Il-kombinazzjoni tal-quċċata tax-xjenza tal-materjali u l-inġinerija tal-wiċċ, li tifforma qafas kirurġiku li ma jċedi qatt.

Tħabbir tar-Riżultati

Aħna integrajna b'suċċess ix-xjenza tal-materjali tat-tqattigħ-tarf mat-teknoloġija tat-trattament tal-wiċċ, u nediet is-serje "Diamond Bone" ta 'tubi riġidi slotted ta' l-istainless steel ta 'tensjoni għolja mediċi-. Dan il-prodott huwa magħmul minn azzar li ma jissaddadx ta 'grad metallurġiku speċjali 304V/316L u jadotta l-proċess ta' tisħiħ sinerġiku ta '"deformazzjoni - trasformazzjoni tal-fażi" privattiva, li żżid is-saħħa tal-produzzjoni tal-materjal għal aktar minn 1300 MPa filwaqt li żżomm rata ta' elongazzjoni ta '15%. Flimkien ma 'trattament tal-wiċċ kompost ta' nano-livell, il-koeffiċjent tal-frizzjoni jitnaqqas b'60%, u l-bijokompatibilità tilħaq l-ogħla klassifikazzjoni. Jipprovdi soluzzjoni materjali aħħarija għal apparati ta' grad ta' impjant-li jeħtieġ li joperaw f'ambjenti mekkaniċi u kimiċi ħorox għal żmien twil.

Sfidi ta' Sfond ta' Riċerka u Żvilupp

It-tubi ta 'ġewwa riġidi ta' apparati mediċi high-aħħar ilhom ilhom ristretti mill-"effett tal-limitu" tal-proprjetajiet materjali. L-istainless steel mediku konvenzjonali (bħal 316L) jipprovdi bijokompatibilità eċċellenti u reżistenza għall-korrużjoni, iżda s-saħħa tiegħu (tipikament is-saħħa tal-produzzjoni hija ta 'madwar 690 MPa) mhix biżżejjed biex tissodisfa r-rekwiżiti estremi għall-forza tal-injezzjoni u r-reżistenza għall-liwi imposta mill-apparati tqal u minjaturizzati dejjem aktar sofistikati. Sempliċement iż-żieda tal-ħxuna tal-ħajt tirriżulta f'apparat ineffiċjenti u kavità interna dejqa, u xorta ma tistax issolvi r-riskju ta 'falliment fraġli taħt konċentrazzjoni ta' stress. Barra minn hekk, uċuħ mhux maħduma jew ittrattati b'mod mhux xieraq mhumiex biss l-oriġini ta 'xquq ta' għeja, iżda l-koeffiċjent ta 'frizzjoni għoli tagħhom ifixkel ukoll il-mogħdija bla xkiel tal-apparat minn ġot-tessuti u jistgħu jikkawżaw ħsara fit-tessuti jew riskji ta' trombożi bla bżonn. Il-materjali saru l-konġestjoni tal-qalba li jirrestrinġu l-avvanz tal-prestazzjoni ta 'tubi ta' ġewwa riġidi.

Innovazzjoni Teknoloġika ewlenija

• Proċess ta' mikroliga u tkessiħ ikkontrollat ​​(TMCP):Żviluppati b'mod konġunt ma 'l-aqwa intrapriżi ta' l-azzar, fuq il-bażi ta 'l-istainless steel 316L, żid b'mod preċiż traċċi ta' vanadju (V), nijobju (Nb), eċċ bħala elementi li jiffurmaw karbur-. Permezz tat-"deformazzjoni-trasformazzjoni tal-fażi indotta" innovattiva u t-teknoloġija tal-irrumblar u t-tkessiħ ikkontrollata, tinkiseb struttura komposta b'matriċi ta' austenite qamħa ultrafine- u distribuzzjoni mxerrda tan-nitrur tal-karbonju fuq skala nano-fi ħdan il-materjal. Din l-istruttura se tirfina d-daqs tal-qamħ tal-materjal għal taħt iż-2 mikrometri, u d-daqs tal-fażi nano preċipitata hija inqas minn 50 nanometru. Permezz tal-effett sinerġistiku tat-tisħiħ tal-qamħ fin u t-tisħiħ tal-preċipitazzjoni, is-saħħa tal-materjal hija mbuttata sal-limitu mingħajr ma tagħmel ħsara lill-ebusija u r-reżistenza għall-korrużjoni.
• Trattament bil-kesħa profonda u proċess ta' tixjiħ f'diversi-stadji:Wara slotting preċiż, daħħal stadju ta 'trattament kiesaħ fil-fond ta' -196 grad biex tippromwovi t-trasformazzjoni ta 'austenite residwu għal martensite, issaħħaħ aktar il-matriċi, u tirrilaxxa l-istress tal-ipproċessar. Imbagħad, wettaq trattament ta 'tixjiħ preċiż f'diversi stadji billi tirregola l-kompożizzjoni, id-daqs u d-distribuzzjoni tal-fażijiet preċipitati, u tikseb "irfinar-fin" tas-saħħa tal-materjal, modulu elastiku u limitu ta' għeja. Dan il-proċess jippermetti li l-pajp jikseb saħħa statika ultra-għolja filwaqt li jżid il-ħajja tal-għeja tiegħu taħt tagħbija ċiklika b'200%.
• Teknoloġija ta' kisi funzjonali ta' gradjent b'ħafna-saffi:Żviluppa sistema ta' trattament tal-wiċċ ta' tliet-livelli ta' "passivazzjoni-doping-frizzjoni ultrabaxxa". L-ewwel, wettaq passivazzjoni elettrokimika biex tifforma saff ta 'ossidu stabbli, dens u tal-kromju-rikk, li jistabbilixxi l-pedament għar-reżistenza għall-korrużjoni; imbagħad, uża t-teknoloġija tal-impjantazzjoni tal-jone tal-immersjoni fil-plażma biex tqassam nitroġenu u elementi tal-karbonju fl-għexieren ta 'nanometri fond tas-saff tal-wiċċ, li jiffurmaw struttura amorfu bħal djamant-, u żżid l-ebusija tal-wiċċ għal fuq HV 1200; fl-aħħarnett, itlaqqam xkupilji tal-polimeru super-idrofiliċi/super-lubrikanti, li jiffurmaw saff lubrikanti idratat stabbli fl-ambjent tal-fluwidu tal-ġisem, inaqqas il-koeffiċjent ta 'frizzjoni niexfa għal taħt 0.05 u l-koeffiċjent ta' frizzjoni mxarrba għal taħt 0.01.

Mekkaniżmu ta' Azzjoni

Il-prestazzjoni eċċellenti ta 'dan il-prodott ġejja mill-innovazzjoni materjali komprensiva mill-fażi tal-massa sas-saff tal-wiċċ. Fil-livell tal-fażi tal-massa, kristalli ultrafini u fażijiet nano preċipitati ffurmaw qafas ta 'mikrostruttura b'saħħtu u uniformi, li jfixklu b'mod sinifikanti l-moviment ta' dislokazzjoni, li jippermettu lill-materjal iżomm deformazzjoni elastika meta jkun soġġett għal tagħbijiet estremament għoljin, u jdewwem l-okkorrenza ta 'rendiment u ksur tal-plastik. Fil-livell mesoskopiku, il-mikrostruttura wara trattament speċjali tas-sħana għandha effett Bauschinger aktar baxx, li jfisser li l-attenwazzjoni tas-saħħa tagħha hija iżgħar meta tkun soġġetta għal tagħbijiet ta 'tensjoni u kompressjoni ripetuti, u r-reżistenza għall-għeja tagħha hija eċċellenti. Fil-livell tal-interface tal-wiċċ, il-kisja funzjonali tal-gradjent bniet sistema protettiva "flessibbli u riġida": is-saff ta 'ġewwa tas-saff imwebbes jirreżisti grif u xedd, is-saff tan-nofs tas-saff tat-twaħħil jiżgura l-adeżjoni tal-kisi, u s-saff estern tas-saff lubrikanti ultra- jimminimizza l-istat mekkaniku, interlocking bijoloġiku u ideali ta' adeżjoni bijoloġika. iżda mhux twaħħal," li tipproteġi kemm l-istrument kif ukoll it-tessut.

Verifika tal-Effikaċja

Ir-riżultati tal-ittestjar tal-materjal huma notevoli: Fit-test tat-tensjoni, is-saħħa tar-rendiment baqgħet stabbli fil-medda ta '1300-1400 MPa, is-saħħa tat-tensjoni qabżet l-1500 MPa, ir-rata ta' titwil uniformi kienet aħjar minn 15%, u s-saħħa -to-plasticity product (il-prodott tal-ogħla livell tal-industrija) laħqet il-livell tal-prodott tal-qawwa u l-plastik. It-test tal-għeja tal-liwi rotazzjonali wera li l-limitu tal-għeja tiegħu wara 10 ^ 7 ċikli kien għoli daqs 550 MPa, li kien 2.5 darbiet dak ta 'materjali konvenzjonali. It-test tal-polarizzazzjoni elettrokimiku f'fluwidu tal-ġisem simulat (PBS, 37 grad) indika li l-potenzjal ta 'pitting tiegħu qabeż l-1000 mV, id-densità tal-kurrent tal-korrużjoni kienet baxxa daqs 10^-8 A/cm², u r-reżistenza għall-korrużjoni kienet eċċellenti. L-esperiment tal-impjantazzjoni tal-annimali (6 xhur) wera li r-rispons infjammatorju tat-tessuti tal-madwar kien ħafif, il-kapsula fibruża kienet rqiqa u uniformi, u ma kien hemm l-ebda sinjali ta 'rilaxx ta' prodott ta 'korrużjoni. Fl-ittestjar tal-prototip kliniku, it-tubu t'isfel magħmul minn dan il-materjal wettaq tajjeb fil-gwida tat-tħaffir tal-għadam, u l-ebda debris tal-ilbies ma ġie prodott anki fl-ogħla veloċità rotazzjonali u pressjoni tal-għalf, u r-reżistenza biex tirtira mill-għadam tnaqqset b'70%.

Riċerka u Żvilupp Strateġija u Filosofija

Aħna nemmnu bis-sħiħ li "il-materjali huma l-ġeni tal-apparati." L-istrateġija tar-riċerka u l-iżvilupp tagħna hija "innovazzjoni materjali tal-katina sħiħa-mill-atomi għall-apparat." Aħna m'aħniex sodisfatti bl-ipproċessar sempliċi ta ' gradi materjali standard; minflok, aħna nipparteċipaw profondament fil-proċess kollu tad-disinn tal-materjal, it-tidwib, l-ipproċessar u t-trattament. Aħna nikkollaboraw mal-aqwa istituzzjonijiet tar-riċerka fil-metallurġija, il-kimika fiżika tal-wiċċ, u t-triboloġija biex nifhmu u nikkontrollaw l-imġiba tal-materjali fuq skala mikro-nano. Il-filosofija tagħna hija: għal kull sfida klinika speċifika, tippersonalizza l-iktar "ġeni materjali" adattati. Dan jeħtieġ li aħna mhux biss inkunu profiċjenti fil-proċessi tal-manifattura iżda wkoll li nsiru prattikanti u innovaturi fix-xjenza tal-materjal, u niżguraw li l-prodotti tagħna jkunu ppreparati għal prestazzjoni aħħarija fil-livell molekulari.

Perspettivi futuri

Inħarsu lejn il-futur, qed nimxu minn "-materjali ta' prestazzjoni għolja" għal "materjali attivi intelliġenti." Aħna impenjati li niżviluppaw materjali komposti b'kapaċitajiet ta' self-sensing, bħall-inkorporazzjoni ta' sensuri tal-fibra ottika distribwita fil-matriċi tal-metall, li jagħmlu l-pajp innifsu trasportatur intelliġenti biex iħossu l-istress u t-temperatura. Fl-istess ħin, qed niżviluppaw uċuħ bijoattivi billi tagħbija joni antibatteriċi (bħal fidda, żingu) jew nippromwovu fatturi ta 'formazzjoni tal-għadam (bħal BMP-2), sabiex il-pajp ta' ġewwa riġidu jkun jista 'jipparteċipa b'mod attiv fi proċessi ta' kontra l-infezzjoni jew ta 'fejqan tat-tessuti filwaqt li jwettaq il-missjoni ta' appoġġ mekkaniku tiegħu. B'mod aktar prospettiv, qed nirriċerkaw strutturi intelliġenti ta '"stampar 4D" ibbażati fuq ligi tal-memorja tal-forma jew materjali elettrostrittivi, bil-għan li joħolqu l-ġenerazzjoni li jmiss ta' xaftijiet kirurġiċi intelliġenti li jistgħu jaġġustaw b'mod awtonomu ebusija jew forma lokali matul passi kirurġiċi ewlenin skont programmi ssettjati minn qabel jew stimuli esterni (bħal temperatura tal-ġisem, kamp elettriku).