我國2016年出台的《“十三五（wǔ）”科技創新規劃》第五章“構建具有國際競（jìng）爭力的現代產業技術體係（xì）”中明確指出要大力發展新材料技術和先進高效生物技術。本次規劃的重（chóng）點主要集中在植介入器械、組織修複材料和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，矯形植入物方（fāng）麵（miàn）。我國以西北有色（sè）金屬研究院，中科院沈（shěn）陽金（jīn）屬研（yán）究所，天津大學等高等院校和科研院所也進行了大量的理論研（yán）究（jiū）和生產工藝研究，取得了眾多的科研成果和專利技術。本期，3D科學穀與穀友一起來了（le）解記憶合金，國內發（fā）展到那個地步了？

 

 

 

記憶在於

平衡（héng）之美

 

鈦鎳基記憶合金

沈陽海納鑫科技

 

沈陽海納鑫科技以鈦鎳基記憶合金絲作（zuò）原（yuán）料，采用激光熔（róng）覆增材製造工藝，通過對（duì）製造部件的組織控製（zhì）和變（biàn）形量的控製，真空自耗凝殼爐的熔池大，獲得合金元素的（de）充分均勻化，防止合金偏析。

 

通過3D打（dǎ）印鈦鎳記憶合金絲的激光熔覆增材製造步驟（zhòu）為：

-根據要製造的部件的CAD圖紙，用3Dmxs軟（ruǎn）件建模；

-用（yòng）Cura軟件切片，然後把此程序輸（shū）入（rù）到（dào）激光熔（róng）覆打印機的（de）控製電腦中；

-根據要製造部件的壁厚和部位的不同，確定熔覆速度，激光參數，送絲速度；

-調定冷卻用氬氣的壓力（lì），流量；

-開始激光熔覆打印；

-冷卻處理，成品修整。

 

3D科學穀了（le）解到沈陽海納鑫科技的技術不僅僅體現在3D打印過程中，還體現（xiàn）在前期的鈦鎳基記憶合金的熔煉，鈦鎳基（jī）記憶合金絲的製（zhì）備，以及加工過程中製造部件的組織控（kòng）製和變形（xíng）量的控製。另外，沈陽海納鑫科技在合金中加入了微量的稀土金屬元素，主要是為了細化晶粒和調整Ms轉變溫度。並且，對於槳類部件的槳葉（yè）部分的變形控製，沈陽海納鑫科技采取了對稱激光熔覆的工藝，同時控製激光（guāng）熔覆（fù）速度和氣體冷卻速度，使其各（gè）個槳葉的組織和變形量基本一致。

 

形（xíng）狀（zhuàng）記憶合金血管支架

南京航空航天大（dà）學

 

南京航空航天大學（xué）基（jī）於自動鋪粉的激光組合加（jiā）工技術（shù）製備形狀記憶（yì）合（hé）金（jīn）血管支架，根據（jù）待加工零件的三維數據模型，利用高能激光束熔化混合（hé）粉末體係，通過逐層鋪（pù）粉、逐層熔凝疊（dié）加累（lèi）積的方式，直至最（zuì）終成形網狀結構的血管支架坯件，然後經過電化（huà）學拋光處理達到特定表麵粗糙度要求。

 

3D科學穀了解到這種血管（guǎn）支架（jià）具有以下特點：

 

-依靠形（xíng）狀記憶合金所特有的超彈性功能和形狀記憶效應，可有效（xiào）降低血管支架在臨床應用時血管再狹窄發生率；

-通過力學性能和模擬生物（wù）體環境測試，血管支（zhī）架具有良好的生物組織和（hé）血液相（xiàng）容性，符合醫學應用條件；

-基於激光組（zǔ）合（hé）加工技術超高製造精度的優勢及成形過程中惰性氣體的保護，有效克服傳統血管支架製備時加工表麵（miàn）粗（cū）糙、毛刺和氧化等問題。

 

南京航空航天大學研發的血管支架（jià）在高（gāo）溫定型後，在（zài）低（dī）溫時壓縮 成收縮狀態並壓（yā）握在球囊上，外加保護鞘，當支架進入血液（yè）後，即刻達到相變溫 度，從奧氏體轉變為馬氏體，當外部保護鞘去除後（hòu），支架自行張開到預定的（de）直徑， 起到對狹窄病變區域的支撐作用。其中，血管支架在未變形時的（de）相（xiàng）為奧氏體相， 撐開後轉變為馬氏體相，相（xiàng）變會改變合金的機械性能，但不會改變其原始成分， 當發生奧氏體到馬氏體（tǐ）相變時（shí），材料的硬度和強度都會提高（gāo），由（yóu）於NiTi合金自 身良（liáng）好的生物和組織相容性，發生相（xiàng）變後也不會對人體產（chǎn）生副作用。

 

南京航空航天大學（xué）采用的合金材料為鎳、鈦，第三種成分為Co或Cr或V中的一種。第三種成分可使（shǐ）材料表（biǎo）麵形成致密穩定的氧化膜，有效抑製孔蝕（shí）的發生，從而提高血管支架整體的耐蝕性， 保證支架在人體內部的正常工作。

 

具（jù）有4D效應的脊柱（zhù）側凸內（nèi）固定矯正裝置

廣州邁普再生醫學（xué）

 

現有的金屬類脊柱側彎內固定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和（hé）Depuy等公司的相關專利及技術資料中都（dōu）有提到，然而現有脊柱側凸手術（shù）矯形也存在一些問題，如：假關節形（xíng）成（chéng）、內固定失敗 (斷釘、棒（bàng）和脫鉤等)、深部感染等；特（tè）別對於手術患者，他們（men）的側凸程度 往往較為嚴重，醫生（shēng）在製定手術（shù）方案時，往往麵臨著是選擇激進還（hái）是保（bǎo）守治 療的難題。

 

脊柱側（cè）彎疾病有個（gè）特點，每個病人的脊柱變形都不盡相同（tóng），側凸角度、 旋轉角度、脊椎骨形態、側凸位置及對周邊影響、脊柱旁軟組織結構都不盡 相同，臨床醫生有個性化器（qì）械的需求。廣州邁普再生醫學發（fā）現3D打印技術的進步使製造更符合（hé）病人生（shēng）理構造的個性化的脊柱矯形內固定器械（xiè）成為可能。4D效（xiào）應就是3D打印材料自動變成為預設的模（mó）型，是在（zài）3D打印的基礎上（shàng）增加了時間維度，也就是廣州邁普再生醫學的具有4D效應的（de）脊（jǐ）柱側凸內固定矯正裝置中的4D的含義，隨時間可控變形的性質是通過基於應力平衡的方式實現的。

 

3D科學穀了解到廣州邁普再生醫（yī）學的（de）打印過程主要包括以下步驟： 

 

-通過3D打印（yìn）激（jī）光燒結打印技術製（zhì）備鎳鈦基記憶合金材料（liào）骨架（jià），待鎳鈦基記憶合金材（cái）料骨架冷（lěng）卻後，設計弧度（dù）並進行彎折；  

-通過3D打印熔融（róng）沉積式打（dǎ）印技術，在得（dé）到的鎳鈦基記（jì）憶合（hé）金材料骨架上沉積熱塑性材料從而製備熱（rè）塑（sù）性（xìng）材料（liào）外殼或者單獨製備（bèi）熱塑性 材料外殼（ké）再將鎳鈦基記憶合金材料骨架與熱塑（sù）性材料外殼組合，其（qí）中所述（shù）鎳 鈦（tài）基記憶合金材（cái）料骨架（jià）的定位孔與所述熱（rè）塑（sù）性材料外殼的定位銷進行配合， 從（cóng）而得到功能單元。