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醫(yī)用釹鐵硼磁環(huán)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀
文章出處：深圳市蒙興隆科技有限公司 作者：Admin 瀏覽次數(shù)：1 2016-12-15 00:13:15
永磁材料應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有四十多年的歷史， 最早是利用永磁體增加修復(fù)體的固位力。20世紀(jì)70 年代后期，有學(xué)者(Kawata，1977)將磁力引入正畸學(xué)領(lǐng)域，利用磁體間同極相斥、異極相吸的原理，將磁體制成托槽，利用磁力再輔以傳統(tǒng)正畸力達(dá)到快速移動(dòng)牙齒，矯治錯(cuò)、畸形的目的[4]。自磁力首次用于正畸，經(jīng)過(guò)二十幾年的研究，永磁體在正畸學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有了很大發(fā)展， 應(yīng)用的方法已經(jīng)多種多樣， 應(yīng)用的范圍已經(jīng)很廣泛。但磁力在固定正畸中有明顯的局限性： 大多數(shù)的磁體由于力量有限不適合固定正畸，磁力正畸多應(yīng)用于活動(dòng)矯治裝置；磁力會(huì)隨著磁體間的距離加大而減小， 不足以移動(dòng)較大距離的牙齒， 因此學(xué)者們近年的研究主要集中在磁場(chǎng)的組織學(xué)反應(yīng)、生物學(xué)效應(yīng)及磁力功能矯治器設(shè)計(jì)等方面的研究[5]。
1 醫(yī)用釹鐵硼磁體的發(fā)展 在稀土永磁材料被應(yīng)用之前, 口腔常用的磁性材料主要有鐵氧體(Ferrite)、鋁鎳鈷(AlNiCo) 永磁體，他們磁力不大，需要加大體積才能增加磁力，因而使用于口腔受限。鉑鈷(Pt-Co)永磁體耐磨性和抗腐蝕性強(qiáng)，磁性也好，但價(jià)值昂貴，還不完善，只限于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用[6]。20 世紀(jì)60 年代末第一代稀土永磁材料研制成功。1979 年Tsutsui 對(duì)第一代稀土鈷永磁體作為牙科應(yīng)用材料， 進(jìn)行了物理性能， 抗腐蝕性及毒理學(xué)研究， 認(rèn)為該材料較以往的幾種有明顯的優(yōu)點(diǎn)。第二代稀土永磁體為20 世紀(jì)70 年代出現(xiàn)的釤鈷2∶17 型(SmCo2∶7)永磁體。第三代是日本率先研制成功的磁性更強(qiáng)的釹鐵硼永磁體。該材料的物理性能好，磁力大、體積小、受口腔物理化學(xué)及熱影響小，是目前為止磁能積和矯頑力最高的永磁材料[7-10]。 近期有研究選用與托槽大小相近的N48 新型釹鐵硼永磁體(大小為2mm× 3mm× 4mm)[11]，對(duì)該磁體的磁性能和力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試：N48 釹鐵硼的剩余磁通密度為13.73kGs， 矯頑力為13.00kOe，最大磁能積為46.13MGsOeO，其性能明顯的優(yōu)于以往的磁體(鉑鈷、釤鈷、鎳鈷等)，尤其是最大磁能積。磁體表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.38T(3380Gs)，周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度距離7mm 時(shí)降為0.01T，距離20mm 時(shí)降為零，這說(shuō)明2mm×3mm×4mm 大小的N48 釹鐵硼磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)較強(qiáng)，作用范圍大。在磁體周?chē)?mm 內(nèi)，磁場(chǎng)可以對(duì)牙周組織的改建產(chǎn)生影響。2mm×3mm× 4mm 大小的N48 釹鐵硼磁力的有效作用范圍達(dá)到5mm， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于以往學(xué)者研究所使用體積較大的磁體0.7～3.0mm 的有效作用范圍。而且在0～5mm 內(nèi)，排斥力為288～36 g，吸引力為456～40 g，這一力值完全能滿(mǎn)足臨床移動(dòng)牙齒的需要，并且是所有學(xué)者使用的磁體中體積最小而磁力是最大的。以上的有關(guān)研究結(jié)果說(shuō)明，N48 釹鐵硼永磁體的優(yōu)良性能完全可滿(mǎn)足臨床固定正畸的需要， 制作成磁性托槽可完全或基本取代機(jī)械矯治力， 達(dá)到促進(jìn)牙齒移動(dòng)，降低矯治成本的目的。
2 醫(yī)用磁環(huán)的制備 通常醫(yī)用磁環(huán)制備方法主要有兩種： 第一種是采用磁鐵拼塊粘接成整體環(huán)， 這種方法將圓環(huán)分成幾部分，對(duì)每一部分分別導(dǎo)入取向磁場(chǎng)進(jìn)行取向。這種方法所產(chǎn)生的磁環(huán)取向度不均勻， 嚴(yán)重影響磁環(huán)的整體磁性能而且由于不同取向度部位在燒結(jié)過(guò)程中的收縮率不同而會(huì)導(dǎo)致磁環(huán)開(kāi)裂[12-13]。第二種是采用各向同性的磁粉粘接成磁環(huán)， 這種磁環(huán)因?yàn)榇朋w密度低，所以磁性能也很低，磁能積在6～8MGOe，這樣就使磁環(huán)在使用時(shí)受到限制。并且由于醫(yī)用磁環(huán)使用環(huán)境的特殊性， 使得其易腐蝕性又限制了它的運(yùn)用。特別在制備內(nèi)徑較小的磁環(huán)時(shí)，磁粉取向不完全， 嚴(yán)重制約了磁性材料在生物醫(yī)用方面的發(fā)展[14-15]。 目前， 最新制備醫(yī)用磁環(huán)所采用的技術(shù)是輻射取向技術(shù)， 使用該技術(shù)制作磁環(huán)不僅可使磁粉得到均勻取向而且在制作內(nèi)徑較小磁環(huán)時(shí)也能獲得較大的取向場(chǎng)， 使磁環(huán)的磁性能和一致性得到較大提高[16-17]。因?yàn)樵摯怒h(huán)有此優(yōu)越性，所以得到廣泛研究和使用，是現(xiàn)在制備醫(yī)用磁環(huán)的主要技術(shù)之一。
3 醫(yī)用釹鐵硼磁體的表面改性 口腔是復(fù)雜的生化環(huán)境， 磁體在口腔中會(huì)受到較強(qiáng)的腐蝕，輕者引起磁性下降，重者游離出的金屬離子將導(dǎo)致局部粘膜色素沉著、口腔粘膜纖維細(xì)胞增殖速度顯著降低。磁體的腐蝕不但與磁體本身元素特性有關(guān)， 也與口腔內(nèi)環(huán)境如唾液、細(xì)菌有關(guān)。Wilson 等[18]發(fā)現(xiàn)溶血性鏈球菌作用21d 后，釹鐵硼磁塊質(zhì)量減少3.2%。腐蝕與合金的生物相容性密切相關(guān)，合金的全身或局部毒性、致敏及致癌作用均由腐蝕時(shí)釋放出的元素引起， 牙科合金在口腔內(nèi)可能導(dǎo)致的毒性生物學(xué)反應(yīng)幾乎都以合金的腐蝕為前提。因此，磁體必須與唾液完全隔離，提高磁體的耐腐蝕性是其在口腔中長(zhǎng)期安全應(yīng)用的重要保證。Hai等[19]提出在不銹鋼表面鍍氮化鈦，可顯著提高磁性不銹鋼的耐腐蝕性。解保生等[20]在釹鐵硼表面鍍氮化鈦，經(jīng)研究認(rèn)為防腐蝕效果好。氮化鈦屬非金屬氧化陶瓷，金黃色，耐酸耐堿，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和超導(dǎo)性。鍍氮化鈦膜可增強(qiáng)金屬合金的耐磨損性能，鍍氮化鈦膜可以增強(qiáng)金屬合金抗腐蝕性能、減慢金屬離子釋放， 降低金屬材料對(duì)周?chē)橘|(zhì)的毒性，鍍氮化鈦膜不改變磁合金的整體物理結(jié)構(gòu)， 不會(huì)影響磁力[21-22]。 由于氮化鈦膜優(yōu)良的理化性能、抗腐蝕性能，所以釹鐵硼磁環(huán)外表面鍍氮化鈦膜。采用脈沖直流PCVD 技術(shù)施鍍， 能成功解決醫(yī)用釹鐵硼磁環(huán)的易腐蝕問(wèn)題，使得磁環(huán)具有良好的細(xì)胞相容性。從能夠滿(mǎn)足磁環(huán)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的性能要求， 使其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的運(yùn)用有了更廣闊的前景。
4 結(jié)語(yǔ) 釹鐵硼永磁體的優(yōu)良性能及氮化鈦的良好生物相容性使鍍氮化鈦膜的釹鐵硼磁體在生物醫(yī)用領(lǐng)域有著更廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn):
[1] 苗迺金，危師讓?zhuān)R界火電技術(shù)及其發(fā)展[J]．熱力發(fā)電，2002，(5)：2-5．
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[8] Bourauel C， Koklu S O， Vardimon A D， et a1．Integrated magnetic and elastic force systems [J]．Am J Orthod Dentofacial Orthop，2002，122(2)：155-163．
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[11] 候志明，薛明，代聽(tīng)，等．N48 型正畸釹鐵硼永磁體磁體性能 測(cè)試[J]．實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志，2005，21(3)：406-408．
[12] Hinz D， Kirchner A， Brown D N， et al．Near net shape production of radially oriented NdFeB ring magnet s by backward extrusion [J]．Journal of Materials Processing Technology，2003， 135：358-365．
[13] 李麗婭，易健宏，彭元東，等．輻射取向環(huán)形磁體在磁場(chǎng)中所 受磁場(chǎng)力的計(jì)算[J]．粉末冶金材料科學(xué)與工程，2005，10(6)： 336-339．
[14] Herbert A L， Eatontown N J．Radially periodic magnetization of permanent magnet rings [P]．US6087915，2000．
[15] 姚燕，姚云甫．取向電磁鐵在釹鐵硼磁體成型中的應(yīng)用[J]． 磁性材料及器件，2001，32(2)：50-52．
[16] 史源，蔣安，張勇，等． 一種犬肝移植大血管快速重建的新方 法[J]．中國(guó)修復(fù)重建外科雜志，2007，21(4)：420-423．
[17] 侯鄭生，劉京山，趙期康，等．磁鐵壓迫吻合術(shù)治療腸梗阻動(dòng) 物實(shí)驗(yàn)研究[J]．中國(guó)現(xiàn)代普通外科進(jìn)展，2008，12(8)：649-652.
[18] 曹曉明． 鍍氮化鈦膜N48 釹鐵硼永磁體細(xì)胞毒性的實(shí)[D]． 武漢：華中科技大學(xué)，2004．77-78．
[19] Hai K， Sawase T， Matsura H， et a1．Corrosion resistance of a magnetic stainless steelion-plated with titanium nitride [J]．J. Oral Rehabil，2000，27(4)：361-366．
[20] 解保生，朱惠蘭，李?lèi)?ài)霞，等．口腔正畸用磁塊鍍氮化鈦膜后 抗人工唾液腐蝕研究[J]． 實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志，2003，9(3)： 257-259．
[21] 侯志明，代昕，薛明，等．不同鍍膜磁體對(duì)牙齦成纖維細(xì)胞活 性及mTOR 表達(dá)的影響[J]． 解剖科學(xué)進(jìn)展，2005，11(2)： 108-110．
[22] 陳溪，吳建勇．氮化鈦鍍膜釹鐵硼磁體的生物機(jī)械性能[J]． 實(shí)用臨床醫(yī)學(xué)，2009，10(11)：134-135． 轉(zhuǎn)自“釹鐵硼產(chǎn)業(yè)網(wǎng)”
1 醫(yī)用釹鐵硼磁體的發(fā)展 在稀土永磁材料被應(yīng)用之前, 口腔常用的磁性材料主要有鐵氧體(Ferrite)、鋁鎳鈷(AlNiCo) 永磁體，他們磁力不大，需要加大體積才能增加磁力，因而使用于口腔受限。鉑鈷(Pt-Co)永磁體耐磨性和抗腐蝕性強(qiáng)，磁性也好，但價(jià)值昂貴，還不完善，只限于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用[6]。20 世紀(jì)60 年代末第一代稀土永磁材料研制成功。1979 年Tsutsui 對(duì)第一代稀土鈷永磁體作為牙科應(yīng)用材料， 進(jìn)行了物理性能， 抗腐蝕性及毒理學(xué)研究， 認(rèn)為該材料較以往的幾種有明顯的優(yōu)點(diǎn)。第二代稀土永磁體為20 世紀(jì)70 年代出現(xiàn)的釤鈷2∶17 型(SmCo2∶7)永磁體。第三代是日本率先研制成功的磁性更強(qiáng)的釹鐵硼永磁體。該材料的物理性能好，磁力大、體積小、受口腔物理化學(xué)及熱影響小，是目前為止磁能積和矯頑力最高的永磁材料[7-10]。 近期有研究選用與托槽大小相近的N48 新型釹鐵硼永磁體(大小為2mm× 3mm× 4mm)[11]，對(duì)該磁體的磁性能和力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試：N48 釹鐵硼的剩余磁通密度為13.73kGs， 矯頑力為13.00kOe，最大磁能積為46.13MGsOeO，其性能明顯的優(yōu)于以往的磁體(鉑鈷、釤鈷、鎳鈷等)，尤其是最大磁能積。磁體表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.38T(3380Gs)，周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度距離7mm 時(shí)降為0.01T，距離20mm 時(shí)降為零，這說(shuō)明2mm×3mm×4mm 大小的N48 釹鐵硼磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)較強(qiáng)，作用范圍大。在磁體周?chē)?mm 內(nèi)，磁場(chǎng)可以對(duì)牙周組織的改建產(chǎn)生影響。2mm×3mm× 4mm 大小的N48 釹鐵硼磁力的有效作用范圍達(dá)到5mm， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于以往學(xué)者研究所使用體積較大的磁體0.7～3.0mm 的有效作用范圍。而且在0～5mm 內(nèi)，排斥力為288～36 g，吸引力為456～40 g，這一力值完全能滿(mǎn)足臨床移動(dòng)牙齒的需要，并且是所有學(xué)者使用的磁體中體積最小而磁力是最大的。以上的有關(guān)研究結(jié)果說(shuō)明，N48 釹鐵硼永磁體的優(yōu)良性能完全可滿(mǎn)足臨床固定正畸的需要， 制作成磁性托槽可完全或基本取代機(jī)械矯治力， 達(dá)到促進(jìn)牙齒移動(dòng)，降低矯治成本的目的。
2 醫(yī)用磁環(huán)的制備 通常醫(yī)用磁環(huán)制備方法主要有兩種： 第一種是采用磁鐵拼塊粘接成整體環(huán)， 這種方法將圓環(huán)分成幾部分，對(duì)每一部分分別導(dǎo)入取向磁場(chǎng)進(jìn)行取向。這種方法所產(chǎn)生的磁環(huán)取向度不均勻， 嚴(yán)重影響磁環(huán)的整體磁性能而且由于不同取向度部位在燒結(jié)過(guò)程中的收縮率不同而會(huì)導(dǎo)致磁環(huán)開(kāi)裂[12-13]。第二種是采用各向同性的磁粉粘接成磁環(huán)， 這種磁環(huán)因?yàn)榇朋w密度低，所以磁性能也很低，磁能積在6～8MGOe，這樣就使磁環(huán)在使用時(shí)受到限制。并且由于醫(yī)用磁環(huán)使用環(huán)境的特殊性， 使得其易腐蝕性又限制了它的運(yùn)用。特別在制備內(nèi)徑較小的磁環(huán)時(shí)，磁粉取向不完全， 嚴(yán)重制約了磁性材料在生物醫(yī)用方面的發(fā)展[14-15]。 目前， 最新制備醫(yī)用磁環(huán)所采用的技術(shù)是輻射取向技術(shù)， 使用該技術(shù)制作磁環(huán)不僅可使磁粉得到均勻取向而且在制作內(nèi)徑較小磁環(huán)時(shí)也能獲得較大的取向場(chǎng)， 使磁環(huán)的磁性能和一致性得到較大提高[16-17]。因?yàn)樵摯怒h(huán)有此優(yōu)越性，所以得到廣泛研究和使用，是現(xiàn)在制備醫(yī)用磁環(huán)的主要技術(shù)之一。
3 醫(yī)用釹鐵硼磁體的表面改性 口腔是復(fù)雜的生化環(huán)境， 磁體在口腔中會(huì)受到較強(qiáng)的腐蝕，輕者引起磁性下降，重者游離出的金屬離子將導(dǎo)致局部粘膜色素沉著、口腔粘膜纖維細(xì)胞增殖速度顯著降低。磁體的腐蝕不但與磁體本身元素特性有關(guān)， 也與口腔內(nèi)環(huán)境如唾液、細(xì)菌有關(guān)。Wilson 等[18]發(fā)現(xiàn)溶血性鏈球菌作用21d 后，釹鐵硼磁塊質(zhì)量減少3.2%。腐蝕與合金的生物相容性密切相關(guān)，合金的全身或局部毒性、致敏及致癌作用均由腐蝕時(shí)釋放出的元素引起， 牙科合金在口腔內(nèi)可能導(dǎo)致的毒性生物學(xué)反應(yīng)幾乎都以合金的腐蝕為前提。因此，磁體必須與唾液完全隔離，提高磁體的耐腐蝕性是其在口腔中長(zhǎng)期安全應(yīng)用的重要保證。Hai等[19]提出在不銹鋼表面鍍氮化鈦，可顯著提高磁性不銹鋼的耐腐蝕性。解保生等[20]在釹鐵硼表面鍍氮化鈦，經(jīng)研究認(rèn)為防腐蝕效果好。氮化鈦屬非金屬氧化陶瓷，金黃色，耐酸耐堿，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和超導(dǎo)性。鍍氮化鈦膜可增強(qiáng)金屬合金的耐磨損性能，鍍氮化鈦膜可以增強(qiáng)金屬合金抗腐蝕性能、減慢金屬離子釋放， 降低金屬材料對(duì)周?chē)橘|(zhì)的毒性，鍍氮化鈦膜不改變磁合金的整體物理結(jié)構(gòu)， 不會(huì)影響磁力[21-22]。 由于氮化鈦膜優(yōu)良的理化性能、抗腐蝕性能，所以釹鐵硼磁環(huán)外表面鍍氮化鈦膜。采用脈沖直流PCVD 技術(shù)施鍍， 能成功解決醫(yī)用釹鐵硼磁環(huán)的易腐蝕問(wèn)題，使得磁環(huán)具有良好的細(xì)胞相容性。從能夠滿(mǎn)足磁環(huán)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的性能要求， 使其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的運(yùn)用有了更廣闊的前景。
4 結(jié)語(yǔ) 釹鐵硼永磁體的優(yōu)良性能及氮化鈦的良好生物相容性使鍍氮化鈦膜的釹鐵硼磁體在生物醫(yī)用領(lǐng)域有著更廣闊的應(yīng)用前景。
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