金剛石具有硬度高、耐磨性好、穩定性好、生物相容性好等優異性能，產生了多樣化的應用。例如單晶、多晶金剛石刀具，金剛石涂層手術刀具。此外金剛石涂層能用于人體植入材料中以緩和排斥反應，納米金剛石也可以作為運輸藥物、標記特征的靶向材料。因此金剛石，尤其是納米金剛石在生物醫療領域的應用是個重要的發展方向。之前曾給大家分享過納米金剛石在生物醫藥領域的應用，今天重點講述金剛石在醫用刀具、醫用材料方面的應用。

      不同類型金剛石在各個領域的應用及其性能

       以下是金剛石在醫療領域的具體應用

      醫用刀具

      用于組織切除的手術刀具對材料的硬度、耐磨性、穩定性與生物相容性等指標要求很高。金剛石材料不僅能滿足相關要求，而且以其制備的刀具在手術過程中對手術部位的擠壓、撕拉損傷小，傷口邊緣整齊、易愈合。目前，金剛石手術刀具主要用于眼科、神經外科、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用刀具屬于精密刀具，與傳統的金剛石刀具有一定的區別。

      眼科用手術刀具

      人眼的神經結構復雜多變，軟組織有豐富的色素和血管，對材料的安全性和刀具的結構提出了很高的要求。金剛石材料強度高、硬度高，可以根據不同需求制備不同刀刃結構的金剛石手術刀具（下圖所示）。金剛石手術刀可用于小切口白內障人工晶體植入手術、玻璃體切割手術、角膜移植手術、青光眼手術、放射狀角膜切開手術等。DAWSON等通過實驗得出：對于角膜自發慢性上皮缺陷，使用金剛石手術刀清創可顯著減少表面基質，降低相對硬度、提高治療效率。

      眼科中的金剛石手術刀具

      神經外科

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

      神經外科中的金剛石刀具

      骨科

      骨科整形手術要求快速切除骨組織，并控制切割產生的摩擦熱量。手術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，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用于牙齒的鉆孔、磨削等。刀具頭部以釬焊、燒結或電鍍的方式固定細小金剛石顆粒（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，車針（圖ａ、圖ｂ）主要用于義齒修磨及牙體預備，加工未燒結的氧化鋯陶瓷，工具壽命長；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，具有切片質量好、無劃痕或受壓不變形等優點，且在連續切片時可獲得更薄的切片，生物相容性好、對細胞損傷小。

      生物組織切片刀具

      醫用藥材

      植入人體的材料至關重要，為滿足人體生理和力學環境，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。根據植入組織的不同，植入材料的選擇也有所不同，包括樹脂材料、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

      現在臨床應用的口腔材料大多為樹脂材料、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、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樹脂和純鈦復合材料上，用帶過濾的陰極真空等離子電弧鍍膜技術鍍上納米金剛石膜。結果顯示：鍍上納米金剛石膜的材料在細胞培養和動物實驗中表現出了良好的生物相容性，鍍膜后的材料上細胞生長情況比未鍍膜的材料好。

      （a）鍍金剛石膜　（b）未鍍膜　

      骨科

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

      此外歐盟將納米金剛石應用于醫學領域

      其中，NeuroCare項目主要利用納米金剛石或石墨烯表面致密，沒有任何物質能通過其表面擴散的特性，將其作為植入體與人體神經組織之間的介質材料，一方面減少介質本身與神經組織之間的反應，另一方面也使其與神經元細胞的距離更近，從而能在彼此間建立更高質量、持續時間更久的電子接口。目前，用于腦接口實驗通常都采用金屬材料（如鉑）。然而，金屬材料長時間在人體內，其表面很可能發生降解，進而導致電子交換性質的改變。因此，穩定性正是該項目納米金剛石技術的最大優勢所在。

      在MRI領域，歐盟研究理事會（ERC）支持的 NDI項目主要利用納米金剛石獨有的光學特性，來賦予標準 MRI掃描儀在單細胞尺度上的縮放能力。MRI掃描儀通過拾取原子自旋狀態進行成像，但通常拾取率僅為十萬分之一。如要提高效率，必須使自旋處于極低溫條件，然而，這對人體來說是無法承受的。在金剛石中，原子自旋可用光來控制，且可通過激光輻照達到極低的溫度并能持續數日。NDI項目正是利用納米金剛石的這一特性，在無需使人體降溫的前提下實現了極低溫自旋。

      血管手術中，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能在術后加速血管生長。再生醫學領域（利用干細胞的再生能力來治療疾病），金剛石的雙重惰性使之成為合適的生物發展平臺。

      金剛石在醫藥領域的應用主要是（改性）納米金剛石，包括載藥、標記、蛋白質分離、抗癌治療、殺菌等方面，這里不再贅述。

      隨著現代技術的發展，金剛石材料在醫療領域的應用越來越廣泛，不同方法得到的金剛石性能也有很大的差別，由此也帶來了新的問題。例如金剛石在醫療領域的運用還具有哪些可能性；金剛石加工成型和高效刃磨問題；如何進一步提高核磁共振掃描儀成像的分辨率并普及相關技術；怎樣解決植入體的金剛石涂層從襯底材料上脫落的問題；金剛石涂層能促進骨骼生長的作用機理缺乏深入研究；納米金剛石與不同藥物結合的穩定性、對不同藥物表現出的親疏性、藥物在輸送過程中釋放的可調性等。

      因此金剛石在醫用領域的應用還有很多問題需要解決和驗證！

      部分內容來自調研整理，參考文章《金剛石在醫療領域的應用》。

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