我國2016年出台的《“十三五”科技創新規劃》第五章“構建具有國際競爭力的現代產業技術體係”中明（míng）確指出（chū）要大力發展新材料技術和（hé）先進高效生物技術。本次規劃的重點主要集（jí）中在植介入器械、組織修複（fù）材料和前沿新技術三個大方向。

 

記憶合金在醫（yī）學醫療領域的應用包括（kuò）血管支架，矯形植入（rù）物方麵。我（wǒ）國以（yǐ）西北有（yǒu）色金屬研究院，中科院沈陽金屬研究所，天（tiān）津大學等高等院校和科（kē）研院所也進行了大量（liàng）的理論（lùn）研究和生產工藝研究，取得了眾多的科研成果和（hé）專利（lì）技術。本期，3D科（kē）學（xué）穀與穀友一起（qǐ）來了解記憶合金，國內發展到那個地（dì）步了？

 

 

 

記憶在於

平衡之美

 

鈦（tài）鎳基記憶合金

沈陽海納鑫科技

 

沈陽海納鑫科技以鈦（tài）鎳基（jī）記（jì）憶合金絲作原料，采用（yòng）激光熔覆增（zēng）材製造工藝，通過對（duì）製造部件的組織控製和變形量的控（kòng）製，真空自耗凝殼爐的熔池大，獲得合金元素的充分均勻化，防止合金偏析。

 

通過3D打印鈦鎳（niè）記憶合（hé）金絲的激光熔覆增材（cái）製造步驟為：

-根據要（yào）製造的部件的CAD圖紙，用（yòng）3Dmxs軟件建模；

-用Cura軟件切片，然後（hòu）把此程序輸入到激光熔覆（fù）打印（yìn）機的控製（zhì）電腦中；

-根據要（yào）製造部件的壁厚和部位的不同，確定熔覆速度（dù），激光（guāng）參數，送絲速度；

-調定冷卻用氬氣的（de）壓力，流量；

-開始激光熔覆打印；

-冷（lěng）卻處理，成品（pǐn）修整。

 

3D科學穀了解到沈陽海納鑫科技的（de）技術不僅僅（jǐn）體現在3D打印過程中，還體現在前（qián）期的鈦鎳基記憶合金的熔煉，鈦鎳基記憶合金絲的製備，以及加工過（guò）程中（zhōng）製造部件的組織控製和變（biàn）形（xíng）量的控製。另（lìng）外，沈陽海納鑫科（kē）技在（zài）合金中加入了微量（liàng）的稀土金屬（shǔ）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部分的變形控製（zhì），沈陽海納（nà）鑫科技采取了對稱激光熔（róng）覆的工藝，同時控製激光熔覆速度和氣體（tǐ）冷卻速度，使其各個槳葉的組織和變形量基本（běn）一致。

 

形狀（zhuàng）記（jì）憶合金血管支架

南（nán）京航空航天大學

 

南京航空航天大（dà）學基於自動鋪粉的激光組合加工技術製備形狀記憶合金血（xuè）管支架（jià），根據待加工零件的三維數據模型（xíng），利用高能（néng）激光束熔（róng）化混合粉末體係，通過逐層鋪粉、逐層熔凝疊加累積的（de）方式（shì），直至最終成形網（wǎng）狀結構的血管（guǎn）支架坯件，然後經過（guò）電化學拋光處理達到（dào）特定表麵粗糙（cāo）度要求。

 

3D科學穀（gǔ）了解到這種血管支架具有以下特（tè）點：

 

-依靠形狀記憶合金所特有的（de）超彈（dàn）性功能和形狀（zhuàng）記憶效（xiào）應，可有效降低血（xuè）管支架在（zài）臨床應用時血管再狹窄發生率；

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

-基於激光組合加（jiā）工技術超高製造精度的優勢及成形過程（chéng）中惰性氣體的保（bǎo）護，有效克服傳統（tǒng）血管支架製備時加工表麵粗糙、毛刺和氧化等問題（tí）。

 

南京航空（kōng）航天大（dà）學研發的血管支架在高溫定型後，在低溫時壓縮 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（biàn）溫 度，從奧氏體轉變為馬氏體，當外部保護鞘去除後，支架（jià）自行張開（kāi）到預定的直徑， 起（qǐ）到對狹窄病變區域的支撐作用。其中，血管（guǎn）支架在未變形時的相為奧氏體相， 撐開（kāi）後轉變為（wéi）馬氏體相，相變會改變合金的（de）機械性能，但不（bú）會改變其原始成分， 當發生奧氏體到馬（mǎ）氏體相變（biàn）時，材料的硬度（dù）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，發生相變後也不（bú）會對人體產生副作用。

 

南（nán）京航空航天大學采用的合金材料為鎳（niè）、鈦，第三種成分為Co或Cr或V中的一種。第三種成分可使材料表麵形（xíng）成致密穩定的氧化膜，有效抑製孔蝕的發生，從而（ér）提高血（xuè）管支架整體的耐蝕性， 保證支架在人體內部（bù）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（zhōu）邁普再生醫學

 

現（xiàn）有的金屬類脊柱側彎內固定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等（děng）公司的（de）相關專利及技術資料中都有提到，然而現有脊柱側（cè）凸手術矯形也存在（zài）一些問題，如：假關節形成（chéng）、內固定失敗 (斷釘、棒和（hé）脫鉤等)、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（yī）生在製定手術方案時，往往麵臨著是選擇（zé）激（jī）進還（hái）是保守治（zhì） 療的難題。

 

脊（jǐ）柱（zhù）側彎疾病有個特點（diǎn），每個病人的脊柱變形都（dōu）不盡相同，側凸角度、 旋轉角度、脊椎骨形態、側凸位（wèi）置及對周邊影響、脊柱旁軟（ruǎn）組織結構都不盡 相同，臨床醫生有個性化器械的需求。廣州邁普再生醫學（xué）發現3D打印技術的進（jìn）步使製造更符合病人生理構造的個性化的脊柱矯形內固（gù）定器械成（chéng）為可能。4D效應就是3D打（dǎ）印材料自動變（biàn）成為預設的模型，是在3D打印的（de）基礎上增加了時（shí）間維（wéi）度，也就是（shì）廣州邁普再生醫學的具有4D效應的脊柱側凸內固（gù）定矯（jiǎo）正裝置中的4D的含義，隨（suí）時（shí）間可控變形的性質（zhì）是（shì）通過基於應力（lì）平衡的方（fāng）式實現的。

 

3D科學穀了解到廣州邁普再（zài）生醫學（xué）的打印過程主要包括（kuò）以下步驟（zhòu）： 

 

-通過3D打印激光燒結打印技術（shù）製備鎳鈦基記憶合（hé）金材料骨架，待（dài）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）；  

-通過3D打印熔融沉積（jī）式打印技術，在得到的鎳鈦基記憶合金材料骨架（jià）上沉積熱塑性材料從而製備熱（rè）塑性材料外殼或者單獨（dú）製備熱塑性 材料外殼再將鎳鈦基記憶合金材料（liào）骨架與熱塑（sù）性材（cái）料外殼組合（hé），其中所述鎳 鈦基記憶（yì）合金材料骨架的定位孔與所述熱塑性（xìng）材料外（wài）殼的定位銷進（jìn）行配合， 從（cóng）而得到功能單（dān）元。