我國2016年出台的《“十三五”科技創新規（guī）劃》第五章（zhāng）“構建具有（yǒu）國際競爭力的現代產業技術體係”中明確指出要大力發展新材料技（jì）術和先進高效（xiào）生（shēng）物技術。本次規劃的（de）重點主要集中在植介入器械、組織修複材料和（hé）前沿新技術三個大方向。

 

記憶合金在醫學醫療領域的應用包括血管支架，矯（jiǎo）形植入物方麵。我國以西（xī）北有（yǒu）色金屬研究（jiū）院（yuàn），中科院沈陽金屬（shǔ）研（yán）究所，天津（jīn）大學等高等院校和科研院所（suǒ）也進行了（le）大量（liàng）的理論研究和生產工藝研究，取得了眾多的科研成果（guǒ）和專利技術。本期，3D科學穀與（yǔ）穀友一起來了解記憶合金，國內發展到（dào）那個地步了？

 

 

 

記憶（yì）在於

平衡之美

 

鈦鎳基記憶合（hé）金（jīn）

沈陽海納鑫科技

 

沈陽（yáng）海納鑫科技以鈦鎳基記憶合金（jīn）絲作原料，采用激光熔覆增材製造（zào）工藝，通過對製造部件的（de）組織控製和變形量的控製，真空自耗凝（níng）殼爐的熔池大，獲得合金元素的充分均勻化，防止合金（jīn）偏析。

 

通過3D打印鈦鎳記憶合金絲的激光熔覆增材製造步驟為（wéi）：

-根（gēn）據要製（zhì）造的部件（jiàn）的CAD圖（tú）紙，用3Dmxs軟件建（jiàn）模；

-用Cura軟件切片，然後把此（cǐ）程序輸入到激光熔覆打印機的控（kòng）製電腦中；

-根據要製造部（bù）件的壁厚和部位的不同，確定熔覆速度，激（jī）光參數，送絲速（sù）度；

-調定冷卻用氬氣的壓力，流量；

-開始激光熔覆打印；

-冷卻處理，成品修（xiū）整。

 

3D科學穀了解到沈陽海納鑫科（kē）技的技術不僅僅體現在3D打印（yìn）過程中，還體現（xiàn）在前期的鈦鎳基記憶合金的熔煉（liàn），鈦鎳基記憶合金絲的製備，以（yǐ）及（jí）加工過程中製造部件的組織（zhī）控製和變形量的控製。另外（wài），沈陽海納鑫科技在合金中加（jiā）入了微量的稀土金屬元素，主要是為了細化（huà）晶粒和調整Ms轉變溫度。並且，對於槳類部件的槳葉部分的變形控製，沈陽海納（nà）鑫科技（jì）采取了對稱激光熔覆的工藝，同時控製激光熔覆速度和氣體冷卻速度，使其各個槳（jiǎng）葉的組織和變形量基本一致（zhì）。

 

形狀記憶合金血管支架

南京航空航天大學

 

南京（jīng）航空航（háng）天大學基於自動鋪粉的激光組合加（jiā）工技術製備（bèi）形狀記憶合金血管支架，根據待加工（gōng）零件（jiàn）的三維數據模（mó）型，利用高（gāo）能激光束熔化混合（hé）粉（fěn）末體係，通過逐層鋪粉、逐層熔凝（níng）疊加累積的方（fāng）式，直至（zhì）最終成形網狀結構的（de）血管支（zhī）架坯（pī）件，然後（hòu）經過（guò）電化學拋光處理達（dá）到特（tè）定表麵粗糙度要求。

 

3D科學穀了解到這種血管支架具有以下（xià）特點：

 

-依靠形狀記憶合金所特有的（de）超彈性功能和形狀記憶（yì）效應，可有效降低血管支架在臨床應用時血管（guǎn）再狹窄發（fā）生率；

-通過力學性能和模擬生物（wù）體環境測試，血管支架具有良好的生物組織和血液相容性，符（fú）合醫學應用條（tiáo）件；

-基於激光組合加工技術超高製造精度的（de）優勢及成形過程中（zhōng）惰性氣體的保護（hù），有效（xiào）克服傳統（tǒng）血（xuè）管支架製（zhì）備時加工表麵粗糙、毛刺和氧化（huà）等問題。

 

南京航空航天大（dà）學研發的血管支架在高溫定型後，在低溫時（shí）壓縮 成收縮狀態（tài）並壓握在球囊上，外加保護（hù）鞘，當（dāng）支架進入血液後，即（jí）刻達到相變溫 度，從奧氏體轉（zhuǎn）變為馬氏體，當外部保護（hù）鞘去除後，支架自行張開到預定的直徑， 起到對狹窄病變區（qū）域的支撐作用。其中（zhōng），血管支架在未（wèi）變形時的相為奧氏體相， 撐開後轉變為馬氏（shì）體相（xiàng），相變會改變合金的機械性（xìng）能，但不會改（gǎi）變其原（yuán）始成分（fèn）， 當發生奧氏體到馬氏體相變時，材（cái）料的硬度和強度都會提高，由於NiTi合金自 身良好的生物和組織相容性，發生相變後（hòu）也不會（huì）對人體產生副作用。

 

南京航空航天大（dà）學采用的合金材（cái）料為鎳、鈦（tài），第三種（zhǒng）成分為Co或Cr或V中（zhōng）的一種。第（dì）三種成分可使材料表麵（miàn）形（xíng）成致密穩定的氧化膜，有效抑製孔蝕的發生，從而提高血管支架整體的耐蝕性， 保證支架在人體內（nèi）部的正常工作。

 

具（jù）有4D效應（yīng）的脊柱側凸內固定矯正裝置

廣州邁普再生醫學（xué）

 

現有的金屬類脊（jǐ）柱側彎內固（gù）定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等公司的相關專利及技（jì）術（shù）資料中都有提到，然而現有脊柱側凸手術矯形也存在（zài）一些問（wèn）題，如：假關（guān）節形成、內固定失敗 (斷（duàn）釘、棒和脫鉤等（děng）)、深部感染等；特別對於手術患者（zhě），他們的側凸（tū）程度 往往較為嚴重，醫生在製定（dìng）手（shǒu）術方案時（shí），往往麵臨（lín）著是選擇激進還是保守治 療的難題。

 

脊柱側彎疾病有個特點（diǎn），每個病人的脊柱變形都不盡相（xiàng）同（tóng），側凸角度、 旋轉（zhuǎn）角度、脊椎骨（gǔ）形態、側凸位置及對周邊影響、脊柱旁軟組織結構都不盡（jìn） 相（xiàng）同，臨床醫生有個性化器（qì）械的需求。廣州邁普再生醫學發現3D打印技術的進步使製造更（gèng）符（fú）合病人生理構造的個性化的脊柱矯形內固定器械成為可能。4D效應就是3D打印材（cái）料自動變（biàn）成為預設的模型，是在3D打印的基礎上增加了時間（jiān）維度，也就是廣州邁普再生醫學的（de）具有4D效（xiào）應的脊柱側凸內固定矯正裝（zhuāng）置中的4D的（de）含義，隨（suí）時間可控變形的性質是通過（guò）基於應力平衡的方式實現的。

 

3D科學（xué）穀（gǔ）了解到廣州邁（mài）普再（zài）生醫學的打印（yìn）過程（chéng）主要包括以下（xià）步驟： 

 

-通過（guò）3D打印激光燒結（jié）打印技術製備鎳鈦基記憶合金材料骨架，待鎳鈦基記憶合金材料骨架冷卻後，設計弧度並（bìng）進行彎折（shé）；  

-通（tōng）過3D打印（yìn）熔融沉積式打印技術，在（zài）得到的鎳（niè）鈦基記憶合金材料骨架上（shàng）沉積熱塑性材料（liào）從而（ér）製備熱塑性材料外殼或者單（dān）獨製（zhì）備熱塑性（xìng） 材料外殼再將鎳鈦基記（jì）憶合金（jīn）材料骨架與熱塑性材料外殼組合，其中所述鎳 鈦基（jī）記憶合金材料骨架的定位孔與所述熱塑（sù）性材料外殼（ké）的（de）定位銷進行配合， 從而得（dé）到功能單（dān）元。