Высочайшее сочетание материаловедения и поверхностной инженерии, создающее непоколебимую хирургическую основу, которая никогда не сдается.

Объявление результатов

Мы успешно объединили-передовые технологии материаловедения с технологией обработки поверхности, выпустив серию жестких трубок из медицинской-нержавеющей стали с прорезями "Diamond Bone". Этот продукт изготовлен из специальной металлургической нержавеющей стали марки 304V/316L и использует запатентованный процесс синергетического упрочнения «деформация - фазовое превращение», который увеличивает предел текучести материала до более чем 1300 МПа при сохранении степени удлинения 15%. В сочетании с нано-обработкой поверхности композита коэффициент трения снижается на 60 %, а биосовместимость достигает высочайшего уровня. Он представляет собой идеальное материальное решение для устройств-класса имплантатов, которые должны работать в суровых механических и химических средах в течение длительного времени.

Основные проблемы исследований и разработок

Жесткие внутренние трубки-высокотехнологичных медицинских устройств уже давно ограничены "эффектом потолка" свойств материала. Обычная медицинская нержавеющая сталь (например, 316L) обеспечивает превосходную биосовместимость и коррозионную стойкость, но ее прочность (обычно предел текучести составляет около 690 МПа) недостаточна для удовлетворения экстремальных требований к силе впрыска и сопротивлению изгибу, предъявляемых все более сложными тяжелыми и миниатюрными устройствами. Простое увеличение толщины стенки приведет к созданию громоздкого устройства и узкой внутренней полости, но все равно не решит проблему хрупкого разрушения при концентрации напряжений. Более того, шероховатые или неправильно обработанные поверхности являются не только причиной усталостных трещин, но и их высокий коэффициент трения также препятствует плавному прохождению устройства через ткани и может вызвать ненужное повреждение тканей или риск тромбоза. Материалы стали основным узким местом, ограничивающим повышение производительности жестких внутренних трубок.

Основные технологические инновации

• Процесс микролегирования и контролируемой прокатки и охлаждения (TMCP):Разработанная совместно с ведущими сталелитейными предприятиями на основе нержавеющей стали 316L, с точным добавлением следовых количеств ванадия (V), ниобия (Nb) и т. д. в качестве карбидообразующих элементов. Благодаря инновационному «фазовому превращению, вызванному деформацией-», а также технологии контролируемой прокатки и охлаждения, в материале получается композитная структура с ультрамелкой -зернистой аустенитной матрицей и нано-дисперсным распределением нитрида углерода. Эта структура позволит уменьшить размер зерен материала до менее 2 микрометров, а размер наноосажденной фазы составит менее 50 нанометров. Благодаря синергетическому эффекту мелкозернистого упрочнения и дисперсионного упрочнения прочность материала доводится до предела без ущерба для ударной вязкости и коррозионной стойкости.
• Глубокая холодовая обработка и многоэтапный-процесс старения:После точной прорезки проведите -этап холодной обработки на глубину 196 градусов, чтобы способствовать преобразованию остаточного аустенита в мартенсит, дальнейшему упрочнению матрицы и снятию технологического напряжения. Затем выполните многоэтапную прецизионную обработку старением, регулируя состав, размер и распределение выделенных фаз, добиваясь «тонкой-настройки» прочности материала, модуля упругости и предела выносливости. Этот процесс позволяет трубе достичь сверхвысокой статической прочности, одновременно увеличивая ее усталостную долговечность при циклических нагрузках на 200%.
• Технология многослойного градиентного функционального покрытия:Разработайте трехуровневую-систему обработки поверхности с "пассивацией-легированием-сверхнизким трением". Сначала выполните электрохимическую пассивацию, чтобы сформировать стабильный, плотный и богатый хромом оксидный слой, закладывающий основу для коррозионной стойкости; затем используйте технологию плазменной иммерсионной ионной имплантации для градиентного-распределения элементов азота и углерода на глубину десятков нанометров поверхностного слоя, образуя алмазоподобную-аморфную структуру, увеличивая твердость поверхности выше HV 1200; наконец, привитые супер-гидрофильные/супер-смазочные полимерные щетки, образующие стабильный гидратированный смазочный слой в жидкой среде организма, снижающие коэффициент сухого трения до уровня ниже 0,05 и коэффициент мокрого трения до уровня ниже 0,01.

Механизм действия

Выдающиеся характеристики этого продукта обусловлены комплексными инновациями в материалах, начиная с объемной фазы и заканчивая поверхностным слоем. На уровне объемной фазы ультрамелкие кристаллы и нановыделенные фазы образуют прочный и однородный каркас микроструктуры, значительно препятствующий движению дислокаций, позволяя материалу сохранять упругую деформацию при воздействии чрезвычайно высоких нагрузок и задерживая возникновение пластической текучести и разрушения. На мезоскопическом уровне микроструктура после специальной термообработки имеет меньший эффект Баушингера, а это означает, что ослабление ее прочности меньше при воздействии повторяющихся нагрузок на растяжение и сжатие, а ее сопротивление усталости превосходно. На уровне поверхности раздела градиентное функциональное покрытие создало «гибкую и жесткую» защитную систему: внутренний слой затвердевшего слоя противостоит царапинам и износу, средний слой связующего слоя обеспечивает адгезию покрытия, а внешний слой ультра-смазочного слоя сводит к минимуму механическое сцепление и адгезию с биологическими тканями, достигая идеального состояния «прочного, но не липкого», которое защищает как инструмент, так и ткань.

Проверка эффективности

Результаты испытаний материала замечательны: при испытании на растяжение предел текучести оставался стабильным в диапазоне 1300-1400 МПа, предел прочности превышал 1500 МПа, коэффициент равномерного удлинения был лучше 15%, а продукт прочности-пластичности (произведение прочности и пластичности) достиг высшего уровня в отрасли. Испытание на усталость при вращательном изгибе показало, что его предел выносливости после 10^7 циклов достиг 550 МПа, что в 2,5 раза выше, чем у обычных материалов. Испытание на электрохимическую поляризацию в искусственной жидкости организма (PBS, 37 градусов) показало, что его питтинговый потенциал превышал 1000 мВ, плотность тока коррозии составляла всего 10^-8 А/см², а коррозионная стойкость была превосходной. Эксперимент по имплантации животных (6 месяцев) показал, что воспалительная реакция окружающих тканей была легкой, фиброзная капсула тонкой и однородной, признаков выделения продуктов коррозии не было. При испытаниях клинического прототипа нижняя трубка, изготовленная из этого материала, хорошо показала себя в направляющей для костного сверла, при этом не было образования остатков износа даже при самой высокой скорости вращения и давлении подачи, а сопротивление отрыву от кости было снижено на 70%.

Стратегия и философия исследований и разработок

Мы твердо верим, что «материалы — это гены устройств». Наша стратегия исследований и разработок заключается в «полной-цепочке инноваций в материалах, от атомов до устройств». Нас не удовлетворяет простая обработка стандартных сортов материалов; вместо этого мы активно участвуем во всем процессе проектирования, выплавки, обработки и обработки материалов. Мы сотрудничаем с ведущими исследовательскими институтами в области металлургии, физической химии поверхности и трибологии, чтобы понимать и контролировать поведение материалов на микро-наноуровне. Наша философия такова: для каждой конкретной клинической задачи подобрать наиболее подходящие «материальные гены». Это требует от нас не только знания производственных процессов, но и того, чтобы стать практиками и новаторами в области материаловедения, гарантируя, что наша продукция подготовлена ​​к максимальной производительности на молекулярном уровне.

Перспективы на будущее

Заглядывая в будущее, мы переходим от «высокоэффективных-материалов» к «интеллектуальным активным материалам». Мы стремимся разрабатывать композитные материалы с возможностями само-определения, например встраивание распределенных волоконно-оптических датчиков в металлическую матрицу, что делает саму трубу интеллектуальным носителем для измерения напряжения и температуры. В то же время мы разрабатываем биоактивные поверхности, загружая антибактериальные ионы (такие как серебро, цинк) или стимулируя факторы формирования кости (такие как BMP-2), чтобы жесткая внутренняя трубка могла активно участвовать в процессах борьбы с инфекциями или заживления тканей, одновременно выполняя свою функцию механической поддержки. В более перспективной перспективе мы исследуем интеллектуальные структуры «4D-печати» на основе сплавов с памятью формы или электрострикционных материалов с целью создания следующего поколения интеллектуальных хирургических валов, которые смогут автономно регулировать локальную жесткость или форму во время ключевых хирургических этапов в соответствии с заранее заданными программами или внешними раздражителями (такими как температура тела, электрическое поле).