STAL CHIRURGICZNA

1. Stal chirurgiczna - kategorie

2. Najczęściej wykorzystywane gatunki stali w medycynie

3. Nakładanie powłok cermetalowych na narzędzia chirurgiczne

Stal chirurgiczna to rodzaj stali wykorzystywanej w medycynie do produkcji narzędzi lub implantów chirurgicznych. Stal ta jest również często wykorzystywana do produkcji taniej biżuterii.

Narzędzi chirurgicznych jest bardzo wiele tak samo i wymagań, które tym narzędziom są stawiane. Czasami ważna jest wysoka wytrzymałość mechaniczna np. w przypadku narzędzi dentystycznych, a czasami twardość i trwałość ostrza np. w igłach czy penetratorach. Jednak zawsze przy produkcji tego typu narzędzi ważna jest odporność na korozję, precyzja wykonania, niezawodność eksploatacyjna i doskonała jakość powierzchni. Połączenie tych wymagań nie jest prostym zadaniem. W tym przypadku do produkcji narzędzi spełniających powyższe wymagania należy użyć stali nierdzewnych z grupy austenitycznych, ewentualnie martenzytycznych.

Trochę inne wymagania są stawiane w przypadku produkcji implantów czyli elementów, które na trwale są wprowadzane do organizmu człowieka w postaci różnego rodzaju sztabek, płytek, gwoździ, drutów czy prętów. Elementy te służą najczęściej do łączenia złamanych kości, uzupełniania ubytków kostnych czy też prostowania kręgosłupów. Ponieważ implanty przez długie miesiące stykają się z tkanką pacjenta, w tym przypadku antykorozyjność materiału, z którego są wykonane jest czynnikiem priorytetowym. Niestety, nawet najlepsze stale kwasoodporne nie są w stu procentach odporne na korozję w środowisku tkankowym i zawsze może występować powolne oddziaływanie chemiczne lub reakcje alergiczne pacjenta na nikiel. Dlatego wprowadzono materiały alternatywne wykonane z tytanu, niobu lub ich stopów.

Stal chirurgiczna - kategorie

W stali chirurgicznej wyodrębniono cztery jej kategorie opierając się na popularnym systemie oznaczenia stali nierdzewnych według Amerykańskiego Instytutu Żelaza i Stali (AISI – American Iron and Steel Institute). Są to:

• stal serii 200 – austenityczna, chromowo-manganowa stal nierdzewna. W stalach tej serii częśc niklu została zastąpiona przez mangan. W porównaniu do stali serii 300 na ogół odporność korozyjna tych stali jest niższa ze względu na niższą zawartość niklu. Ponieważ obie serie stali są niemagnetyczne bardzo łatwo pomylić te dwie grupy stali ze sobą.
• stal serii 300 – austenityczna, chromowo-niklowa i chromowo-niklowo-molibdenowa stal nierdzewna. Najpowszechniejsza i najczęściej stosowana w produkcji światowej grupa stali nierdzewnych. Gatunki tej stali zawierają minimum 16% chromu i 6% niklu a czasami również do 2% molibdenu, który zwiększa odporność korozyjną stali. Najbardziej znane i rozpowszechnione gatunki w tej grupie stali to: 1.4301 (AISI 304); 1.4401 (AISI 316) i 1.4404 (AISI 316L).
• stal serii 400 – ferrytyczne i martenzytyczne, chromowe stale nierdzewne. Stale te zawierają od 11% do nawet 30% chromu. Niektóre ferrytyczne gatunki tej stali mogą zawierać pierwiastki stopowe takie jak: molibden, tytan lub niob. W tej grupie stali występują również gatunki martenzytyczne, które charakteryzują się podwyższoną zawartością węgla.
• stal serii 500    

Najczęściej wykorzystywane gatunki stali w medycynie

Najbardziej odporne na korozję są austenityczne stale chromowo-niklowe z serii 300. Posiadają następujący skład chemiczny: 18-25% chromu, 8-12% niklu i do 2% molibdenu. Najpopularniej stosowanym gatunkiem w medycynie z tej grupy stali jest gat. 1.4404 czyli 316L. Stal ta bardzo często określana jest jako stal medyczna chociaż wykorzystywana jest również w przemyśle, papierniczym, spożywczym czy chemicznym. Bardzo zbliżonym do tego gatunku stali jest również gatunek 1.4435 o podwyższonej zawartości chromu i niklu, stosowany jako odpowiednik stali 316L.

Narzędzia chirurgiczne wytwarzane są również z takich gatunków stali jak:

• 1.4021 – o zawartości chromu 12-14%,  manganu do 1,5% i węgla 0,16-0,25%,
• 1.4024 – o zawartości chromu 12-14% i manganu do 1% i węgla 0,12-0,17%,
• 1.4034 – o zawartości chromu 12,5-14,5% i węgla 0,43-0,5%,.

• 1.4112 – o zawartości chromu 17-19%, molibdenu 0,9-1,3%, wanadu 0,07-0,12% i węgla 0,85-0,95%

Nakładanie powłok cermetalowych na narzędzia chirurgiczne

Ponieważ wymagania stawiane stalom chirurgicznym są skrajnie wysokie i obejmują często parametry trudne do pogodzenia jak wysoka wytrzymałość i twardość, a zarazem określona ciągliwość, dlatego narzędzia chirurgiczne zaczęto pokrywać cermetalowymi lub ceramicznymi powłokami. Grubości takich powłok nie przekraczają kilkunastu mikrometrów, są twarde, trwałe, odporne na korozję i umożliwiają wykonanie narzędzia ze stali bardziej wytrzymałych. Możliwość nakładania powłok na narzędzia medyczne stwarza nowe możliwości i perspektywy. Powstają nowego typu narzędzia np nożyczki – cienkie i długie, ułatwiające ingerencję chirurgiczną w głąb organizmu człowieka bez potrzeby wykonywania drastycznych i głębokich nacięć.

Narzędzia chirurgiczne pokryte powłokami wykazują następujące zalety:

• wysoka twardość, ostrość i trwałość,
• odporność na zarysowania,
• doskonała przyczepność powłoki do narzędzia,
• wysoka odporność korozyjna,
• neutralność biologiczna,
• lepsza odporność na wielokrotną sterylizację.

Powłoki w postaci azotku tytanu lub aluminium wykorzystywane są nie tylko w pokrywaniu narzędzi chirurgicznych. Stosuje się je także do pokrywania zwykłych stali szybkotnących czy narzędzi z węglików spiekanych. Należy również zwrócić uwagę na fakt, iż nakładanie powłok metodą PVD jest cały czas rozwijane i unowocześniane. Miejmy nadzieję, że dalszy postęp prac w tym zakresie pozwoli nam na tworzenie narzędzi jeszcze bardziej precyzyjnych, wytrzymałych i niezawodnych niż do tej pory.

FEMONI Patrycjusz Rygol