Cyhoeddiad Cyflawniad Swyddogol

Rydym wedi llwyddo i ddatblygu siafftiau lled-anhyblyg slotiedig cyfansawdd wedi'u gwneud o ddur di-staen cnwd uchel (304V/316L) ac aloi nicel-titaniwm (NiTi) uwch-elastig, gan gyflawni optimeiddio arloesol o briodweddau mecanyddol materol. Trwy brosesau fformiwleiddio deunydd a thrin gwres arloesol, mae'r cynnyrch yn cadw uwch-elastigedd aloi NiTi (straen y gellir ei adennill 8.5%) wrth godi cryfder cynnyrch dur gwrthstaen i 1250 MPa. Mae profion yn gwirio bod y siafft gyfansawdd yn darparu cyfradd adfer elastig o 99.8%, gyda diraddio perfformiad yn llai na 3% ar ôl miliwn o gylchoedd plygu, gan ddarparu datrysiad deunydd chwyldroadol ar gyfer cymorthfeydd ymyriadol amledd uchel, manwl uchel.

Cefndir Ymchwil a Datblygu a Phwyntiau Poen

Mae siafftiau slotiedig un deunydd confensiynol yn dioddef o gyfyngiadau cynhenid ​​​​mewn perfformiad deunydd. Mae dur di-staen gradd feddygol 316L yn cynnwys cryfder cynnyrch uchel (690 MPa fel arfer) ond elastigedd cyfyngedig, gydag uchafswm straen y gellir ei adennill o ddim ond 0.3-0.5%, yn dueddol o ddadffurfiad plastig a chraciau blinder o dan blygu dro ar ôl tro. Mae aloi NiTi yn arddangos uwch-elastigedd rhagorol (straen y gellir ei adennill 6-8%) ond cryfder cynnyrch cymharol isel (400-800 MPa), a all achosi plygu a chicio gormodol mewn llwybrau anatomegol cymhleth. Mae gwahaniaethau mewn cyfernodau ehangu thermol rhwng y ddau ddeunydd (17.3 × 10⁻⁶ / gradd ar gyfer dur di-staen, 10.4 × 10⁻⁶ / gradd ar gyfer aloi NiTi) yn achosi crynodiad straen rhyngwynebol mewn strwythurau cyfansawdd ac yn byrhau bywyd gwasanaeth.

Mae astudiaethau clinigol yn dangos bod haen ocsid arwyneb siafftiau NiTi pur yn dechrau pilio ar ôl mwy na 500 000 cylchoedd, gan ryddhau ïonau nicel o bosibl a sbarduno adweithiau alergaidd. Mae siafftiau dur di-staen yn datblygu anffurfiad parhaol a gostyngiad o 25% mewn anystwythder plygu ar ôl cylchoedd 200 000 yn unig. Mae dewis deunydd wedi dod yn dagfa hollbwysig sy'n cyfyngu ar berfformiad siafftiau.

Arloesedd Technolegol Craidd

• Technoleg Meteleg Cyfansawdd GraddiantMae tiwbiau cyfansawdd graddiant aloi dur di-staen-NiTi yn cael eu cynhyrchu trwy feteleg powdr a gwasgu isostatig poeth i wireddu trosglwyddiad deunydd parhaus. O'r haen fewnol i'r haen allanol, mae cynnwys NiTi yn gostwng yn raddol o 100% i 0%, tra bod cynnwys dur di-staen yn cynyddu o 0% i 100%. Mae trwch yr haen drawsnewid yn cael ei reoli'n fanwl gywir ar 30-80 μm. Mae efelychiadau deinameg moleciwlaidd yn gwneud y gorau o'r strwythur rhyngwynebol, gan gyflawni cryfder bondio rhyngwyneb o 500 MPa, amrywiad graddiant cyfernodau ehangu thermol, a dileu crynodiad straen thermol.
• Rheoleiddiad Union Strwythurau NanocrystallineMae proses gyfunol o dirdro pwysedd uchel ac anelio tymheredd isel yn mireinio meintiau grawn dur gwrthstaen i lai na 30 nm. Wedi'i gryfhau gan effaith Hall-Petch, mae'r strwythur nanocrystalline yn rhwystro symudiad dadleoli, gan godi cryfder cynnyrch i 1250 MPa tra'n cynnal ehangiad o 18%. Ar gyfer aloi NiTi, mae triniaeth heneiddio dau gam (350 gradd × 1 h + 450 gradd × 30 munud) yn rheoleiddio maint a dosbarthiad cyfnodau dyddodiad, gan gyfyngu hysteresis trawsnewid cam o fewn 3 gradd a gwella sefydlogrwydd uwch-elastigedd 40%.
• Gorchudd Wyneb Cyfansawdd AmlswyddogaetholDatblygir cotio titaniwm-nitrogen-carbon graddiant amlhaenog, gan ffurfio haen swyddogaethol 2-3 μm ar yr wyneb trwy ddyddodiad anwedd corfforol (PVD). Mae'r cotio yn cyflawni caledwch o HV 2800 a chyfernod ffrithiant o 0.12, gyda biocompatibility rhagorol. Mae ïonau arian hybrin ac ïonau copr (0.5–1.0% yr un) yn cael eu dopio i'r cotio i sicrhau perfformiad gwrthfacterol sy'n rhyddhau'n barhaus, gan gyrraedd cyfraddau bacteriostatig dros 99.5% yn erbynStaphylococcus aureusaEscherichia coli. Mae profion sytowenwyndra yn cydymffurfio â safon ISO 10993-5.

Mecanwaith Gweithio

Mae manteision siafftiau cyfansawdd yn deillio o effeithiau synergaidd aml-raddfa. Ar y raddfa atomig, mae trawsnewid martensitig cildroadwy o aloi NiTi yn digwydd o dan straen, gan ddarparu effeithiau uwch-elastigedd ac siâp-cof. Mae strwythur nanocrystalline dur di-staen yn gwella cryfder a gwrthsefyll blinder trwy gryfhau ffiniau grawn a phinio dadleoli. Ar y raddfa ficro, mae'r haen trawsnewid graddiant yn galluogi amrywiad llyfn o fodwlws elastig (40-60 GPa ar y pen NiTi, 190-210 GPa ar y pen dur gwrthstaen), gan baru priodweddau biomecanyddol gwahanol feinweoedd a lleihau effeithiau cysgodi straen. Ar y raddfa macro, mae'r strwythur cyfansawdd yn darparu ymateb mecanyddol sy'n integreiddio anhyblygedd a hyblygrwydd: mae dur di-staen yn darparu grym gwthio echelinol ac anhyblygedd torsional i sicrhau trosglwyddiad torque 1:1; Mae aloi NiTi yn cynnig gallu cydymffurfio rheiddiol ac adfer siâp, gan adlamu ar unwaith i broffil syth ar ôl plygu. Mae'r cotio swyddogaethol yn lleihau adlyniad protein a chelloedd trwy leihau egni arwyneb, tra bod rhyddhau ïonau arian-copr yn barhaus yn ffurfio micro-amgylchedd gwrthfacterol i liniaru risgiau heintiau.

Dilysu Perfformiad

Mae profion perfformiad deunydd yn rhoi canlyniadau rhyfeddol. Mewn profion uwch-elastigedd, mae'r cyfansawdd yn gwella'n llwyr o dan straen 8.5%, gydag ardal dolen hysteresis 35% yn llai a llai o afradu egni o'i gymharu â NiTi pur. Mewn profion blinder o dan ±90 gradd plygu ar 4 Hz, mae cadw perfformiad yn fwy na 97% ar ôl miliwn o gylchoedd. Mewn profion cyrydiad, ar ôl trochi 180 diwrnod mewn hylif corff efelychiedig (PBS, pH 7.4, 37 gradd ), mae cyfradd rhyddhau ïon nicel yn llai na 0.05 ug/cm²·day, ymhell islaw terfyn ISO 10993-12 o 1 ug/cm²·day.

Mae arbrofion anifeiliaid yn dangos ymatebion llidiol ysgafn yn y meinweoedd cyfagos a thrwch capsiwl ffibrog o ddim ond 40-60 μm (100-130 μm ar gyfer y grŵp rheoli dur di-staen) 12 mis ar ôl y mewnblaniad. Mewn treialon clinigol o feddygfeydd niwro-ymyrrol gan ddefnyddio siafftiau cyfansawdd, mae cyfradd llwyddiant mordwyo micro-gathetrau trwy bibellau gwaed troellog yn codi o 82% i 96%. Mewn cymorthfeydd abladiad arhythmia cardiaidd cymhleth, mae cathetrau yn cynnal perfformiad sefydlog yn ystod 6 awr o weithrediad intracardiaidd parhaus, tra bod cynhyrchion confensiynol yn dioddef gostyngiad o 15% mewn anystwythder plygu ar ôl dim ond 3 awr.

Strategaeth Ymchwil a Datblygu ac Athroniaeth

Rydym yn cynnal yr athroniaeth ymchwil a datblygu:Diffinnir perfformiad gan ddeunyddiau, mae swyddogaethau'n cael eu gwireddu gan strwythurau, a sefydlu'r system arloesi MIPS pedwar dimensiwn (System-Perfformiad Deunydd-Rhyngwyneb-). Ar y lefel ddeunydd, rydym yn adeiladu cronfa ddata genynnau deunydd siafft meddygol cyntaf y byd sy'n cynnwys 542 o baramedrau perfformiad o 213 o aloion, ac yn rhagfynegi priodweddau deunyddiau newydd trwy ddysgu peiriannau. Ar lefel y rhyngwyneb, rydym yn astudio mecanweithiau bondio ar raddfa atomig ac yn gwneud y gorau o ddyluniad rhyngwynebol trwy gyfrifiadau egwyddorion cyntaf. Ar lefel perfformiad, rydym yn datblygu modelau efelychu aml-raddfa i ragfynegi ymddygiadau mecanyddol o nanoraddfa i raddfa facro. Ar lefel y system, rydym yn cyfateb priodweddau materol yn union â gofynion clinigol.

Rydym wedi adeiladu labordai ar y cyd â'r Sefydliad Ymchwil Metel, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, a Phrifysgol Beihang, gan ganolbwyntio ar ymchwil sylfaenol i aloion cof siâp. Yn y cyfamser, rydym yn gweithredu peirianneg genom deunydd i gyflymu datblygiad deunydd newydd trwy gyfrifiant mewnbwn uchel ac arbrofion, gan fyrhau'r cylch ymchwil a datblygu o'r 6-10 mlynedd traddodiadol i 3-4 blynedd.

Rhagolygon y Dyfodol

Bydd deunyddiau meddygol yn esblygu tuag at ddeallusrwydd, ymarferoldeb a bioddynwared. Rydym yn datblygu deunyddiau clyfar sy'n ymateb i symbyliad y mae eu priodweddau mecanyddol yn addasu gyda thymheredd y corff, gwerth pH neu feysydd trydan, gan alluogi rheoleiddio anystwythder mewnllawdriniaeth amser real. Mae deunyddiau cyfansawdd hunan-iacháu yn cael eu datblygu i ryddhau asiantau atgyweirio yn awtomatig ar ganfod microcraciau am oes gwasanaeth estynedig. Mae aloion magnesiwm bioamsugnadwy yn cael eu harchwilio ar gyfer diraddio diogel o fewn 9-12 mis ar ôl cwblhau swyddogaethau dyfais.

Erbyn 2027, byddwn yn lansio siafftiau smart sy'n addasu meinweoedd gyda phroteinau matrics allgellog wedi'u haddasu ar yr wyneb (ee, ffibronectin, laminin) i hyrwyddo adlyniad celloedd endothelaidd a lleihau risgiau thrombosis. Yn y tymor hir, bydd deunyddiau gweithredol printiedig 4D yn dod yn realiti. Mae deunyddiau o'r fath nid yn unig yn ymateb i ysgogiadau allanol ond hefyd yn cyfathrebu signal biolegol â meinweoedd cyfagos i gyflawni gwir integreiddio biolegol, gan arloesi llwybrau newydd ar gyfer dyfeisiau parhaol y gellir eu mewnblannu.