การผสมผสานขั้นสุดยอดของวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมพื้นผิว ทำให้เกิดกรอบการผ่าตัดที่ไม่ยอมยอมแพ้และไม่เคยยอมแพ้

ประกาศผล

เราประสบความสำเร็จในการบูรณาการ-วัสดุศาสตร์ที่ล้ำสมัยเข้ากับเทคโนโลยีการรักษาพื้นผิว โดยได้เปิดตัวซีรีส์ "Diamond Bone" ของท่อแข็งสเตนเลสสตีลแรงดึงสูงทางการแพทย์แบบมีรูพรุนทางการแพทย์ ผลิตภัณฑ์นี้ทำจากสแตนเลสเกรดโลหะพิเศษ 304V/316L และใช้กระบวนการเสริมฤทธิ์เสริมฤทธิ์กัน "การเปลี่ยนรูป - เฟส" ที่ได้รับสิทธิบัตร ซึ่งจะเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุเป็นมากกว่า 1300 MPa ในขณะที่ยังคงอัตราการยืดตัวที่ 15% เมื่อใช้ร่วมกับการรักษาพื้นผิวคอมโพสิตระดับนาโน- ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจะลดลง 60% และความเข้ากันได้ทางชีวภาพถึงระดับสูงสุด เป็นโซลูชันด้านวัสดุขั้นสูงสุดสำหรับอุปกรณ์เกรดรากฟันเทียม-ที่ต้องทำงานในสภาพแวดล้อมทางกลและทางเคมีที่รุนแรงเป็นเวลานาน

ความท้าทายเบื้องหลังการวิจัยและพัฒนา

ท่อด้านในที่มีความแข็งของอุปกรณ์การแพทย์ระดับไฮเอนด์-ถูกจำกัดมานานแล้วด้วย "ลักษณะพิเศษของเพดาน" ของคุณสมบัติของวัสดุ เหล็กกล้าไร้สนิมทางการแพทย์ทั่วไป (เช่น 316L) ให้ความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม แต่ความแข็งแรง (โดยทั่วไปความแข็งแรงของผลผลิตจะอยู่ที่ประมาณ 690 MPa) ไม่เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการที่รุนแรงสำหรับแรงฉีดและความต้านทานการดัดงอที่กำหนดโดยอุปกรณ์หนักและขนาดเล็กที่ซับซ้อนมากขึ้น การเพิ่มความหนาของผนังเพียงอย่างเดียวจะส่งผลให้อุปกรณ์ยุ่งยากและช่องภายในแคบ และยังไม่สามารถแก้ปัญหาความเสี่ยงของความล้มเหลวเปราะภายใต้ความเข้มข้นของความเครียดได้ นอกจากนี้ พื้นผิวที่หยาบหรือได้รับการดูแลอย่างไม่เหมาะสมไม่เพียงแต่เป็นสาเหตุของรอยแตกร้าวเมื่อยล้าเท่านั้น แต่ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีที่สูงยังขัดขวางการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ผ่านเนื้อเยื่ออย่างราบรื่น และอาจทำให้เนื้อเยื่อเสียหายโดยไม่จำเป็นหรือเสี่ยงต่อการเกิดลิ่มเลือด วัสดุกลายเป็นคอขวดหลักที่จำกัดการพัฒนาประสิทธิภาพของท่อด้านในแบบแข็ง

นวัตกรรมเทคโนโลยีหลัก

• กระบวนการผสมไมโครอัลลอยด์และการควบคุมการรีดและการทำความเย็น (TMCP):พัฒนาร่วมกับบริษัทผลิตเหล็กชั้นนำ โดยใช้สแตนเลส 316L เติมวาเนเดียม (V) ไนโอเบียม (Nb) ฯลฯ ปริมาณเล็กน้อยเป็นองค์ประกอบที่ขึ้นรูปคาร์ไบด์-ได้อย่างแม่นยำ ด้วยนวัตกรรม "การเปลี่ยนรูป- เหนี่ยวนำให้เกิดเฟส" และเทคโนโลยีการกลิ้งและการทำความเย็นที่ควบคุม ทำให้ได้โครงสร้างคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ออสเทนไนต์ที่มีเนื้อละเอียดพิเศษ- และการกระจายตัวของคาร์บอนไนไตรด์ระดับนาโน-ภายในวัสดุ โครงสร้างนี้จะปรับขนาดเกรนของวัสดุให้ต่ำกว่า 2 ไมโครเมตร และขนาดของเฟสตกตะกอนระดับนาโนจะน้อยกว่า 50 นาโนเมตร ด้วยผลการทำงานร่วมกันของการเสริมความแข็งแกร่งของเกรนละเอียดและการเสริมแรงของการตกตะกอน ความแข็งแรงของวัสดุจึงถูกผลักดันจนถึงขีดจำกัดโดยไม่ทำลายความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อน
• การบำบัดด้วยความเย็นอย่างล้ำลึกและกระบวนการชราหลาย-:หลังจากการเซาะร่องที่แม่นยำ ให้แนะนำขั้นตอนการบำบัดด้วยความเย็นลึก -196 องศาเพื่อส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของออสเทนไนต์ที่ตกค้างไปเป็นมาร์เทนไซต์ เพิ่มความแข็งแกร่งให้กับเมทริกซ์ และปลดปล่อยความเครียดในการประมวลผล จากนั้น ดำเนินการบำบัดความชราอย่างแม่นยำหลายขั้นตอนโดยควบคุมองค์ประกอบ ขนาด และการกระจายของเฟสที่ตกตะกอน บรรลุ "การปรับ-อย่างละเอียด" ของความแข็งแรงของวัสดุ โมดูลัสยืดหยุ่น และขีดจำกัดความล้า กระบวนการนี้ช่วยให้ท่อมีความแข็งแรงคงที่สูงเป็นพิเศษ ในขณะที่ยืดอายุความล้าภายใต้การโหลดแบบวนรอบได้ 200%
• เทคโนโลยีการเคลือบฟังก์ชันการไล่ระดับสีหลาย-ชั้น:พัฒนาระบบการรักษาพื้นผิวสามระดับ "ทู่-สารโด๊ป-แรงเสียดทานต่ำพิเศษ" ขั้นแรก ให้ทำการทู่ด้วยเคมีไฟฟ้าเพื่อสร้างชั้นออกไซด์ที่มีความหนาแน่นหนาแน่นและมีโครเมียม- ซึ่งวางรากฐานสำหรับความต้านทานการกัดกร่อน จากนั้นใช้เทคโนโลยีการฝังไอออนแบบแช่พลาสมาเพื่อไล่ระดับ-กระจายธาตุไนโตรเจนและคาร์บอนไปยังความลึกหลายสิบนาโนเมตรของชั้นผิว ทำให้เกิดเป็นเพชร-เหมือนโครงสร้างอสัณฐาน ซึ่งจะเพิ่มความแข็งของพื้นผิวให้สูงกว่า HV 1200 ในที่สุด แปรงโพลีเมอร์หล่อลื่นแบบกราฟต์ซุปเปอร์-ที่ชอบน้ำ/ซุปเปอร์- ทำให้เกิดชั้นการหล่อลื่นแบบไฮเดรตที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมของของเหลวในร่างกาย ลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีแบบแห้งให้ต่ำกว่า 0.05 และค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีแบบเปียกให้ต่ำกว่า 0.01

กลไกการออกฤทธิ์

ประสิทธิภาพที่โดดเด่นของผลิตภัณฑ์นี้เกิดจากนวัตกรรมวัสดุที่ครอบคลุมตั้งแต่ขั้นตอนเทกองไปจนถึงชั้นพื้นผิว ในระดับเฟสจำนวนมาก ผลึกอัลตราไฟน์และเฟสตกตะกอนระดับนาโนได้สร้างโครงสร้างจุลภาคที่แข็งแกร่งและสม่ำเสมอ ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่อย่างมีนัยสำคัญ ช่วยให้วัสดุสามารถรักษาการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นได้เมื่ออยู่ภายใต้ภาระที่สูงมาก และชะลอการเกิดผลผลิตและการแตกหักของพลาสติก ในระดับ mesoscopic โครงสร้างจุลภาคหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนแบบพิเศษจะมีเอฟเฟกต์ Bauschinger ต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าการลดทอนความแข็งแรงจะลดลงเมื่ออยู่ภายใต้แรงดึงและแรงอัดซ้ำๆ และความต้านทานต่อความเมื่อยล้าก็ดีเยี่ยม ที่ระดับส่วนต่อประสานของพื้นผิว การเคลือบฟังก์ชันแบบไล่ระดับได้สร้างระบบป้องกันที่ "ยืดหยุ่นและแข็ง": ชั้นด้านในของชั้นที่ชุบแข็งจะต้านทานการขีดข่วนและการสึกหรอ ชั้นกลางของชั้นพันธะทำให้แน่ใจได้ว่าการเคลือบจะยึดเกาะได้ และชั้นภายนอกของชั้นหล่อลื่นพิเศษ-จะลดการประสานทางกลและการยึดเกาะกับเนื้อเยื่อชีวภาพ ทำให้ได้สถานะ "แข็งแกร่งแต่ไม่เหนียวเหนอะหนะ" ในอุดมคติ ซึ่งช่วยปกป้องทั้งเครื่องมือและเนื้อเยื่อ

การตรวจสอบประสิทธิภาพ

ผลลัพธ์ของการทดสอบวัสดุนั้นน่าทึ่ง: ในการทดสอบแรงดึง ความแข็งแรงของผลผลิตยังคงคงที่ในช่วง 1300-1400 MPa ความต้านทานแรงดึงเกิน 1500 MPa อัตราการยืดตัวสม่ำเสมอดีกว่า 15% และความแข็งแรง-ผลิตภัณฑ์ต่อพลาสติก (ผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งแรงและความเป็นพลาสติก) ขึ้นสู่ระดับสูงสุดของอุตสาหกรรม การทดสอบความล้าจากการโค้งงอแบบหมุนแสดงให้เห็นว่าขีดจำกัดความล้าหลังจาก 10^7 รอบสูงถึง 550 MPa ซึ่งมากกว่าวัสดุทั่วไปถึง 2.5 เท่า การทดสอบโพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้าในของไหลในร่างกายจำลอง (PBS, 37 องศา ) ระบุว่าศักยภาพในการเกิดรูพรุนเกิน 1000 มิลลิโวลต์ ความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนต่ำถึง 10^-8 A/ซม.² และความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม การทดลองปลูกถ่ายในสัตว์ (6 เดือน) แสดงให้เห็นว่าการตอบสนองการอักเสบของเนื้อเยื่อโดยรอบไม่รุนแรง แคปซูลเส้นใยมีความบางและสม่ำเสมอ และไม่มีสัญญาณของการปล่อยผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนใดๆ ในการทดสอบต้นแบบทางคลินิก ท่อด้านล่างที่ทำจากวัสดุนี้ทำงานได้ดีในแนวเจาะกระดูก และไม่มีเศษการสึกหรอเกิดขึ้นแม้ที่ความเร็วการหมุนสูงสุดและแรงกดป้อน และความต้านทานต่อการหลุดออกจากกระดูกลดลง 70%

กลยุทธ์และปรัชญาการวิจัยและพัฒนา

เราเชื่อมั่นว่า "วัสดุคือยีนของอุปกรณ์" กลยุทธ์การวิจัยและพัฒนาของเราคือ "นวัตกรรมวัสดุลูกโซ่เต็มรูปแบบ-จากอะตอมสู่อุปกรณ์" เราไม่พอใจกับการประมวลผลเกรดวัสดุมาตรฐานเท่านั้น แต่เรามีส่วนร่วมอย่างลึกซึ้งในกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การออกแบบวัสดุ การถลุง การแปรรูป และการบำบัด เราร่วมมือกับสถาบันวิจัยชั้นนำในด้านโลหะวิทยา เคมีกายภาพพื้นผิว และไทรโบโลยี เพื่อทำความเข้าใจและควบคุมพฤติกรรมของวัสดุในระดับไมโคร-นาโน ปรัชญาของเราคือ: สำหรับแต่ละความท้าทายทางคลินิกที่เฉพาะเจาะจง ปรับแต่ง "ยีนของวัสดุ" ที่เหมาะสมที่สุด สิ่งนี้ทำให้เราไม่เพียงแต่ต้องมีความเชี่ยวชาญในกระบวนการผลิตเท่านั้น แต่ยังต้องเป็นผู้ปฏิบัติงานและผู้สร้างสรรค์นวัตกรรมในด้านวัสดุศาสตร์ด้วย เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ของเราได้รับการเตรียมพร้อมสำหรับประสิทธิภาพสูงสุดในระดับโมเลกุล

แนวโน้มในอนาคต

เมื่อมองไปสู่อนาคต เรากำลังเปลี่ยนจาก "วัสดุประสิทธิภาพสูง-" มาเป็น "วัสดุออกฤทธิ์อัจฉริยะ" เรามุ่งมั่นที่จะพัฒนาวัสดุคอมโพสิตที่มีความสามารถในการ-ตรวจจับตนเอง เช่น การฝังเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกแบบกระจายในเมทริกซ์โลหะ ทำให้ตัวท่อเป็นตัวพาอัจฉริยะสำหรับการตรวจจับความเครียดและอุณหภูมิ ในเวลาเดียวกัน เรากำลังพัฒนาพื้นผิวที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพโดยการโหลดไอออนต้านเชื้อแบคทีเรีย (เช่น เงิน สังกะสี) หรือส่งเสริมปัจจัยการสร้างกระดูก (เช่น BMP-2) เพื่อให้ท่อด้านในแข็งสามารถมีส่วนร่วมในกระบวนการต่อต้านการติดเชื้อหรือการรักษาเนื้อเยื่อในขณะที่บรรลุภารกิจสนับสนุนทางกลของมัน ในอนาคตข้างหน้า เรากำลังค้นคว้าโครงสร้างอัจฉริยะ "การพิมพ์ 4 มิติ" โดยใช้โลหะผสมของหน่วยความจำรูปร่างหรือวัสดุที่ป้องกันไฟฟ้าสถิต โดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างเพลาผ่าตัดอัจฉริยะรุ่นต่อไปที่สามารถปรับความแข็งหรือรูปร่างเฉพาะจุดได้โดยอัตโนมัติในระหว่างขั้นตอนการผ่าตัดสำคัญตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ล่วงหน้าหรือสิ่งเร้าภายนอก (เช่น อุณหภูมิร่างกาย สนามไฟฟ้า)