镍镀层钕铁硼磁环体内抗腐蚀性能研究

吝 怡，樊 茜，常凯曦，徐庶钦，吉 琳，牟星宜，朱森林，吴玉伟，李益行，马 锋，吕 毅1，，严小鹏1，*

（1.西安交通大学第一附属医院肝胆外科，西安710061；2.西安交通大学第一附属医院精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，西安710061；3.西安交通大学启德书院，西安710061；4.西安交通大学宗濂书院，西安710061）

0 引言

磁吻合（magnamosis）是利用特殊加工的磁体所产生的非接触性磁场力来完成空腔脏器（包括血管、消化道、泌尿道）吻合重建的新技术。因其独特的吻合模式及良好的吻合效果，磁吻合又被誉为“智慧吻合”。其研究最早由日本学者Obora 等[1]于1978 年开展并利用磁环成功完成了犬血管端端吻合，大大缩短了吻合时间，显现出巨大优势。之后，磁吻合的研究广泛开展，现已被用于胃肠吻合[2-3]、结肠吻合[4]、胃造瘘[5]、直肠阴道瘘闭合修补[6-7]、血管吻合[8]、气管食管瘘模型制备[9-10]、胆道狭窄再通[11]、先天性肛门闭锁再通[12]等。磁吻合的独特之处在于其吻合模式，磁吻合时磁体间的受压榨组织发生缺血—坏死—脱落的病理变化，而压榨旁组织则发生粘连—修复—愈合的病理过程[13]。磁吻合时随着磁体之间受压组织缺血坏死，压榨力随磁体间距离减小而增大，且磁吻合时受压组织承受的是一个平面的压力，这不同于手工缝线吻合或机械钉式吻合时组织承受的纵向牵拉力，该特点赋予了磁吻合能够在组织炎症水肿状态下仍实现一期吻合，这在急性胆道损伤一期吻合实验中已获成功[14]。尽管磁吻合具有诸多优势，但磁吻合过程中组织愈合的动态变化过程、吻合口组织张力变化等基础研究尚不深入，仍需要大量的动物实验来探索。

钕铁硼磁体具有很高的磁能积，磁力学性能优良[15]，且价格适中，是加工磁吻合装置的首选材料。耐腐蚀能力差是钕铁硼磁体的缺点，因此在使用时必须经过表面改性处理。钕铁硼磁体表面改性方法多样，最常见的是电镀镍，此外还有氮化钛镀层、类金刚石镀层等[16]。电镀镍工艺成熟、设备简单、成本低，是最常用的表面改性方法，日常生活和一般工业用途的钕铁硼磁体均采用该方案。而氮化钛镀层等其他方法工艺复杂、成本高、开展此业务的厂家也较少，获取较难。在既往的磁吻合基础研究中，研究者所采用的表面镀层方案多种多样，缺乏统一标准[17]，加之人体复杂的理化环境下，满足工业需求的钕铁硼磁体改性方案是否也能满足磁吻合医学实验要求，关于此方面的研究目前较少。前期本课题组探讨了不同镀层方案的钕铁硼磁体体外抗胃液、胆汁腐蚀的能力[18-19]，但离体环境与在体环境的差异性仍较大。目前尚未见钕铁硼磁体在体留置的抗腐蚀性能的研究报道。本实验重点从兔胃肠磁吻合术后不同时间点质量丢失以及镍镀层钕铁硼磁环抗胃液、肠液腐蚀方面进行分析，以期为钕铁硼磁体完成胃肠道磁吻合时的表面改性需求提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料

N45 烧结钕铁硼磁环（购于陕西金山电气有限责任公司），表面电镀镍，磁环包括母磁环和子磁环两部分。母磁环为外径10 mm、内径4 mm、高4.6 mm的带沉孔的圆环状磁体，子磁环为外径10 mm、内径4 mm、高2.7 mm 的带沉孔的圆环状磁体。母磁环质量（2.022±0.047）g，子磁环质量（1.244±0.006）g。母磁环表面场强（245.15±1.955）Gs（1 Gs=10-4T），子磁环表面场强（262.45±4.76）Gs。

新西兰兔（3～4 月龄）50 只，雌雄不限，体质量2.0～3.0 kg，购自西安交通大学实验动物中心。本实验经西安交通大学生物医学伦理委员会审批通过（批准号：XJTULAC2019-1001），整个实验过程符合实验动物伦理学要求。

1.2 实验方法

子、母磁环各50 个，清洗干净并干燥后称重、测量磁感应强度。磁环质量用微量电子秤称量3次，取平均值；吸合面的磁感应强度测量时分别取0点、3 点、6 点、9 点4 个点测量，每个点测量3 次，取平均值。

实验动物术前禁饮食12 h。3%戊巴比妥钠（1 ml/kg）耳缘静脉注射麻醉。麻醉满意后仰卧位固定，常规术野准备，上腹部正中切口长约6 cm。探查腹腔无明显异常后在胃体做小切口（长约5 mm），经此切口置入子磁环，并推送子磁环至空肠，经胃体切口置入母磁环，推送母磁环，使子、母磁环在空肠对系膜缘相吸，关闭胃造瘘口，检查腹腔无出血后关腹。麻醉苏醒后单笼喂养，自由食水。术后3 d 每间隔12 h 给予肌注头孢唑林钠抗感染，术后48 h 每12 h肌注一次盐酸哌替啶镇痛治疗。

分别于术后3、6、9、12、15 d 取出磁环，每个时间点处死10 只实验兔，获取子、母磁环各10 个。流动水下软毛刷清洗磁环，烘干后观察表面腐蚀情况；每个磁环称重3 次，取平均值；磁感应强度仍然按照术前测量方案执行，对于裂解超过1/4 的磁环不测量磁感应强度。

1.3 统计学分析

磁环质量及磁感应强度以均数±标准差表示，磁环质量丢失率以百分数形式表达。应用SPSS 19.0 软件对数据进行统计分析，P＜0.05 为差异有统计学意义。磁环表面腐蚀观察采用描述性方法。

2 结果

2.1 磁环置入前后大体观

置入前磁环表面光滑平整，呈银白色光泽。3 d后磁环表面光泽开始变暗，随着留置时间的延长，磁环表面出现大小不等的腐蚀斑，磁环表面的镍涂层部分缺失。留置12 d 后，部分磁环出现裂解，时间越长，裂解程度越重。不同时间点磁环的外观如图1所示。

图1 不同时间点磁环的外观（上方为子磁环，下方为母磁环）

2.2 磁环置入前后质量变化情况

称量子、母磁环置入前及置入后不同时间点的质量。分别绘制子、母磁环质量变化曲线，如图2、3所示。子、母磁环不同时间的质量丢失率见表1、2。

图2 子磁环的质量变化曲线（n=10）

图3 母磁环的质量变化曲线（n=10）

2.3 磁环置入前后磁感应强度变化情况

利用高斯计对磁环吸合面采用四点测量法测量磁感应强度，以4 个测量点数值的均值作为该磁环

注：磁吻合术后12、15 d 取出磁环，磁环裂解，整体结构破坏

表2 母磁环术后不同时间质量丢失情况（n=10）

表1 子磁环不同时间点质量丢失情况（n=10）的磁感应强度。子、母磁环磁感应强度变化情况如图4、5 所示。子、母磁环磁感应强度在第6 天时开始有较大幅度下降。此后，随着磁环腐蚀程度的加重，磁感应强度呈下降趋势。子磁环在留置12 d 时，磁环严重腐蚀崩解，结构破坏，无法测量有效的磁感应强度。

图4 子磁环磁感应强度变化曲线（n=10）

图5 母磁环磁感应强度变化曲线（n=10）

3 讨论

持续有效的磁性压榨力的维持是实现磁吻合的基本条件，而磁性压榨力的维持依赖于磁体结构的完整性。钕铁硼磁体具有优良的磁力学性能，是磁外科研究中首选的磁性材料，但其缺点在于抗腐蚀性能差。人体胃肠道内环境复杂，胃内呈酸性环境、肠道内呈弱碱性，同时还有多种电解质离子及消化酶，复杂的磁体外环境对磁性材料的表面改性提出更高的要求。磁吻合技术在临床上尚处于试用阶段，目前还没有被正式批准上市的磁吻合装置，因此各研究单位对磁体的表面改性方案尚未形成共识和统一的行业标准。这也成为磁吻合技术临床试用阶段潜在的风险隐患。

前期本课题组进行了不同表面改性的钕铁硼磁体抗胆汁、胃液腐蚀的体外性能研究，发现随着磁体浸泡时间的延长，腐蚀逐渐加重，在9～15 d 时磁体质量下降明显[18-19]。但由于体外环境和在体环境仍存在较大差异性，为此本研究以兔为动物模型，研究了在体环境下镍镀层钕铁硼磁体抗胃液、肠液腐蚀的性能。研究结果显示，镍镀层钕铁硼磁环抗肠液腐蚀的能力很差，在置入12 d 后，绝大多数子磁环出现崩解，不能维持原来的环状结构。磁感应强度也随在体时间的延长逐渐衰减。说明磁环在置入12 d 后，因严重腐蚀，难以维持磁环原本的结构，因此亦不能维持足够的磁性压榨力。实验显示，母磁环在15 d 后能保持基本的环状结构，但表面已被严重腐蚀，磁感应强度也明显下降，与子磁环相比，母磁环耐胃液腐蚀的能力稍强于肠液，这可能与肠道内更复杂的离子环境有关，也可能与母磁环的尺寸有关，本实验中母磁环的厚度比子磁环略大。

本研究认为在使用钕铁硼磁体进行胃肠道吻合时，需预估吻合时间，若吻合建立时间较长，应使用镍-氮化钛复合镀层、派瑞林镀层、环氧树脂等防腐性能更佳的表面改性方案。虽然目前也有相关研究显示镍镀层钕铁硼磁环可成功用于胃肠道吻合[5]，但由于镍镀层磁体在腐蚀过程中会有较多镍离子析出，大量镍离子析出后是否会对机体造成危害目前尚不明确。因此，本研究建议镍镀层磁体可用于动物实验研究，不建议在临床中使用。