早在六千多年前，人類就發現并使用了金屬銅，公元前五世紀前后又逐漸使用了鐵器以及金、銀、鐵、鋁等其他金屬。但是能夠像聰明而智慧的高級生物那樣具有記憶能力的金屬，人們卻，甚至難以想象。如今，這種能夠“記憶"住形狀的合金，確確實實在我們面前出現了，這真令世人大開眼界，拍手叫絕！

       1932年瑞典人奧蘭德在金-鎘合金中觀察到這種“記憶"效應，但當時尚未引起人們的關注。1963年，美械研究所科學家比勒在一項試驗中需要使用鎳-鈦合金絲，但當時領回來的合金絲都彎彎曲曲，無法使用，便將其一根根拉直。但在隨后的試驗中，一個神奇的現象出現了：當溫度升到某一個值時，這些已經被拉得筆直的合金絲，突然又魔術般地恢復了原形，更令人驚訝的是：形狀的恢復竟和原來不差分毫！多次反復試驗結果*一致，被拉直的合金絲只要到達某一個特定溫度后，便立即恢復原形。就好像一條被“凍"得失去知覺的蛇，當溫度升高到某一個值后，突然“甦醒"過來，重新恢復“記憶"一般。“形狀記憶效應"和“形狀記憶合金"（Shape Memory Alloy，SMA）便由此得名。

       一根由銅鋅鋁組成的形狀記憶合金（稱為CZA合金）彈簧，在其特征溫度（Tm）65℃～85℃（溫度值由材料配方而定）時預先加工成形狀（200cm），當對它進行熱處理幾分鐘至半小時后，便“記憶"住了被加工成的形狀。然后在室溫下無論形狀怎樣變化，例1：鎳鈦形狀記憶合金彈簧壓縮成為45 cm，一旦將它的溫度升至Tm后，便重又恢復成原來被加工成的形狀。例2：鎳鈦形狀記憶合金裝飾花，在65℃～85℃的特征溫度下為開放形式，室溫時又令其呈閉合花蕾狀，當使用熱風等使溫度上升至Tm后，金屬花則又會自行盛開至美麗的原形，動作轉角可達180℃，煞是有趣！

       通常，合金材料的高溫相母體被稱為“奧氏體"，而降溫產生相變后的結構被稱為“馬氏體"。據科學家們推測，這時雖然外表沒有變化，但在加熱和冷卻時結晶狀態是各不相同的，在某個特定溫度下，金屬原子的排列方式會發生突變，晶體結構的這種變化常常是可逆的，被稱為“相變"。例如，含Ti和Ni各為50%的記憶合金，即存在著菱形和立方體兩種晶體結構，在某個特殊溫度時這兩種晶體結構能相互轉換，形狀也就隨著結構類型而改變。隨后的研究還發現，除鎳鈦合金外，還先后發現銅-鋅、金-鎘、鎳-鋁等約二十余種合金也具有記憶功能，但其中“記憶力"強的當屬鎳鈦合金。

1 前言

形狀記憶合金（Shape Memory Alloys，簡稱SMA），是一種在加熱升溫后能*消除其在較低溫度下發生的變形，恢復其變形前原始形狀的合金材料。鎳鈦形狀記憶合金（以下簡稱鎳鈦合金）是在醫學領域應用*泛的一種形狀記憶合金，除形狀記憶能力外，它還具有超彈性效應，表現為在外力作用下，形狀記憶合金具有比一般金屬大得多的變形恢復能力，即加載過程中產生的大應變會隨著卸載而恢復[1]。鎳鈦記憶合金具有的形狀記憶功能和超彈性效應，可以有效滿足臨床需要。目前，醫用鎳鈦合金制造的覆膜血管支架、食道支架、骨固定器、心臟封堵器等植入物已被廣泛用于臨床[2-8]，由于其長期甚至植入患者體內，其產品質量直接關系到人民群眾的生命安全，因此，在國內外均被作為植入醫療器械由監管部門審批后才允許上市。而醫用鎳鈦合金材料和植入物的標準作為科學監管的重要技術依據，在監管中發揮了重大作用。本文對國內外醫用鎳鈦合金材料和植入物標準的現狀進行分析，以期明確該領域的標準化研究方向。

2 國內現狀

目前，國內關于鎳鈦形狀記憶合金材料和植入物的專用標準共有11份，見表 1。主要標準發布機構包括國家質檢總局（GB標準）、原國家食品藥品監督管理總局（YY標準）、有色金屬研究院（YS標準）。相關標準已基本覆蓋了鎳鈦合金材料和植入物的術語、規范要求和試驗方法。

表 1 鎳鈦形狀記憶合金材料及植入物的國內標準

3 國際現狀

目前，國際上關于鎳鈦形狀記憶合金材料及植入物的專用標準共有25份，見表 2。主要標準發布機構包括美國材料與試驗協會（ASTM標準）、日本工業標準調查會（日本工業標準，又稱JIS標準）、韓國工業標準（KS標準）、巴西國家標準（ABNT NBR標準）、法國國家標準（NF標準）。相關國際標準的內容主要涉及鎳鈦合金材料的術語、規范要求和試驗方法，特別是反映其形狀記憶功能和超彈性效應的方法標準，但不同機構發布的標準內容有一定的重復和交叉。

表 2 鎳鈦形狀記憶合金材料及植入物的國際標準

4 鎳鈦合金材料及植入物領域標準分析

4.1 國內外現有標準的適宜性分析

4.1.1 國內外標準體系架構

鎳鈦合金植入物是一種植入器械，因此對其安全有效性的評價涉及一系列的通用標準和專用標準，主要由以下幾個部分組成：

1）評價醫療器械生物相容性的《ISO 10993醫療器械生物學評價》 [9]系列通用標準（已轉化為《GB/T 16886醫療器械生物學評價》系列標準）；

2）規范外科植入物通用性能的《ISO 14630無源外科植入物通用要求》 [10]通用標準（已轉化為《YY/T 0640無源外科植入物通用要求》）；

3）規范骨接合植入物性能的《ISO 14602無源外科植入物骨接合與關節置換植入物第1部分：骨接合植入物特殊要求》 [11]專用標準（已轉化為《GB/T 12417.1無源外科植入物骨接合與關節置換植入物第1部分：骨接合植入物特殊要求》）及其他涉及骨接合植入物的專用產品標準和方法標準；

4）規范血管支架性能的《ISO 25539-2心血管植入物血管內器械第2部分：血管支架》 [12]專用標準（已轉化為《YY/T 0663.2心血管植入物血管內器械第2部分：血管支架》）及其他涉及心血管植入物的專用產品標準和方法標準；

5）表 1、表 2列出的鎳鈦形狀記憶合金材料及植入物的專用標準。

上述這5個方面的標準共同構成了一個比較完善的鎳鈦合金材料及其植入物的標準體系。這個標準體系中所包含的標準，既包括醫療器械生物學評價和植入物通用要求這樣的通用標準，也包括針對具體植入物（如骨接合材料、血管支架）的專用標準，還包括專門針對鎳鈦合金材料特性的專用標準，其優點是宏觀覆蓋面較大、架構清晰，已基本可以依據這些標準對鎳鈦合金材料及其植入物的物理、化學、生物性能進行系統的評價。但這個標準體系主要的缺點是尚不能*覆蓋所有監管部門審批的項目，特別是某些關鍵性能的試驗方法。

4.1.2 標準需求和現有標準之間的差距

前已述及，鎳鈦合金植入物目前需由監管部門審批后才允許上市。因此，通過對比審批要求及目前已發布的標準，梳理出以下審批中有要求但目前尚無標準可依據的性能方法。

4.1.2.1 鎳鈦形狀記憶合金封堵器脈動疲勞性能評價方法

現有封堵器標準《YY/T 2053-2017心血管植入物心臟封堵器》雖然要求評價封堵器的疲勞性能，但并未列出相應的試驗方法。其他國內外標準也未見相似內容。因此，建議通過模擬脈動條件下心臟封堵器的生物力學環境，建立相應的疲勞試驗平臺和評價方法。

4.1.2.2 醫用鎳鈦形狀記憶合金材料或植入物體外鎳離子釋放模型

鎳離子是一種重金屬離子，攝入過多的鎳會引起中樞性循環和呼吸紊亂，使心肌、腦、肺、腎出現水腫、出血或變性，還可能使白血病、癌癥的發病率升高。因此，測試醫用鎳鈦形狀記憶合金中鎳離子在體內的釋放速率和含量，可直接反映其臨床使用的安全性。但是體內測試時間長、成本高、測試結果準確率低（樣本對實驗結果的干擾比較大）。因此，在臨床前評價階段，有必要建立一個合理的體外釋放模型。建議根據鎳鈦記憶合金材料及其植入物的植入時間和植入部位，選擇合適的模擬儀器、試驗條件、試驗介質和鎳離子測試方法，建立植入物的鎳離子釋放模型。

4.1.2.3 鎳鈦形狀記憶合金植入物的形狀恢復能力評價方法

目前，針對不同的鎳鈦形狀記憶合金植入物，并無統一的標準方法加以規范，各生產企業自行制定的方法差異較大。因此，客觀上無法比較不同企業產品形狀記憶功能的優劣，也無法通過技術規范的統一，引導相關產品的優勝劣汰。建議根據植入物的植入位置選擇合適的體外測試環境、測試條件和合適的形狀恢復能力評價指標（如尺寸、力學強度、結構完整性、釋放性能等）及其測試方法，建立形狀恢復能力評價方法。

4.2 鎳鈦合金材料及植入物國內外標準的對比分析

4.2.1 國內外標準的比較

通過對標準的內容進行研讀，可以發現相當一部分國內標準均轉化自國際標準（詳見“4.1.1"節），現有國內標準大體上與國際標準處于同一水平，技術內容基本一致。但在個別領域，我國的標準化工作走在了世界前列，制定了國際上未有的標準。例如2017年發布的醫療器械行業標準《YY/T 2053-2017心血管植入物心臟封堵器》（目前正在將其轉化為ISO標準），有效國內外標準空白。這顯示隨著我國醫療器械產業在國際上所占比重越來越大，我國主導制定的標準也必將占有與其產值相適應的比率。

4.2.2 亟待完善的國內標準

通過對比國內外標準的技術內容，梳理出國外已經比較成熟的標準、國內尚未實現標準化的性能方法。這些領域需盡快開展標準化工作，縮小國內外差距。

4.2.2.1 醫用鎳鈦合金電偶腐蝕性能評價方法

目前，國內主要采用YY/T 0695-2008《小型植入器械腐蝕敏感性的循環動電位極化標準測試方法》來測試鎳鈦合金材料的小型植入物的局部腐蝕敏感性的腐蝕電位。然而，這種方法無法反映不同金屬材料間發生的電化學腐蝕（電偶腐蝕）。建議參考ASTM G71《Standard Guide for Conducting and Evaluating Galvanic Corrosion Tests in Electrolytes》所列的恒電位法，建立醫用鎳鈦合金電偶腐蝕性能評價方法。

4.2.2.2 醫用鎳鈦形狀記憶合金相轉變溫度測試方法

目前，國內主要采用《YY/T 0641-2008熱分析法測量NiTi合金相變溫度的標準方法》測試鎳鈦合金材料的相轉變溫度。但是，由于該方法中要求試驗樣品在進行試驗前要在800℃下進行退火處理，對鎳鈦合金而言，這樣的處理可能會改變材料的相轉變溫度。建議參考《ASTM F2082-2016通過彎曲和自由回復試驗測定鎳鈦形狀記憶合金相轉變溫度》，建立醫用鎳鈦合金相轉變溫度測試方法。

5 結語

本文系統總結了鎳鈦形狀記憶合金材料和植入物領域的國內外標準現狀。通過對比相關產品審批要求及已有標準，梳理出審批中有要求但目前尚無標準可依據的性能方法。同時，通過對國內外標準內容的研讀，分析出亟待完善的國內標準。經比較分析，目前，我國在鎳鈦合金材料及植入物領域，應重點在鎳鈦形狀記憶合金封堵器脈動疲勞性能評價方法、醫用鎳鈦形狀記憶合金體外鎳離子釋放模型、鎳鈦形狀記憶合金形狀恢復能力評價方法等方面盡快開展標準化研究，積極縮小國內外標準差距，進一步完善鎳鈦合金材料和植入物的安全性和有效性標準評價體系，為企業的質量控制提供依據，為監管部門的技術審評提供指南，更好地保障人民群眾的用械安全。

鎳鈦合金各項參數：

1.應用領域：用于超彈性記憶合金手機天線，釣魚鉤、釣魚竿、兒童玩具天線、光學眼鏡架、藍牙耳機、耳掛、等。隨著時代的發展開始逐步用在女士身衣托圈，被做為科學研究材料，頻繁出現在各類理工院校材料實驗室。

2.產品特性：具有力學性能及耐腐蝕性能，具有定的記憶功能，能在相變溫度，恢復記憶形狀。

3.產品分類：溫度記憶和彈性記憶兩種

規格：

標準：Q/XB1516 Q/XB1520

牌號：TiNi－01 相變溫度：20℃－40℃

TiNi－02相變溫度：45℃－65℃

TiNi－SS相變溫度：5℃－15℃

TiNi－03相變溫度：<5℃

TiNi－YY 相變溫度：33℃±3℃

TiNiCU相變溫度：As－Ms≤5℃

TiNiNb 相變溫度：As－Ms<150℃

鎳鈦合金記憶的物理性能：抗拉強度：850 MPa 屈服強度：195～690 MPa

延伸率：25～50 %

鎳鈦合金化學成分：Ni:55.4% --56.2% C≤0.07 H≤0.005 O≤0.050 N:≤ 0.05

執行標準：ASTM—2063—01 ASTM F2063-2000 形狀記憶合金加工材

所謂的記憶金屬是指一系列具有“記憶"的金屬及合金。這種的記憶金屬形變以后，在定的外在作用下，如高壓，高溫，低溫，通電等特殊條件下，可恢形變以前的狀態復到它。記憶金屬的應用極廣，它所有的性質便是隨溫度變化而變化。從微觀角度說，記憶金屬的原子（金屬由原子夠成，不是離子或分子構成）在空間結構上具有*的構形，在外力改變其宏觀形態后，又在定條件下，可能其空間結構會回復。

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