Vrhunska kombinacija znanosti o materialih in površinskega inženirstva, ki kuje nepopustljiv kirurški okvir, ki nikoli ne popusti.

Razglasitev rezultatov

Uspešno smo združili-najmodernejšo znanost o materialih s tehnologijo površinske obdelave in lansirali serijo »Diamond Bone« medicinskih visokonapetostnih togih cevi iz nerjavečega jekla z režami. Ta izdelek je izdelan iz posebnega metalurškega nerjavečega jekla 304V/316L in uporablja patentiran proces sinergijskega utrjevanja "deformacijska - fazna transformacija", ki poveča mejo tečenja materiala na več kot 1300 MPa, medtem ko ohranja stopnjo raztezka 15 %. V kombinaciji z nano-kompozitno površinsko obdelavo se koeficient trenja zmanjša za 60 %, biokompatibilnost pa doseže najvišjo oceno. Zagotavlja vrhunsko materialno rešitev za naprave-razreda implantatov, ki morajo dolgo časa delovati v težkih mehanskih in kemičnih okoljih.

Izzivi ozadja raziskav in razvoja

Toge notranje cevi-medicinskih naprav višjega cenovnega razreda so bile dolgo omejene zaradi "učinka stropa" lastnosti materiala. Konvencionalno medicinsko nerjavno jeklo (kot je 316L) zagotavlja odlično biokompatibilnost in odpornost proti koroziji, vendar njegova trdnost (običajna meja tečenja je približno 690 MPa) ni zadostna, da bi izpolnila ekstremne zahteve za silo vbrizgavanja in odpornost na upogibanje, ki jih nalagajo vse bolj sofisticirane težke in miniaturne naprave. Enostavno povečanje debeline stene bo povzročilo okorno napravo in ozko notranjo votlino, še vedno pa ne more rešiti tveganja krhke odpovedi zaradi koncentracije napetosti. Poleg tega hrapave ali neustrezno obdelane površine niso samo izvor razpok zaradi utrujenosti, temveč tudi njihov visok koeficient trenja ovira nemoten prehod naprave skozi tkiva in lahko povzroči nepotrebno poškodbo tkiva ali tveganje za trombozo. Materiali so postali osrednje ozko grlo, ki omejuje preboj zmogljivosti togih zračnic.

Temeljna tehnološka inovacija

• Postopek mikrolegiranja in kontroliranega valjanja in hlajenja (TMCP):Skupaj razvit z vrhunskimi jeklarskimi podjetji na osnovi nerjavečega jekla 316L, natančno dodajanje sledov vanadija (V), niobija (Nb) itd. kot elementov, ki tvorijo karbid-. Z inovativno »deformacijsko-inducirano fazno transformacijo« ter tehnologijo nadzorovanega valjanja in hlajenja je v materialu pridobljena kompozitna struktura z ultrafino-zrnato avstenitno matriko in nano-dispergirano porazdelitvijo ogljikovega nitrida. Ta struktura bo prečistila velikost zrn materiala na manj kot 2 mikrometra, velikost nano oborjene faze pa je manjša od 50 nanometrov. S sinergijskim učinkom finozrnatega utrjevanja in precipitacijskega utrjevanja je trdnost materiala potisnjena do meje brez škode za žilavost in odpornost proti koroziji.
• Globoka hladna obdelava in več-stopenjski proces staranja:Po natančnem rezanju uvedite -stopnjo hladne obdelave 196 stopinj globoko, da spodbudite pretvorbo preostalega avstenita v martenzit, dodatno okrepite matriko in sprostite stres pri obdelavi. Nato izvedite več-stopenjsko natančno obdelavo staranja z uravnavanjem sestave, velikosti in porazdelitve izločenih faz, s čimer dosežete »fino-uravnavanje« trdnosti materiala, modula elastičnosti in meje utrujenosti. Ta postopek omogoča, da cev doseže izjemno visoko statično trdnost, hkrati pa podaljša življenjsko dobo ob cikličnih obremenitvah za 200 %.
• Tehnologija več-plastnega gradientnega funkcionalnega premaza:Razvijte tristopenjski-sistem površinske obdelave za "pasivno-dopiranje-z ultra nizkim trenjem". Najprej izvedite elektrokemično pasivacijo, da oblikujete stabilno, gosto in s -kromom bogato oksidno plast, ki je osnova za odpornost proti koroziji; nato uporabite tehnologijo plazemske imerzijske ionske implantacije za gradient-distribucijo dušikovih in ogljikovih elementov v globino površinske plasti na desetine nanometrov, s čimer tvorite diamantu-podobno amorfno strukturo, s čimer povečate trdoto površine nad HV 1200; končno, cepite super-hidrofilne/super{9}}mazalne polimerne ščetke, ki tvorijo stabilno hidrirano mazalno plast v okolju telesne tekočine, zmanjšajo koeficient suhega trenja pod 0,05 in koeficient mokrega trenja pod 0,01.

Mehanizem delovanja

Izjemna zmogljivost tega izdelka izhaja iz celovite inovacije materialov od nasipne faze do površinske plasti. Na nivoju skupne faze so ultrafini kristali in nano oborjene faze oblikovali močno in enakomerno ogrodje mikrostrukture, ki znatno ovira gibanje dislokacij, omogoča materialu, da ohrani elastično deformacijo, ko je izpostavljen izjemno velikim obremenitvam, in odloži pojav plastičnega izkoristka in zloma. Na mezoskopski ravni ima mikrostruktura po posebni toplotni obdelavi nižji Bauschingerjev učinek, kar pomeni, da je njeno slabljenje trdnosti manjše pri ponavljajočih se nateznih in tlačnih obremenitvah, njena odpornost proti utrujenosti pa je odlična. Na ravni površinskega vmesnika je gradientna funkcionalna prevleka izdelala "fleksibilen in tog" zaščitni sistem: notranja plast utrjenega sloja je odporna na praske in obrabo, srednja plast veznega sloja zagotavlja oprijem prevleke, zunanja plast ultra-mazivnega sloja pa zmanjšuje mehansko prepletanje in oprijem z biološkimi tkivi, kar dosega idealno stanje "močno, a ne lepljivo", ki ščiti instrument in tkivo.

Preverjanje učinkovitosti

Rezultati preskušanja materiala so izjemni: pri nateznem preskusu je meja tečenja ostala stabilna v območju 1300-1400 MPa, natezna trdnost je presegla 1500 MPa, stopnja enakomernega raztezka je bila boljša od 15 %, produkt trdnosti-plastičnosti (zmnožek trdnosti in plastičnosti) pa je dosegel najvišjo raven v industriji. Preskus utrujenosti pri rotacijskem upogibanju je pokazal, da je njegova meja utrujenosti po 10^7 ciklih kar 550 MPa, kar je 2,5-krat več kot pri običajnih materialih. Preskus elektrokemične polarizacije v simulirani telesni tekočini (PBS, 37 stopinj) je pokazal, da je njen potencial pittinga presegel 1000 mV, gostota korozijskega toka je bila le 10^-8 A/cm², odpornost proti koroziji pa je bila odlična. Eksperiment implantacije živali (6 mesecev) je pokazal, da je bil vnetni odziv okoliških tkiv blag, vlaknasta kapsula je bila tanka in enakomerna in ni bilo znakov sproščanja produktov korozije. Pri preskušanju kliničnega prototipa se je spodnja cev, izdelana iz tega materiala, dobro obnesla v vodilu svedra za kost in tudi pri najvišji vrtilni hitrosti in podajalnem tlaku ni bilo nobenih ostankov obrabe, odpornost proti umiku iz kosti pa se je zmanjšala za 70 %.

Raziskovalna in razvojna strategija in filozofija

Trdno verjamemo, da so "materiali geni naprav." Naša raziskovalna in razvojna strategija je »celotna{1}}verižna materialna inovacija od atomov do naprav«. Ne zadovoljimo se zgolj z obdelavo standardnih razredov materiala; namesto tega globoko sodelujemo v celotnem procesu oblikovanja materiala, taljenja, predelave in obdelave. Sodelujemo z vrhunskimi raziskovalnimi ustanovami v metalurgiji, površinski fizikalni kemiji in tribologiji, da bi razumeli in nadzorovali obnašanje materialov na mikro-nano lestvici. Naša filozofija je: za vsak specifični klinični izziv prilagodite najprimernejše "materialne gene". To od nas zahteva, da ne le obvladamo proizvodne procese, ampak tudi da postanemo praktiki in inovatorji v znanosti o materialih, s čimer zagotovimo, da so naši izdelki pripravljeni za vrhunsko učinkovitost na molekularni ravni.

Obeti za prihodnost

Če pogledamo v prihodnost, se premikamo od »viso-zmogljivih materialov« k »inteligentnim aktivnim materialom«. Zavezani smo razvoju kompozitnih materialov z zmožnostmi samo-zaznavanja, kot je vdelava porazdeljenih senzorjev iz optičnih vlaken v kovinsko matriko, zaradi česar je cev sama inteligenten nosilec za zaznavanje napetosti in temperature. Hkrati razvijamo bioaktivne površine z nalaganjem protibakterijskih ionov (kot so srebro, cink) ali spodbujanjem faktorjev za tvorbo kosti (kot je BMP-2), tako da lahko toga notranja cev aktivno sodeluje pri protiinfekcijskih procesih ali procesih celjenja tkiva, medtem ko izpolnjuje svojo nalogo mehanske podpore. Bolj perspektivno, raziskujemo inteligentne strukture "4D tiskanja", ki temeljijo na zlitinah s spominom oblike ali elektrostrikcijskih materialih, s ciljem ustvariti naslednjo generacijo inteligentnih kirurških gredi, ki lahko avtonomno prilagajajo lokalno togost ali obliko med ključnimi kirurškimi koraki v skladu s prednastavljenimi programi ali zunanjimi dražljaji (kot so telesna temperatura, električno polje).