鎳鍍層釹鐵硼磁環(huán)體內抗腐蝕性能研究

吝 怡，樊 茜，常凱曦，徐庶欽，吉 琳，牟星宜，朱森林，吳玉偉，李益行，馬 鋒，呂 毅1，，嚴小鵬1，*

（1.西安交通大學第一附屬醫(yī)院肝膽外科，西安710061；2.西安交通大學第一附屬醫(yī)院精準外科與再生醫(yī)學國家地方聯(lián)合工程研究中心，西安710061；3.西安交通大學啟德書院，西安710061；4.西安交通大學宗濂書院，西安710061）

0 引言

磁吻合（magnamosis）是利用特殊加工的磁體所產生的非接觸性磁場力來完成空腔臟器（包括血管、消化道、泌尿道）吻合重建的新技術。因其獨特的吻合模式及良好的吻合效果，磁吻合又被譽為“智慧吻合”。其研究最早由日本學者Obora 等[1]于1978 年開展并利用磁環(huán)成功完成了犬血管端端吻合，大大縮短了吻合時間，顯現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。之后，磁吻合的研究廣泛開展，現(xiàn)已被用于胃腸吻合[2-3]、結腸吻合[4]、胃造瘺[5]、直腸陰道瘺閉合修補[6-7]、血管吻合[8]、氣管食管瘺模型制備[9-10]、膽道狹窄再通[11]、先天性肛門閉鎖再通[12]等。磁吻合的獨特之處在于其吻合模式，磁吻合時磁體間的受壓榨組織發(fā)生缺血—壞死—脫落的病理變化，而壓榨旁組織則發(fā)生粘連—修復—愈合的病理過程[13]。磁吻合時隨著磁體之間受壓組織缺血壞死，壓榨力隨磁體間距離減小而增大，且磁吻合時受壓組織承受的是一個平面的壓力，這不同于手工縫線吻合或機械釘式吻合時組織承受的縱向牽拉力，該特點賦予了磁吻合能夠在組織炎癥水腫狀態(tài)下仍實現(xiàn)一期吻合，這在急性膽道損傷一期吻合實驗中已獲成功[14]。盡管磁吻合具有諸多優(yōu)勢，但磁吻合過程中組織愈合的動態(tài)變化過程、吻合口組織張力變化等基礎研究尚不深入，仍需要大量的動物實驗來探索。

釹鐵硼磁體具有很高的磁能積，磁力學性能優(yōu)良[15]，且價格適中，是加工磁吻合裝置的首選材料。耐腐蝕能力差是釹鐵硼磁體的缺點，因此在使用時必須經過表面改性處理。釹鐵硼磁體表面改性方法多樣，最常見的是電鍍鎳，此外還有氮化鈦鍍層、類金剛石鍍層等[16]。電鍍鎳工藝成熟、設備簡單、成本低，是最常用的表面改性方法，日常生活和一般工業(yè)用途的釹鐵硼磁體均采用該方案。而氮化鈦鍍層等其他方法工藝復雜、成本高、開展此業(yè)務的廠家也較少，獲取較難。在既往的磁吻合基礎研究中，研究者所采用的表面鍍層方案多種多樣，缺乏統(tǒng)一標準[17]，加之人體復雜的理化環(huán)境下，滿足工業(yè)需求的釹鐵硼磁體改性方案是否也能滿足磁吻合醫(yī)學實驗要求，關于此方面的研究目前較少。前期本課題組探討了不同鍍層方案的釹鐵硼磁體體外抗胃液、膽汁腐蝕的能力[18-19]，但離體環(huán)境與在體環(huán)境的差異性仍較大。目前尚未見釹鐵硼磁體在體留置的抗腐蝕性能的研究報道。本實驗重點從兔胃腸磁吻合術后不同時間點質量丟失以及鎳鍍層釹鐵硼磁環(huán)抗胃液、腸液腐蝕方面進行分析，以期為釹鐵硼磁體完成胃腸道磁吻合時的表面改性需求提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

N45 燒結釹鐵硼磁環(huán)（購于陜西金山電氣有限責任公司），表面電鍍鎳，磁環(huán)包括母磁環(huán)和子磁環(huán)兩部分。母磁環(huán)為外徑10 mm、內徑4 mm、高4.6 mm的帶沉孔的圓環(huán)狀磁體，子磁環(huán)為外徑10 mm、內徑4 mm、高2.7 mm 的帶沉孔的圓環(huán)狀磁體。母磁環(huán)質量（2.022±0.047）g，子磁環(huán)質量（1.244±0.006）g。母磁環(huán)表面場強（245.15±1.955）Gs（1 Gs=10-4T），子磁環(huán)表面場強（262.45±4.76）Gs。

新西蘭兔（3～4 月齡）50 只，雌雄不限，體質量2.0～3.0 kg，購自西安交通大學實驗動物中心。本實驗經西安交通大學生物醫(yī)學倫理委員會審批通過（批準號：XJTULAC2019-1001），整個實驗過程符合實驗動物倫理學要求。

1.2 實驗方法

子、母磁環(huán)各50 個，清洗干凈并干燥后稱重、測量磁感應強度。磁環(huán)質量用微量電子秤稱量3次，取平均值；吸合面的磁感應強度測量時分別取0點、3 點、6 點、9 點4 個點測量，每個點測量3 次，取平均值。

實驗動物術前禁飲食12 h。3%戊巴比妥鈉（1 ml/kg）耳緣靜脈注射麻醉。麻醉滿意后仰臥位固定，常規(guī)術野準備，上腹部正中切口長約6 cm。探查腹腔無明顯異常后在胃體做小切口（長約5 mm），經此切口置入子磁環(huán)，并推送子磁環(huán)至空腸，經胃體切口置入母磁環(huán)，推送母磁環(huán)，使子、母磁環(huán)在空腸對系膜緣相吸，關閉胃造瘺口，檢查腹腔無出血后關腹。麻醉蘇醒后單籠喂養(yǎng)，自由食水。術后3 d 每間隔12 h 給予肌注頭孢唑林鈉抗感染，術后48 h 每12 h肌注一次鹽酸哌替啶鎮(zhèn)痛治療。

分別于術后3、6、9、12、15 d 取出磁環(huán)，每個時間點處死10 只實驗兔，獲取子、母磁環(huán)各10 個。流動水下軟毛刷清洗磁環(huán)，烘干后觀察表面腐蝕情況；每個磁環(huán)稱重3 次，取平均值；磁感應強度仍然按照術前測量方案執(zhí)行，對于裂解超過1/4 的磁環(huán)不測量磁感應強度。

1.3 統(tǒng)計學分析

磁環(huán)質量及磁感應強度以均數(shù)±標準差表示，磁環(huán)質量丟失率以百分數(shù)形式表達。應用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。磁環(huán)表面腐蝕觀察采用描述性方法。

2 結果

2.1 磁環(huán)置入前后大體觀

置入前磁環(huán)表面光滑平整，呈銀白色光澤。3 d后磁環(huán)表面光澤開始變暗，隨著留置時間的延長，磁環(huán)表面出現(xiàn)大小不等的腐蝕斑，磁環(huán)表面的鎳涂層部分缺失。留置12 d 后，部分磁環(huán)出現(xiàn)裂解，時間越長，裂解程度越重。不同時間點磁環(huán)的外觀如圖1所示。

圖1 不同時間點磁環(huán)的外觀（上方為子磁環(huán)，下方為母磁環(huán)）

2.2 磁環(huán)置入前后質量變化情況

稱量子、母磁環(huán)置入前及置入后不同時間點的質量。分別繪制子、母磁環(huán)質量變化曲線，如圖2、3所示。子、母磁環(huán)不同時間的質量丟失率見表1、2。

圖2 子磁環(huán)的質量變化曲線（n=10）

圖3 母磁環(huán)的質量變化曲線（n=10）

2.3 磁環(huán)置入前后磁感應強度變化情況

利用高斯計對磁環(huán)吸合面采用四點測量法測量磁感應強度，以4 個測量點數(shù)值的均值作為該磁環(huán)

注：磁吻合術后12、15 d 取出磁環(huán)，磁環(huán)裂解，整體結構破壞

表2 母磁環(huán)術后不同時間質量丟失情況（n=10）

表1 子磁環(huán)不同時間點質量丟失情況（n=10）的磁感應強度。子、母磁環(huán)磁感應強度變化情況如圖4、5 所示。子、母磁環(huán)磁感應強度在第6 天時開始有較大幅度下降。此后，隨著磁環(huán)腐蝕程度的加重，磁感應強度呈下降趨勢。子磁環(huán)在留置12 d 時，磁環(huán)嚴重腐蝕崩解，結構破壞，無法測量有效的磁感應強度。

圖4 子磁環(huán)磁感應強度變化曲線（n=10）

圖5 母磁環(huán)磁感應強度變化曲線（n=10）

3 討論

持續(xù)有效的磁性壓榨力的維持是實現(xiàn)磁吻合的基本條件，而磁性壓榨力的維持依賴于磁體結構的完整性。釹鐵硼磁體具有優(yōu)良的磁力學性能，是磁外科研究中首選的磁性材料，但其缺點在于抗腐蝕性能差。人體胃腸道內環(huán)境復雜，胃內呈酸性環(huán)境、腸道內呈弱堿性，同時還有多種電解質離子及消化酶，復雜的磁體外環(huán)境對磁性材料的表面改性提出更高的要求。磁吻合技術在臨床上尚處于試用階段，目前還沒有被正式批準上市的磁吻合裝置，因此各研究單位對磁體的表面改性方案尚未形成共識和統(tǒng)一的行業(yè)標準。這也成為磁吻合技術臨床試用階段潛在的風險隱患。

前期本課題組進行了不同表面改性的釹鐵硼磁體抗膽汁、胃液腐蝕的體外性能研究，發(fā)現(xiàn)隨著磁體浸泡時間的延長，腐蝕逐漸加重，在9～15 d 時磁體質量下降明顯[18-19]。但由于體外環(huán)境和在體環(huán)境仍存在較大差異性，為此本研究以兔為動物模型，研究了在體環(huán)境下鎳鍍層釹鐵硼磁體抗胃液、腸液腐蝕的性能。研究結果顯示，鎳鍍層釹鐵硼磁環(huán)抗腸液腐蝕的能力很差，在置入12 d 后，絕大多數(shù)子磁環(huán)出現(xiàn)崩解，不能維持原來的環(huán)狀結構。磁感應強度也隨在體時間的延長逐漸衰減。說明磁環(huán)在置入12 d 后，因嚴重腐蝕，難以維持磁環(huán)原本的結構，因此亦不能維持足夠的磁性壓榨力。實驗顯示，母磁環(huán)在15 d 后能保持基本的環(huán)狀結構，但表面已被嚴重腐蝕，磁感應強度也明顯下降，與子磁環(huán)相比，母磁環(huán)耐胃液腐蝕的能力稍強于腸液，這可能與腸道內更復雜的離子環(huán)境有關，也可能與母磁環(huán)的尺寸有關，本實驗中母磁環(huán)的厚度比子磁環(huán)略大。

本研究認為在使用釹鐵硼磁體進行胃腸道吻合時，需預估吻合時間，若吻合建立時間較長，應使用鎳-氮化鈦復合鍍層、派瑞林鍍層、環(huán)氧樹脂等防腐性能更佳的表面改性方案。雖然目前也有相關研究顯示鎳鍍層釹鐵硼磁環(huán)可成功用于胃腸道吻合[5]，但由于鎳鍍層磁體在腐蝕過程中會有較多鎳離子析出，大量鎳離子析出后是否會對機體造成危害目前尚不明確。因此，本研究建議鎳鍍層磁體可用于動物實驗研究，不建議在臨床中使用。