物相容性等指標(biāo)要求很高。金剛石材料不僅能滿足相關(guān)要求，而且以其制備的刀具在手術(shù)過(guò)程中對(duì)手術(shù)部位的擠壓、撕拉損傷小，傷口邊緣整齊、易愈合。目前，金剛石手術(shù)刀具主要用于眼科、神經(jīng)外科、骨科及口腔科，以及生物組織切片等，值得注意的是金剛石醫(yī)用刀具屬于精密刀具，與傳統(tǒng)的金剛石刀具有一定的區(qū)別。

      眼科用手術(shù)刀具

      人眼的神經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，軟組織有豐富的色素和血管，對(duì)材料的安全性和刀具的結(jié)構(gòu)提出了很高的要求。金剛石材料強(qiáng)度高、硬度高，可以根據(jù)不同需求制備不同刀刃結(jié)構(gòu)的金剛石手術(shù)刀具（下圖所示）。金剛石手術(shù)刀可用于小切口白內(nèi)障人工晶體植入手術(shù)、玻璃體切割手術(shù)、角膜移植手術(shù)、青光眼手術(shù)、放射狀角膜切開(kāi)手術(shù)等。DAWSON等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：對(duì)于角膜自發(fā)慢性上皮缺陷，使用金剛石手術(shù)刀清創(chuàng)可顯著減少表面基質(zhì)，降低相對(duì)硬度、提高治療效率。

      眼科中的金剛石手術(shù)刀具

      神經(jīng)外科

      金剛石手術(shù)刀的刀刃鋒利、機(jī)械性能好并具有彈性，反復(fù)使用時(shí)銳度保持良好，切口精度高、力度可視，可用于神經(jīng)外科血管手術(shù)、整形手術(shù)等。下圖所示為不同刀片形狀、角度的神經(jīng)外科用金剛石手術(shù)刀具。

      神經(jīng)外科中的金剛石刀具

      骨科

      骨科整形手術(shù)要求快速切除骨組織，并控制切割產(chǎn)生的摩擦熱量。手術(shù)使用的切割線如下圖所示，其中含釬焊金剛石（圖ａ），焊絲精細(xì)，能夠在橫切面上去除組織并避免不必要的骨損傷（圖ｂ）。

      骨科中的金剛石刀具

      牙科

      金剛石刀具已廣泛應(yīng)用于牙齒的鉆孔、磨削等。刀具頭部以釬焊、燒結(jié)或電鍍的方式固定細(xì)小金剛石顆粒（粒度尺寸20-200μｍ），可以提高刀具鋒利度和耐磨性，提高切削效率。下圖為牙科金剛石刀具。其中，車(chē)針（圖ａ、圖ｂ）主要用于義齒修磨及牙體預(yù)備，加工未燒結(jié)的氧化鋯陶瓷，工具壽命長(zhǎng)；磨針用于義齒成型加工，加工玻璃陶瓷等材料，可降低亞表面損傷。

      牙科金剛石手術(shù)刀具

      組織切片

      生物組織切片刀具中，其刀刃部分采用金剛石刀具，具有切片質(zhì)量好、無(wú)劃痕或受壓不變形等優(yōu)點(diǎn)，且在連續(xù)切片時(shí)可獲得更薄的切片，生物相容性好、對(duì)細(xì)胞損傷小。

      生物組織切片刀具

      醫(yī)用藥材

      植入人體的材料至關(guān)重要，為滿足人體生理和力學(xué)環(huán)境，植入物材料要具有良好的耐磨性、抗腐蝕性、生物相容性甚至再生性能。根據(jù)植入組織的不同，植入材料的選擇也有所不同，包括樹(shù)脂材料、鈷、鉻、鎳、鈦等金屬或合金材料、不銹鋼以及金剛石材料等。

      口腔科

      現(xiàn)在臨床應(yīng)用的口腔材料大多為樹(shù)脂材料、鈷鉻合金和純鈦，其具有一定的耐磨性、耐腐蝕性及生物相容性，但不夠理想。納米金剛石兼有金剛石與納米材料的特性，例如高硬度、高耐腐蝕性、低摩擦系數(shù)、低表面粗糙度、大比表面積、高表面活性、高透明度、高硬度、耐磨性和耐腐蝕性等，以及良好的生物相容性，是更為理想的口腔材料。

      如在PMMA樹(shù)脂和純鈦復(fù)合材料上，用帶過(guò)濾的陰極真空等離子電弧鍍膜技術(shù)鍍上納米金剛石膜。結(jié)果顯示：鍍上納米金剛石膜的材料在細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了良好的生物相容性，鍍膜后的材料上細(xì)胞生長(zhǎng)情況比未鍍膜的材料好。

      （a）鍍金剛石膜?。╞）未鍍膜　

      骨科

      納米金剛石可用于人造關(guān)節(jié)的涂層材料。傳統(tǒng)醫(yī)療植入物多使用鈷、鉻、鎳，然而部分患者對(duì)這些金屬過(guò)敏，或產(chǎn)生排斥反應(yīng)。金剛石涂層具有良好的生物相容性，不會(huì)引起人體的排斥反應(yīng)；并且金剛石具有抗菌特性，可以抑制細(xì)菌的滋生。另外，與傳統(tǒng)金屬聚合體植入物相比，納米金剛石涂層人造關(guān)節(jié)磨損輕微，基本不產(chǎn)生碎屑。金剛石還能促進(jìn)骨鈣素的表達(dá)。骨鈣素是構(gòu)成骨基質(zhì)的成分之一，能維持骨骼正常礦化速率，反映機(jī)體骨骼代謝變化。研究結(jié)果顯示納米金剛石涂層的化學(xué)惰性、超高硬度和低摩擦系數(shù)可在骨科手術(shù)中改善植入體性能，減少金屬的腐蝕、磨損和炎癥反應(yīng)、骨量流失。

      此外歐盟將納米金剛石應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

      其中，NeuroCare項(xiàng)目主要利用納米金剛石或石墨烯表面致密，沒(méi)有任何物質(zhì)能通過(guò)其表面擴(kuò)散的特性，將其作為植入體與人體神經(jīng)組織之間的介質(zhì)材料，一方面減少介質(zhì)本身與神經(jīng)組織之間的反應(yīng)，另一方面也使其與神經(jīng)元細(xì)胞的距離更近，從而能在彼此間建立更高質(zhì)量、持續(xù)時(shí)間更久的電子接口。目前，用于腦接口實(shí)驗(yàn)通常都采用金屬材料（如鉑）。然而，金屬材料長(zhǎng)時(shí)間在人體內(nèi)，其表面很可能發(fā)生降解，進(jìn)而導(dǎo)致電子交換性質(zhì)的改變。因此，穩(wěn)定性正是該項(xiàng)目納米金剛石技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)所在。

      在MRI領(lǐng)域，歐盟研究理事會(huì)（ERC）支持的 NDI項(xiàng)目主要利用納米金剛石獨(dú)有的光學(xué)特性，來(lái)賦予標(biāo)準(zhǔn) MRI掃描儀在單細(xì)胞尺度上的縮放能力。MRI掃描儀通過(guò)拾取原子自旋狀態(tài)進(jìn)行成像，但通常拾取率僅為十萬(wàn)分之一。如要提高效率，必須使自旋處于極低溫條件，然而，這對(duì)人體來(lái)說(shuō)是無(wú)法承受的。在金剛石中，原子自旋可用光來(lái)控制，且可通過(guò)激光輻照達(dá)到極低的溫度并能持續(xù)數(shù)日。NDI項(xiàng)目正是利用納米金剛石的這一特性，在無(wú)需使人體降溫的前提下實(shí)現(xiàn)了極低溫自旋。

      血管手術(shù)中，納米金剛石微粒可以物理吸附血管生成因子，用作血管支架材料時(shí)能在術(shù)后加速血管生長(zhǎng)。再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（利用干細(xì)胞的再生能力來(lái)治療疾?。?，金剛石的雙重惰性使之成為合適的生物發(fā)展平臺(tái)。

      金剛石在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用主要是（改性）納米金剛石，包括載藥、標(biāo)記、蛋白質(zhì)分離、抗癌治療、殺菌等方面，這里不再贅述。

      隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，金剛石材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不同方法得到的金剛石性能也有很大的差別，由此也帶來(lái)了新的問(wèn)題。例如金剛石在醫(yī)療領(lǐng)域的運(yùn)用還具有哪些可能性；金剛石加工成型和高效刃磨問(wèn)題；如何進(jìn)一步提高核磁共振掃描儀成像的分辨率并普及相關(guān)技術(shù)；怎樣解決植入體的金剛石涂層從襯底材料上脫落的問(wèn)題；金剛石涂層能促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)的作用機(jī)理缺乏深入研究；納米金剛石與不同藥物結(jié)合的穩(wěn)定性、對(duì)不同藥物表現(xiàn)出的親疏性、藥物在輸送過(guò)程中釋放的可調(diào)性等。

      因此金剛石在醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用還有很多問(wèn)題需要解決和驗(yàn)證！

      部分內(nèi)容來(lái)自調(diào)研整理，參考文章《金剛石在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用》。

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