Špičková kombinácia vedy o materiáloch a povrchového inžinierstva, ktorá vytvára nepoddajný chirurgický rámec, ktorý sa nikdy nevzdáva.

Vyhlásenie výsledkov

Úspešne sme integrovali špičkovú-vedu o materiáloch s technológiou povrchovej úpravy, čím sme uviedli na trh sériu lekárskych-pevných rúrok z nehrdzavejúcej ocele s štrbinami s vysokým napätím. Tento produkt je vyrobený zo špeciálnej metalurgickej nehrdzavejúcej ocele 304V/316L a využíva patentovaný proces synergického spevňovania „deformačná - fázová transformácia“, ktorý zvyšuje medzu klzu materiálu na viac ako 1300 MPa pri zachovaní pomeru predĺženia 15 %. V kombinácii s nano{9}}kompozitnou povrchovou úpravou je koeficient trenia znížený o 60 % a biokompatibilita dosahuje najvyššie hodnotenie. Poskytuje dokonalé materiálové riešenie pre implantáty,{12}}ktoré musia dlhodobo fungovať v drsnom mechanickom a chemickom prostredí.

Výzvy na pozadí výskumu a vývoja

Pevné vnútorné rúrky špičkových{0} zdravotníckych pomôcok boli dlho obmedzené „stropným efektom“ vlastností materiálov. Konvenčná medicínska nehrdzavejúca oceľ (ako je 316L) poskytuje vynikajúcu biokompatibilitu a odolnosť proti korózii, ale jej pevnosť (zvyčajne medza klzu je približne 690 MPa) je nedostatočná na splnenie extrémnych požiadaviek na vstrekovaciu silu a odolnosť proti ohybu, ktoré vyžadujú čoraz sofistikovanejšie ťažké a miniaturizované zariadenia. Jednoduché zvýšenie hrúbky steny bude mať za následok ťažkopádne zariadenie a úzku vnútornú dutinu, a stále nemôže vyriešiť riziko krehkého zlyhania pri koncentrácii napätia. Navyše drsné alebo nesprávne ošetrené povrchy sú nielen pôvodcom únavových trhlín, ale ich vysoký koeficient trenia tiež bráni hladkému prechodu pomôcky cez tkanivá a môže spôsobiť zbytočné poškodenie tkaniva alebo riziko trombózy. Materiály sa stali hlavnou prekážkou, ktorá obmedzuje prielom výkonu pevných duší.

Základná technologická inovácia

• Proces mikrolegovania a riadeného valcovania a chladenia (TMCP):Spoločne vyvinuté so špičkovými oceliarskymi podnikmi na báze nehrdzavejúcej ocele 316L presne pridávajú stopové množstvá vanádu (V), nióbu (Nb) atď. ako prvky tvoriace karbid-. Prostredníctvom inovatívnej „deformácie-indukovanej fázovej transformácie“ a technológie riadeného valcovania a chladenia sa v materiáli získa kompozitná štruktúra s ultrajemno{5}}zrnitou austenitovou matricou a nano-rozptylovaním nitridu uhlíka. Táto štruktúra zjemní veľkosť zŕn materiálu pod 2 mikrometre a veľkosť nano precipitovanej fázy je menšia ako 50 nanometrov. Prostredníctvom synergického efektu spevnenia jemného zrna a precipitačného spevnenia je pevnosť materiálu posunutá na limit bez poškodenia húževnatosti a odolnosti proti korózii.
• Ošetrenie hlbokým chladom a viac{0}}fázový proces starnutia:Po presnom drážkovaní zaveďte -196-stupňovú hlbokú fázu spracovania za studena, aby ste podporili transformáciu zvyškového austenitu na martenzit, ďalej posilnili matricu a uvoľnili procesné napätie. Potom vykonajte viacstupňové precízne ošetrenie starnutia reguláciou zloženia, veľkosti a distribúcie vyzrážaných fáz, čím dosiahnete „jemné{5}}doladenie“ pevnosti materiálu, modulu pružnosti a limitu únavy. Tento proces umožňuje rúre dosiahnuť ultra vysokú statickú pevnosť a zároveň zvýšiť jej únavovú životnosť pri cyklickom zaťažení o 200 %.
• Viac{0}}vrstvová gradientná funkčná technológia povrchovej úpravy:Vyviňte trojúrovňový systém povrchovej úpravy „pasivačného-dopingového-ultra nízkeho trenia“-. Najprv vykonajte elektrochemickú pasiváciu, aby ste vytvorili stabilnú, hustú a na chróm -bohatú oxidovú vrstvu, ktorá položí základ pre odolnosť proti korózii; potom použite technológiu plazmovej imerznej implantácie na gradient{5}}distribúcie dusíkových a uhlíkových prvkov do hĺbky desiatok nanometrov povrchovej vrstvy, čím sa vytvorí diamantová-amorfná štruktúra, čím sa tvrdosť povrchu zvýši nad 1200 HV; nakoniec naštepte super{8}}hydrofilné/super{9}}mazacie polymérové ​​kefky, čím sa vytvorí stabilná hydratovaná lubrikačná vrstva v prostredí telových tekutín, čím sa zníži koeficient suchého trenia pod 0,05 a koeficient trenia za mokra pod 0,01.

Mechanizmus účinku

Vynikajúci výkon tohto produktu pramení z komplexnej inovácie materiálov od objemovej fázy až po povrchovú vrstvu. Na úrovni objemovej fázy vytvorili ultrajemné kryštály a nano-precipitované fázy silnú a jednotnú štruktúru mikroštruktúry, ktorá výrazne bráni pohybu dislokácie, čo umožňuje materiálu udržiavať elastickú deformáciu, keď je vystavený extrémne vysokému zaťaženiu, a oneskoruje výskyt plastickej prieťažnosti a lomu. Na mezoskopickej úrovni má mikroštruktúra po špeciálnom tepelnom spracovaní nižší Bauschingerov efekt, čo znamená, že jej pevnostný útlm je pri opakovanom zaťažení ťahom a tlakom menší a odolnosť proti únave je vynikajúca. Na úrovni povrchového rozhrania vytvoril gradientný funkčný povlak „flexibilný a tuhý“ ochranný systém: vnútorná vrstva tvrdenej vrstvy odoláva poškriabaniu a opotrebovaniu, stredná vrstva spojovacej vrstvy zaisťuje priľnavosť povlaku a vonkajšia vrstva ultra{3}}lubrikačnej vrstvy minimalizuje mechanické spojenie a priľnavosť k biologickým tkanivám, čím sa dosahuje ideálny stav „pevného, ​​ale nezlepovaného tkaniva“.

Overenie účinnosti

Výsledky testovania materiálu sú pozoruhodné: Pri skúške ťahom zostala medza klzu stabilná v rozsahu 1300-1400 MPa, pevnosť v ťahu presiahla 1500 MPa, rovnomerné predĺženie bolo lepšie ako 15 % a pevnosť-výrobku na plasticitu (produkt pevnosti a plasticity) dosiahol najvyššiu úroveň v priemysle. Skúška únavy pri rotačnom ohybe ukázala, že jej medza únavy po 10^7 cykloch bola až 550 MPa, čo bolo 2,5-krát viac ako pri konvenčných materiáloch. Test elektrochemickej polarizácie v simulovanej telesnej tekutine (PBS, 37 stupňov) ukázal, že jej potenciál prehĺbenia prekročil 1000 mV, hustota korózneho prúdu bola len 10^-8 A/cm² a odolnosť proti korózii bola vynikajúca. Experiment s implantáciou na zvieratách (6 mesiacov) ukázal, že zápalová reakcia okolitých tkanív bola mierna, vláknité puzdro bolo tenké a rovnomerné a neboli žiadne známky uvoľnenia produktu korózie. Pri klinickom testovaní prototypu spodná trubica vyrobená z tohto materiálu fungovala dobre vo vedení kostného vrtáka a nevznikali žiadne úlomky opotrebovania ani pri najvyššej rýchlosti otáčania a tlaku podávania a odpor pri vyťahovaní z kosti sa znížil o 70 %.

Stratégia výskumu a vývoja a filozofia

Pevne veríme, že „materiály sú gény zariadení“. Našou stratégiou výskumu a vývoja je „úplná{1}}inovácia materiálov od atómov po zariadenia“. Neuspokojujeme sa len so spracovaním štandardných materiálov; namiesto toho sa hlboko podieľame na celom procese materiálového dizajnu, tavenia, spracovania a spracovania. Spolupracujeme so špičkovými výskumnými inštitúciami v oblasti metalurgie, povrchovej fyzikálnej chémie a tribológie, aby sme pochopili a riadili správanie materiálov v mikro-nanoúrovni. Našou filozofiou je: pre každú špecifickú klinickú výzvu prispôsobiť najvhodnejšie „materiálové gény“. To si vyžaduje, aby sme boli nielen zdatní vo výrobných procesoch, ale aj aby sme sa stali odborníkmi a inovátormi v oblasti materiálovej vedy, čím sa zabezpečí, že naše produkty budú pripravené na maximálny výkon na molekulárnej úrovni.

Výhľad do budúcnosti

Pri pohľade do budúcnosti prechádzame od „vysoko{0}}výkonných materiálov“ k „inteligentným aktívnym materiálom“. Zaviazali sme sa vyvíjať kompozitné materiály so schopnosťami-samočinného snímania, ako je napríklad zabudovanie distribuovaných senzorov z optických vlákien do kovovej matrice, vďaka čomu je samotné potrubie inteligentným nosičom na snímanie napätia a teploty. Zároveň vyvíjame bioaktívne povrchy ukladaním antibakteriálnych iónov (ako je striebro, zinok) alebo podporovaním faktorov tvorby kostí (ako je BMP-2), aby sa tuhá vnútorná trubica mohla aktívne podieľať na protiinfekčných procesoch alebo procesoch hojenia tkanív a zároveň plniť svoje poslanie mechanickej podpory. Perspektívnejšie sa zaoberáme výskumom inteligentných štruktúr „4D tlače“ založených na zliatinách s tvarovou pamäťou alebo elektrostriktívnych materiáloch s cieľom vytvoriť ďalšiu generáciu inteligentných chirurgických hriadeľov, ktoré dokážu autonómne upravovať lokálnu tuhosť alebo tvar počas kľúčových chirurgických krokov podľa prednastavených programov alebo vonkajších stimulov (ako je telesná teplota, elektrické pole).