聚己内酯增强β-磷酸三钙复合支架的制备及力学性能

针对生物陶瓷在大段骨缺损的修复重建中韧性不足的问题,采用数字光处理技术和涂层工艺,制备了集高强度韧性一体化的生物陶瓷β-磷酸三钙/聚己内酯复合支架,并研究了聚己内酯涂层浓度对复合支架抗压抗弯性能和微观形貌的影响。实验结果表明:聚己内酯涂层可有效提高β-磷酸三钙陶瓷支架的力学性能,复合支架的强度和韧性均与聚己内酯涂层浓度呈正相关性;随着聚己内酯涂层浓度的提高,复合支架的可靠性显著提高,涂层效果有明显的改善,但不均匀现象也越明显;结合力学性能和微观形貌评价发现,0.20 g/mL聚己内酯增强β-磷酸三钙复合支架的综合性能最佳。该研究可为制备满足骨生长到骨强化两阶段力学性能要求的复合支架提供参考。

金属基体表面超疏水涂层材料的制备及应用研究进展

金属材料因具有优异的综合力学性能,广泛应用于国防军工、工业装备制造等领域中。由于应用环境复杂多变,金属基体材料很容易受到外界环境的影响而发生表面腐蚀和结冰等问题,从而导致关键装备的功能显著下降甚至失效。为解决上述问题,国内外科研人员研发了在金属基体表面沉积超疏水涂层。由于超疏水涂层材料表面通常具有水接触角超过150°和滚动角低于10°的特殊润湿表面特性,要达到超疏水性能,一般需要具备微纳米粗糙结构和低表面能物质修饰两个条件。首先,介绍了制备超疏水涂层材料的常用方法,包括喷涂法、刻蚀法、模板法、沉积法等,并对主要优缺点进行了探讨。然后,在不同制备方法的基础上,进一步探讨了超疏水涂层在防结冰、防腐蚀、减阻、自清洁等领域中有效应用。最后,总结了近年来超疏水涂层材料技术的研究进展,并对未来超疏水涂层材料的研发方向进行了展望。这些研究成果为金属材料在复杂多变的应用环境中提供了更可靠的保护措施,有望提升关键装备的性能和寿命。

聚醚醚酮/羟基磷灰石复合植入物的制备及性能研究

为了解决聚醚醚酮(PEEK)无法满足植入物材料的生物学性能要求的难题,提出采用熔融沉积成形(FDM)和溶液共混的方法,在聚醚醚酮基体表面涂覆聚醚醚酮/羟基磷灰石(HA)复合涂层,增强涂层与基体之间的结合,制备出高强度高生物活性的复合植入物,并研究了HA含量、烧结温度和烧结时间对复合植入物力学性能的影响。根据缺损模型制备出了具有复杂结构的个性化狗下颌髁状突PEEK/HA复合假体,对假体形状精度进行了评价,完成了假体置换实验,结合细胞毒性实验对复合植入物的生物相容性进行了评价。研究结果表明:HA的质量分数为40%时,涂层与基体结合强度较好。当烧结温度为240℃、烧结时间为20 min时,涂覆效果和样件的力学性能最好。细胞毒性实验和假体置换实验结果表明,采用该工艺制造的复合假体具有优良的生物相容性,且形状精度满足使用要求。

脑深部刺激电极表面多壁碳纳米管的电泳沉积工艺研究

为了提高脑深部刺激(DBS)电极组织界面的电学性能和生物相容性,提出一种直流电泳沉积多壁碳纳米管(MWCNTs)制备电极表面纳米结构对电极进行修饰改性的方法,将不锈钢片和铜电极接在直流电源的阳极和阴极,放入经过纯化处理和功能化处理后配制成的MWCNTs悬浊液中,设置电压和电泳时间,即可在不锈钢片上沉积多壁碳纳米管。对多壁碳纳米管修饰电极的电泳沉积工艺进行了研究,评价了电泳沉积形成的多壁碳纳米管薄膜的稳定性、材料成分和生物学特性。研究结果表明,电泳沉积多壁碳纳米管的最佳参数是20V和7min,电泳沉积可以在电极表面形成20～100nm的碳纳米管结构膜层,膜层表面颗粒均匀,排列致密,连续性好,没有裂纹,且薄膜的纯度较高,生物相容性良好,具有较好的电化学稳定性,但机械稳定性有待提高。该方法在保证电极-组织界面生物相容性的基础上,能有效避免电极电性能下降,从而提高电极的综合性能。

磁压榨直肠阴道瘘闭合修补装置的改良设计

目的对本研究团队之前设计的用于磁压榨直肠阴道瘘闭合修补装置进行改良设计。方法分析原有磁压榨直肠阴道瘘闭合修补装置的缺陷,提出了针孔固定的结构方案,并设计了用于磁压榨直肠阴道瘘闭合修补的磁吻合钳。结果针孔结构的设计能够有效防止磁体滑脱,磁吻合钳的孔杆结构能够对吻合磁体起到固定作用,并且有利于吻合磁体的放置。结论磁压榨直肠阴道瘘闭合修补装置的改良设计方案可行,有利于吻合操作。

基于磁锚定技术的磁性水凝胶辅助内镜黏膜下剥离术

目的针对内镜黏膜下剥离术(Endoscopic Submucosal Dissection,ESD)术中黏膜创面暴露难题设计基于磁锚定技术的磁性水凝胶辅助ESD手术方案。方法分析目前ESD手术中影响黏膜暴露的关键性因素,在前期磁外科相关研究积累的基础上,提出了磁性水凝胶黏膜注射,同时给予体外锚定磁体牵引,以实现黏膜切除中创面的充分暴露的方案,并对其锚定力进行了初步实验。结果体外模拟实验提示,大鼠皮下注射磁性水凝胶后,锚定磁体能够对注射了磁性水凝胶的皮肤产生足够的锚定牵拉力,且磁性水凝胶能够很好地聚集于注射部位。结论基于磁锚定技术原理的磁性水凝胶黏膜注射能够辅助ESD术中黏膜创面的显露,具有很大临床应用价值。

磁锚定技术辅助内镜下胃空肠吻合

目的根据磁锚定原理设计用于辅助内镜下胃空肠吻合的相关器械。方法分析目前内镜下胃空肠吻合操作中存在的技术瓶颈,结合研究者前期在磁外科方面的研究积累,设计了消化道腔内磁锚定技术辅助胃空肠吻合相关器械。结果提出了电磁-液磁耦合胃肠锚定穿刺方案,内镜下通过在胃内放置电磁装置,在空肠内通过导管输送液磁,电磁装置通电工作后可产生磁场力吸附空肠内液磁,使胃壁和肠壁紧密贴附,为内镜下建立胃空肠穿刺提供靶向性,大大提高了穿刺的安全性。体外模拟结果显示磁力能够满足实际操作需要。结论电磁-液磁耦合消化道腔内磁锚定技术能够提高内镜下胃空肠穿刺的靶向性和安全性,能有效解决内镜下胃空肠吻合的技术瓶颈。

可吸收生物玻璃陶瓷/聚己内酯复合接骨板的制备工艺及力学性能

针对生物陶瓷存在脆性高、韧性差无法满足接骨板所需的力学性能的问题,提出采用光固化陶瓷成形技术结合聚合物渗透法,在多孔陶瓷中渗透聚己内酯,制备出集强度韧性和生物相容性于一体的可吸收陶瓷/聚己内酯复合结构。对不同烧结保温时间下多孔陶瓷的微观孔隙分布进行了研究,探讨了不同渗透时间对可吸收玻璃陶瓷/聚己内酯复合材料微观结构和力学性能的影响,分析了多孔陶瓷在渗透聚己内酯前后和不同渗透时长两种情况下的增强增韧机理,并利用所提出的方法制备玻璃陶瓷/聚己内酯复合接骨板。实验结果表明:当多孔陶瓷微观孔隙较多时,利于后期渗透工艺;渗透聚己内酯可大大改善复合材料的力学性能,在应力屏蔽和缺陷修复两种机制综合作用下复合材料的抗压强度和抗弯强度显著增加,其韧性也因聚己内酯固有韧性和裂纹桥接机制有所提升。根据该工艺研究,当烧结保温时间为120 min、渗透时间为240 min时,复合材料的力学性能最佳,强度和韧性达到最佳,为可吸收接骨板提供了一种可行性方案。

个性化聚醚醚酮植入物的制造工艺研究

为了解决个性化假体数控加工材料浪费严重、加工成本高、异形薄壁件加工困难,以及增材制造力学性能不足的难题,提出了一种利用光固化3D打印技术制造个性化聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone,PEEK)假体的耐高温树脂注塑模具,并进一步通过注塑工艺获得高强度个性化假体的方案。该方案充分地结合了3D打印技术和传统注塑技术的优势,即利用3D打印技术实现复杂的结构形状,利用传统注塑技术实现优异的综合力学性能。研究了在模芯设计过程中分型面的设计原则、模芯合模固定方式的选择原则以及模芯是否填充材料的原则。利用该方案制造了个性化PEEK颅骨和下颌骨假体,并对注塑件进行结晶度测试、组织观察。结果显示,PEEK注塑件的结晶度为30.82%,注塑件组织致密,无孔隙和缺损。因此,采用3D打印和注塑相结合的方案制造具有综合力学性能的个性化PEEK植入物是可行的,对个性化PEEK植入物在临床的广泛应用具有一定的参考作用。

多孔硅酸钙/明胶复合支架制备工艺及力学性能研究

针对可控复杂孔隙结构的多孔生物陶瓷支架难以通过传统方法制备、强度低、脆性大等问题,提出了一种将光固化工艺和渗透明胶工艺相结合的方法,制备了具有优异力学性能的多孔硅酸钙/明胶复合支架。通过扫描电子显微镜研究了不同明胶质量浓度复合支架的微观结构,探讨了明胶溶液质量浓度对多孔硅酸钙/明胶复合支架Z向和X-Y向力学性能的影响规律。结果表明:渗透明胶后,明胶填充了支架的部分微观孔隙并涂覆在支架表面。当明胶质量分数为5%和7.5%时,试样宏观孔隙连通性较好,强度和韧性得到了明显提高。此质量浓度范围下复合支架仍存在各向异性,在Z向的压缩强度提高了0.63~1.67倍,最高达到5.91 MPa,应力能密度提高了0.84~1.77倍,最高达到530×10^(4) J/m^(3);X-Y向的压缩强度提高了1.56~2.07倍,最高达到10.01 MPa,应力能密度提高了1.51~3.33倍,最高达到10.75×10^(4) J/m^(3)。因此,明胶质量分数为5%~7.5%是制备多孔硅酸钙/明胶复合支架的合适浓度。

基于周期性放电的风电场隐患预警研究及应用

讲述一种集电线路隐患预警的判定过程,通过将集电线路不存在周期性或周期性不明显的异常放电数据进行二次判断,多层次分析集电线路的异常放电状况,再依据处理后的数据变化规律,判断线路的绝缘状况。诊断方式基于周期性放电数据的特征,将放电出现概率较高的时间段内的放电数据作为分析基础。

基于磁压榨技术的直肠阴道瘘一期修补装置

本文介绍了一种适用于直肠阴道瘘一期闭合修补的磁吻合装置。直肠阴道瘘一期修补磁吻合装置由两个弧形磁体组成。使用时经阴道操作，在瘘口边缘间断挂线，将直肠阴道瘘瘘口向阴道侧提拉，沿阴道长轴方向在提拉的瘘口基底部两侧分别放置弧形磁体，两边弧形磁体自动对位吸合压迫关闭瘘口。抽除牵引线，磁体留置于阴道侧壁上，2～4周内直肠阴道膈压迫吻合，同时磁体问的组织缺血坏死，最后连同磁体一起从阴道侧壁脱落排出。该装置充分利用磁吻合能实现组织炎症感染状态下吻合的特点，解决了传统直肠阴道瘘修补术复发率高和需要转流性造口的弊端。

基于磁压榨技术的内镜下胃十二指肠旁路吻合装置

目前临床上胃十二指肠旁路吻合只有在外科手术操作下才能完成，而外科手术以及麻醉带给患者的打击不容忽视，尤其是当十二指肠恶性梗阻患者基础条件较差时，姑息性手术带给患者的受益和打击往往令临床医生难以权衡，部分患者因此而失去了治疗机会。

聚醚醚酮熔融沉积成形强度工艺参数的优化

为了提高聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)熔融沉积成形(Fused deposition modeling,FDM)强度,利用正交试验方法研究了FDM打印工艺参数与力学性能之间关系。对喷嘴温度、打印速度和填充角度等影响因素下PEEK样件的力学性能进行对比分析,研究现有条件下最优打印参数,提高成形质量。结果表明各个工艺参数对试验结果的影响程度不相同,影响最为明显的是喷嘴温度,其次是填充方式,打印速度对试验结果的影响较小。最佳工艺参数组合为:喷嘴温度420℃,打印速度10mm·s^?1,填充方式0°。改善工艺参数后可提高PEEK成形件的强度,制造出的个性化假体的力学性能能够满足临床使用的要求。一例PEEK假体已经成功应用于临床,为其在临床上的广泛应用奠定基础。

磁吻合术在外科手术中的研究现状及应用

目的总结磁吻合术在外科手术中的研究及应用进展。方法广泛查阅国内外磁吻合术相关文献,并进行综合整理分析。结果磁吻合术用于体内管腔重建简单有效,与腹腔镜联合使用具有创伤小、恢复快的优点。磁吻合术目前已开始用于临床,但其吻合机制尚未完全揭示,且在胃肠及某些大尺寸腔体存在磁体排出难的问题,故仍需要进一步研究和优化。结论磁吻合术相对于传统手工缝合具有较大优势,尤其微创磁吻合术有着巨大的发展前景。

适用于磁压榨吻合的平移钳的设计

目的:提出了磁压榨吻合操作中可用于磁体夹持固定的平移钳的结构设计方案。方法:分析本团队多种原创性磁压榨吻合技术操作中存在的缺陷和不足,认为目前磁压榨吻合操作中依靠术者徒手控制或利用现有血管钳对磁体进行夹持和固定,是造成操作中诸多不便的主要原因。从力学角度分析了常规血管钳夹持磁体易导致磁体滑脱的原因,指出设计加工磁吻合专用钳是解决目前磁吻合操作不便的有效措施。在此基础上提出了利用平移钳来固定磁体的结构设计方案,并从力学角度进行了受力分析,设计出了用于磁压榨吻合操作中磁体夹持固定的平移钳。结果:平移钳的结构设计能够稳定夹持磁体,避免磁体滑脱;同时,借助齿轮传动结构控制钳头的平行移动能够更好地控制磁体的精准对吸和分离,可进一步简化操作,避免副损伤,节省手术操作时间。结论:平移钳能满足多种形状及大小的磁体的夹持和固定,可有效控制磁体的吸合与分离,极大地方便操作。该平移钳加工简单,使用方便,有助于推动磁压榨吻合技术在临床广泛开展。