医疗机械

Memry医用超弹性镍钛合金的应用

发布时间:2024/11/7 13:22:43   
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第一批镍钛合金管由位于加利福尼亚州门洛帕克的RaychemCorporation制造,年在Raychem和U.S.surgical(AutoSutureEndo-Roticulators)共同开发的一组腹腔镜可操纵医疗设备中首次商业化亮相。从那时起,应用设备不断复制并达到了前所未有的水平,而且今天仍在增加。大多数情况下,由于其独特的特性和生物相容性,镍钛诺管在微创医疗设备的设计者中得到了最强有力的支持,因为其高昂的价格标签限制了其进入主流工业或商业应用。从导管到超弹针,从支架到其他植入结构,镍钛诺调谐与不锈钢、钛一样成为众多医疗器械企业的首选材料之一。扭结或抗压性、柔韧性、大的可恢复变形、良好的疲劳寿命以及在体温或体温附近的出色超弹性行为使镍钛诺管的应用成为可能,以减少和最小化关键医疗设备尺寸并执行其他材料无法实现的功能.如今,它是工程塑料和传统金属之间的最佳折衷方案。镍钛诺管通常制造成外径范围为0.10毫米至约10毫米,离散长度最长可达米,并以直的冷加工和热处理状态提供。一、简介自20世纪80年代后期以来,形状记忆材料,尤其是镍钛合金的超弹性行为已被医疗器械行业广泛利用。超弹性NiTi已成为一种具有战略重要性的材料,因为它可以克服与医疗设备小型化相关的广泛技术和设计问题,以及微创手术和创伤小手术的增长趋势。超弹性材料的关键特性为设计师和用户提供了聚合物和传统金属之间有趣的折衷方案。“金属的强度和塑料的柔韧性”或“超级弹簧”的限定词通常归因于超弹性镍钛合金。超弹性镍钛合金最重要和最相关的特性如下:与超弹性行为相关的优势:大的可恢复变形低永久变形或残留变形高平台应力和极限拉伸强度体温在超弹性温度范围内(50.8at%Ni–Ti)高势能储存能力与不锈钢和钛合金相似的耐腐蚀性能生物相容性多年来,经过冷加工和热处理达到超弹性状态的镍钛合金丝一直用于生产牙弓或医用导丝。超弹性管的引入开辟了新的领域,并带来了全新的设计和产品能力。人们显然可以理解在各种应用中都需要“工作管腔”,并且在这些情况下广泛使用了细规不锈钢管或皮下注射管。镍钛诺管可以减轻不锈钢的许多固有弹性限制。二、镍钛诺管材镍钛诺管技术是相当新的技术,与其他合金管技术相比,人们认为它仍处于起步阶段。此外,目前拉制的镍钛合金管的数量仍然只占全球海波管市场的一小部分。年代初期,美国外科公司(康涅狄格州诺沃克)和瑞侃公司(加利福尼亚州门洛帕克)共同开发的医疗器械中,镍钛诺管首次取得重大成功的商业应用:在此应用中,加载在设备远端的超弹性预弯曲镍钛诺管状组件允许设备头部从设备纵轴转向最多90度,从而为内窥镜外科医生提供额外的自由度。通过将镍钛诺管限制在直线配置中,微创装置可以通过体腔中的狭窄套管针端口引入,然后展开和操纵以允许在管道、血管、器官等周围进行特定的程序操作。管内腔用作设备头部致动机构的载体,通常是剪刀、抓紧器或解剖器头部。制造镍钛诺管材仍然是一项具有挑战性且成本高昂的工作,但正在快速发展,现在可以使用更小的量规和薄壁管材,部分原因是医疗设备界的强劲需求。三、合金和尺寸可用性当前制造的所有镍钛合金管中的绝大部分都是从非常典型的50.8at%Ni合金成分中提取的。这种合金在室温和体温附近具有良好的超弹性特性,使其成为各种医疗设备应用的理想选择。当需要热形状记忆效应时,更温暖的二元组合物(50.6at%Ni)也已成功地被吸入小规格海波管中。拉制三元合金成分的尝试(在较小规模上)也取得了成功,但市场需求尚未证明在该领域做出更大努力是合理的,因此这些合金往往仅在定制的基础上以更高的成本拉制。镍钛合金管的制造外径通常为0.15毫米至约6毫米,但在更有限和定制的基础上也可提供更大的尺寸(最大15毫米)。镍钛诺管材始终以离散长度(长达.5米)提供,并且处于冷加工和热处理状态。饰面包括原样和无心磨削的外表面。提供可选的内径浆液和/或珩磨处理以及化学钝化以增强耐腐蚀性。四、制造方法镍钛诺管是在无缝条件下拉制的,通常从通常被称为空心的枪钻棒料开始。大多数制造商都采用典型的管材拉拔技术:浮塞硬芯轴下沉(不带内部芯轴或插头绘制)除后者外,浮动塞头和硬心轴技术都需要在拉拔道次之间更换塞头或芯轴,以实现后续道次和直径的减小。Memry采用的专有技术允许连续拉制无缝镍钛合金管。在整个过程中,枪钻空心被拉在软金属心轴上作为复合组件,直到最后一步芯(软心轴)和外壳(镍钛诺管)分离时才更换心轴并与成品分开。从几何形状和特性的角度来看,这种技术可以实现(1)大量管材的高度一致性,(2)更小规格的管材,以及()更低的加工成本。五、应用除了管材提供的明显工作管腔外,与不锈钢海波管相比,镍钛合金的超弹性行为还具有广泛的优势。主要优点可列举如下:抗扭结和抗压灵活性大量的可恢复形变在广泛的变形范围内产生恒定或低的力储能和恢复这些特性使镍钛合金成为大量医疗器械的首选材料:1.导丝或导管轴在这种情况下,镍钛诺因其抗扭结性和“柔软”的最终用户感觉而被使用,因此可以通过非常曲折的路径进行精确放置和输送,而不会失去设备良好的扭矩性和推动性。管腔可用作将诊断或治疗介质输送到局部部位的方法,或用作其他装置(药物输送导管、针头、活检装置、激光或光纤导管、其他导丝等)的载体,如充气管腔(用于封闭或扩张球囊,例如用于经皮腔内血管成形术的球囊)2.外科器械在外科内窥镜手术中,大量的可恢复变形是这类应用中主要寻求的关键特征。通常形状设定的超弹性镍钛诺组件在非常高的机械应变(高达6-8%)下受到限制,等待通过狭窄的插管、套管针端口或经皮针插入患者体腔,在那里它们被部署并完全或以受控方式恢复到其原始形状。这种超弹性恢复允许设备远端的展开、转向、弯曲、扭曲等,并且管腔可以用作内部致动构件的载体(例如,可以驱动剪刀刀片、钳口等的电缆)、另一个设备的导向部件、药物或其他介质的输送口。镍钛合金管的柔韧性已用于骨科骨铰刀应用、关节镜导向器、精密光学或激光传输纤维的柔性保护、针头、活检装置等。.支架和激光切割结构镍钛合金管目前最大的应用之一是用于血管和其他导管的腔内植入支架。尽管可以使用竞争性管状线框支架,但大多数支架设计要求使用管材作为起始材料。超弹性镍钛诺管越来越多地用于自膨胀设计,因为它提供了更大的弹性和对外部压力的恢复能力,这在某些应用中被认为是至关重要的,例如颈动脉支架置入术或当动脉非常浅或承受大量弯曲和其他机械应力时。镍钛诺支架最常见的是在受限条件下(交付尺寸)进行激光切割,然后进行热处理(定形)以使其扩大直径。后处理包括电化学或机械精加工,以最大限度地提高血液动力学条件,增强抗疲劳和耐腐蚀性,最大限度地减少凝血和细胞增殖。支架被部署并允许通过经皮导管插入术在血管中自行扩张。展开的支架被阻止完全恢复其原始形状(与血管直径相比非常小)并且对血管壁施加非常温和的外部压力以保持其打开并使其反冲最小化。超弹性镍钛诺的低模量及其低卸载平台应力(通过材料的热机械加工进行调整)是此类应用所需的关键机械特性。相信自扩张超弹性镍钛合金支架将在颈动脉、主动脉和其他外周血管疾病的安全、微创或腔内治疗中发挥关键作用。还可以预见,由于材料允许导管小型化,进一步的支架开发和应用将解决非常小的远端和颅内病变。五、局限性除了本文件前面提到的有限合金可用性(二元)之外,迄今为止还有许多挑战和限制阻碍了超弹性镍钛诺管的更大利用:困难的管件制造(扩口、翻边、缩颈等)很难连接到异种材料难以电镀、涂层等。非线性行为和热滞后带来的设计挑战难以对行为进行建模和分析(FEA等)成本(约25美元至美元/米)供应商少六、总结自10年前这项技术问世以来,超弹性镍钛诺管材的加工和可用性大幅增加,使其能够广泛用于各种医疗器械专业领域。从导管到自扩张支架,从导丝到整形外科和其他设备,当工作管腔必须与非常高水平的弹性形状恢复相结合时,超弹性管已成为工程师工具箱中需要抗扭结性、低模量和力生成的关键元件。由于该材料在体温或接近体温时具有出色的超弹性行为,因此非常适合医疗器械应用,并且在许多关键情况下挑战了长期采用的不锈钢海波管。典型的非线性行为导致设计和制造复杂化、加工和后处理困难以及高成本限制了其在高度成本驱动的商业或不太关键的应用中的成功引入。

与用于其制造的制造技术的合理评估相关的最终产品规格或要求应规定实际材料要求,例如机械特性、转变温度、尺寸、热机械条件、表面条件或它们的组合。然后应将这些材料要求与镍钛合金管供应商的产品规格进行比较,并且必须建立配合或达成折衷。

富临塑胶供应医用超弹性镍钛合金

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