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       金刚石具有硬度高、耐磨性好、稳定性好、生物相容性好等优异性能，产生了多样化的应用。例如单晶、多晶金刚石刀具，金刚石涂层手术刀具。此外金刚石涂层能用于人体植入材料中以缓和排斥反应，纳米金刚石也可以作为运输药物、标记特征的靶向材料。因此金刚石，尤其是纳米金刚石在生物医疗领域的应用是个重要的发展方向。之前曾给大家分享过纳米金刚石在生物医药领域的应用，今天重点讲述金刚石在医用刀具、医用材料方面的应用。

      不同类型金刚石在各个领域的应用及其性能

       以下是金刚石在医疗领域的具体应用

      医用刀具

      用于组织切除的手术刀具对材料的硬度、耐磨性、稳定性与生物相容性等指标要求很高。金刚石材料不仅能满足相关要求，而且以其制备的刀具在手术过程中对手术部位的挤压、撕拉损伤小，伤口边缘整齐、易愈合。目前，金刚石手术刀具主要用于眼科、神经外科、骨科及口腔科，以及生物组织切片等，值得注意的是金刚石医用刀具属于精密刀具，与传统的金刚石刀具有一定的区别。

      眼科用手术刀具

      人眼的神经结构复杂多变，软组织有丰富的色素和血管，对材料的安全性和刀具的结构提出了很高的要求。金刚石材料强度高、硬度高，可以根据不同需求制备不同刀刃结构的金刚石手术刀具（下图所示）。金刚石手术刀可用于小切口白内障人工晶体植入手术、玻璃体切割手术、角膜移植手术、青光眼手术、放射状角膜切开手术等。DAWSON等通过实验得出：对于角膜自发慢性上皮缺陷，使用金刚石手术刀清创可显著减少表面基质，降低相对硬度、提高治疗效率。

      眼科中的金刚石手术刀具

      神经外科

      金刚石手术刀的刀刃锋利、机械性能好并具有弹性，反复使用时锐度保持良好，切口精度高、力度可视，可用于神经外科血管手术、整形手术等。下图所示为不同刀片形状、角度的神经外科用金刚石手术刀具。

      神经外科中的金刚石刀具

      骨科

      骨科整形手术要求快速切除骨组织，并控制切割产生的摩擦热量。手术使用的切割线如下图所示，其中含钎焊金刚石（图ａ），焊丝精细，能够在横切面上去除组织并避免不必要的骨损伤（图ｂ）。

      骨科中的金刚石刀具

      牙科

      金刚石刀具已广泛应用于牙齿的钻孔、磨削等。刀具头部以钎焊、烧结或电镀的方式固定细小金刚石颗粒（粒度尺寸20-200μｍ），可以提高刀具锋利度和耐磨性，提高切削效率。下图为牙科金刚石刀具。其中，车针（图ａ、图ｂ）主要用于义齿修磨及牙体预备，加工未烧结的氧化锆陶瓷，工具寿命长；磨针用于义齿成型加工，加工玻璃陶瓷等材料，可降低亚表面损伤。

      牙科金刚石手术刀具

      组织切片

      生物组织切片刀具中，其刀刃部分采用金刚石刀具，具有切片质量好、无划痕或受压不变形等优点，且在连续切片时可获得更薄的切片，生物相容性好、对细胞损伤小。

      生物组织切片刀具

      医用药材

      植入人体的材料至关重要，为满足人体生理和力学环境，植入物材料要具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、生物相容性甚至再生性能。根据植入组织的不同，植入材料的选择也有所不同，包括树脂材料、钴、铬、镍、钛等金属或合金材料、不锈钢以及金刚石材料等。

      口腔科

      现在临床应用的口腔材料大多为树脂材料、钴铬合金和纯钛，其具有一定的耐磨性、耐腐蚀性及生物相容性，但不够理想。纳米金刚石兼有金刚石与纳米材料的特性，例如高硬度、高耐腐蚀性、低摩擦系数、低表面粗糙度、大比表面积、高表面活性、高透明度、高硬度、耐磨性和耐腐蚀性等，以及良好的生物相容性，是更为理想的口腔材料。

      如在PMMA树脂和纯钛复合材料上，用带过滤的阴极真空等离子电弧镀膜技术镀上纳米金刚石膜。结果显示：镀上纳米金刚石膜的材料在细胞培养和动物实验中表现出了良好的生物相容性，镀膜后的材料上细胞生长情况比未镀膜的材料好。

      （a）镀金刚石膜　（b）未镀膜　

      骨科

      纳米金刚石可用于人造关节的涂层材料。传统医疗植入物多使用钴、铬、镍，然而部分患者对这些金属过敏，或产生排斥反应。金刚石涂层具有良好的生物相容性，不会引起人体的排斥反应；并且金刚石具有抗菌特性，可以抑制细菌的滋生。另外，与传统金属聚合体植入物相比，纳米金刚石涂层人造关节磨损轻微，基本不产生碎屑。金刚石还能促进骨钙素的表达。骨钙素是构成骨基质的成分之一，能维持骨骼正常矿化速率，反映机体骨骼代谢变化。研究结果显示纳米金刚石涂层的化学惰性、超高硬度和低摩擦系数可在骨科手术中改善植入体性能，减少金属的腐蚀、磨损和炎症反应、骨量流失。

      此外欧盟将纳米金刚石应用于医学领域

      其中，NeuroCare项目主要利用纳米金刚石或石墨烯表面致密，没有任何物质能通过其表面扩散的特性，将其作为植入体与人体神经组织之间的介质材料，一方面减少介质本身与神经组织之间的反应，另一方面也使其与神经元细胞的距离更近，从而能在彼此间建立更高质量、持续时间更久的电子接口。目前，用于脑接口实验通常都采用金属材料（如铂）。然而，金属材料长时间在人体内，其表面很可能发生降解，进而导致电子交换性质的改变。因此，稳定性正是该项目纳米金刚石技术的最大优势所在。

      在MRI领域，欧盟研究理事会（ERC）支持的 NDI项目主要利用纳米金刚石独有的光学特性，来赋予标准 MRI扫描仪在单细胞尺度上的缩放能力。MRI扫描仪通过拾取原子自旋状态进行成像，但通常拾取率仅为十万分之一。如要提高效率，必须使自旋处于极低温条件，然而，这对人体来说是无法承受的。在金刚石中，原子自旋可用光来控制，且可通过激光辐照达到极低的温度并能持续数日。NDI项目正是利用纳米金刚石的这一特性，在无需使人体降温的前提下实现了极低温自旋。

      血管手术中，纳米金刚石微粒可以物理吸附血管生成因子，用作血管支架材料时能在术后加速血管生长。再生医学领域（利用干细胞的再生能力来治疗疾病），金刚石的双重惰性使之成为合适的生物发展平台。

      金刚石在医药领域的应用主要是（改性）纳米金刚石，包括载药、标记、蛋白质分离、抗癌治疗、杀菌等方面，这里不再赘述。

      随着现代技术的发展，金刚石材料在医疗领域的应用越来越广泛，不同方法得到的金刚石性能也有很大的差别，由此也带来了新的问题。例如金刚石在医疗领域的运用还具有哪些可能性；金刚石加工成型和高效刃磨问题；如何进一步提高核磁共振扫描仪成像的分辨率并普及相关技术；怎样解决植入体的金刚石涂层从衬底材料上脱落的问题；金刚石涂层能促进骨骼生长的作用机理缺乏深入研究；纳米金刚石与不同药物结合的稳定性、对不同药物表现出的亲疏性、药物在输送过程中释放的可调性等。

      因此金刚石在医用领域的应用还有很多问题需要解决和验证！

      部分内容来自调研整理，参考文章《金刚石在医疗领域的应用》。

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