我國2016年出台的《“十三（sān）五”科技創新規劃》第（dì）五章（zhāng）“構建具有國際競爭力的現代產業（yè）技術體係”中（zhōng）明確指出要大力發展新材料技（jì）術和先進高效生物技術。本次規劃（huá）的重點主要集中在植介（jiè）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（yīng）用（yòng）包括血管支架，矯形植入物方麵。我國以（yǐ）西北有色金（jīn）屬研究院，中（zhōng）科院沈陽（yáng）金屬研究所，天津（jīn）大學（xué）等高等院校和科研（yán）院（yuàn）所也進行（háng）了（le）大量的理論研究和生產（chǎn）工藝研究（jiū），取得了眾多的科研成果和專（zhuān）利技術。本期，3D科學穀與穀友一起來了解（jiě）記憶合金，國內發（fā）展到那個地步了？

 

 

 

記憶在於（yú）

平衡之（zhī）美

 

鈦鎳基記憶（yì）合（hé）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原料，采用激光熔（róng）覆增材製造工藝，通（tōng）過對製造部件的組織控製和變形量的控製，真空自耗凝殼爐的（de）熔池（chí）大，獲得合金元素的充分均勻化，防止合（hé）金偏析。

 

通過3D打印鈦鎳（niè）記憶合金絲的激光熔覆增材製造（zào）步驟為：

-根據要製造的部件（jiàn）的CAD圖紙，用3Dmxs軟件建模；

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

-根據要製造部件（jiàn）的壁厚（hòu）和（hé）部（bù）位的不同，確定熔覆速度，激光參數（shù），送絲速度（dù）；

-調定冷卻用氬氣的壓（yā）力，流量；

-開始激光熔覆打印；

-冷卻處理，成品修整。

 

3D科學穀了解到沈陽海納鑫科技的技術不僅僅體現在（zài）3D打印過程中（zhōng），還體現在前期的鈦鎳基記憶合金的熔煉，鈦鎳基記憶合金絲的（de）製備（bèi），以及加工過程中製造部件的組織控製和變形量的控製。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（le）細化晶粒和調整Ms轉變溫度。並且，對於槳類部件的槳葉部分的變形控製，沈陽海納鑫（xīn）科技采取了對稱激光（guāng）熔覆的（de）工藝，同時控製激光熔覆速度和氣體冷卻速度，使（shǐ）其各個槳葉的組織（zhī）和變形（xíng）量基本一致。

 

形狀記憶合金血管支（zhī）架

南京航空航天大學

 

南京航空航天大學基於自動鋪粉（fěn）的激光組合加（jiā）工技（jì）術製備形狀（zhuàng）記憶合金血管支架，根據待（dài）加工（gōng）零件的三維數據模型，利用高能激光束熔化混合粉末（mò）體係，通過逐層鋪粉、逐層熔凝疊加累積的方式，直至最終成形網狀結構的血管支架坯件，然後經過（guò）電化學拋光處（chù）理達到特定表麵粗糙（cāo）度要求。

 

3D科學穀了解到這種血管支架具有（yǒu）以下特點：

 

-依靠形狀記憶合金所特有的超彈（dàn）性（xìng）功能和形狀記憶效應，可有效降低血管（guǎn）支架（jià）在臨床應用時血管再狹窄發生率；

-通過力學性能（néng）和模擬生物體環境測試，血管支架（jià）具有良好的生（shēng）物組織和血液相容性，符合醫學應用條件；

-基於激光組（zǔ）合加工技術超高製造精度的優勢（shì）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粗糙、毛刺（cì）和氧化等問題。

 

南京航空航天大學研發的血管支架在高溫定型後（hòu），在低溫（wēn）時壓縮 成收縮狀態並壓握在球囊上，外加保護鞘，當支架進入血液後，即刻達到相變溫 度，從奧氏體轉變為（wéi）馬氏體，當外部保護鞘去除後，支架自行張開到預定的直徑， 起到對狹窄病變區域的支撐作用。其中（zhōng），血管支架在未變形時的相為奧（ào）氏（shì）體相， 撐開（kāi）後轉變為馬氏體相，相變會改變合金的機（jī）械性能，但不會改變其原始成分（fèn）， 當發生奧氏體到馬（mǎ）氏體（tǐ）相變時，材料（liào）的硬度和強度都會（huì）提高，由（yóu）於NiTi合金自 身良（liáng）好的生物和組織相容性（xìng），發生相變後也不會對人體（tǐ）產生副作用。

 

南京航空航（háng）天（tiān）大學采用的合金材料（liào）為鎳、鈦，第三（sān）種成分為Co或Cr或V中的一種。第三種成分可使材（cái）料表麵形成致密穩定的氧化膜，有（yǒu）效抑製孔蝕的發生，從而提高血（xuè）管（guǎn）支架整體的耐蝕性， 保證支架在人體內部的正常工作。

 

具有4D效應的脊柱側凸內固定矯正（zhèng）裝置

廣州邁普再生醫學

 

現有的金屬類（lèi）脊（jǐ）柱側彎（wān）內固定器械在（zài）Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等公（gōng）司（sī）的相關專利及技術資（zī）料中都有提到，然而現有脊柱側凸手術矯形（xíng）也存在一些問題，如：假關節形成、內固（gù）定失敗 (斷釘、棒和脫鉤等（děng）)、深部感染等；特別對於手術患者，他們的側凸程度 往往較為嚴重，醫生在製（zhì）定手（shǒu）術方案時，往往麵臨著是（shì）選擇激進還是保守治 療的難題。

 

脊柱側彎疾病有（yǒu）個特點，每（měi）個病（bìng）人的脊柱變形都不盡相同，側（cè）凸角度、 旋轉角度、脊椎骨形態、側凸位置及對周邊（biān）影響、脊柱旁軟組織結構都不盡（jìn） 相同，臨床醫生有個性化器械的需求。廣州邁（mài）普再生醫學發（fā）現3D打印技術的進步使製造更符合病人（rén）生理構造的個性化的脊柱矯形內固定器械成為（wéi）可能。4D效應就是3D打印材料自動變成為預設的模（mó）型，是在（zài）3D打印（yìn）的基（jī）礎上增加了時間維度，也就（jiù）是廣州邁普（pǔ）再生醫學的具有4D效應的脊（jǐ）柱（zhù）側凸內固定矯正裝（zhuāng）置中的4D的含義，隨時間（jiān）可控變形的性質是通過基於應力平衡的方式實現（xiàn）的（de）。

 

3D科學穀了（le）解到廣州邁普再生醫學的打印過（guò）程主要（yào）包括以下步（bù）驟： 

 

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

-通過3D打印熔融沉積式打印技術，在得到的鎳（niè）鈦基記憶合金材料骨架上沉積熱塑性材料從而（ér）製備熱塑性材料外殼或者單獨製備熱塑性 材料外殼再（zài）將鎳鈦基（jī）記憶合金材（cái）料骨架（jià）與（yǔ）熱（rè）塑性（xìng）材料外殼組合，其中所述鎳 鈦基記憶合金材料骨（gǔ）架的定位孔與（yǔ）所述熱塑性材料外殼的定位銷進行配合， 從而（ér）得到功能單元。