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3D打印重建颈椎运动功能 新技术给金属材料“做按摩”

日前,在西安交通大学的科技成果发布会上,西安交大主持获得陕西省科学技术奖励一等奖的“3D打印技术重建脊柱脊髓功能的临床应用与相关研究成果”和“微纳尺度典型金属材料的力学特性及其内在机理”两个项目团队成员介绍了项目的相关情况。

关于3D打印技术重建脊柱脊髓功能的临床应用与相关研究成果,“这个项目结合金属3D打印技术,开发出个性化穹窿顶钛笼式人工颈椎,在国际上创新性提出了椎体次全切术后可动人工椎体-椎间盘复合体植入、重建椎体运动单位功能的理念,研制出可动人工颈椎假体和人工寰齿关节。”该项目的团队成员西安交通大学医学院第二附属医院主治医师蔡璇说到。

由于传统钛笼塌陷率高,并发症多,“研发3D打印个性化穹窿顶钛笼,精准度更高,降低塌陷率,提高了手术疗效。”蔡璇介绍到,目前经过200余例的临床应用,随访资料证实钛笼塌陷等并发症发生率从大约90%降低到10%,较传统钛笼的塌陷发生率显著下降。

关于可动的人工颈椎的优势,“与传统融合术相比,可动的人工颈椎成功保留颈椎侧屈及旋转活动度、降低邻近节段应力,并且能长期维持颈椎生物力学的稳定性,这就为解决颈椎次全切、减压融合术后活动度丧失这一世界性难题提供新思路。”蔡璇说到,在2016年,他们开展了世界首例可动人工寰枢关节置换术,“术后患者疼痛症状缓解,神经功能恢复,颈椎旋转运动得到很好的保留,这是相较于一般的传统手术最大的优势。”

微纳尺度典型金属材料的力学特性及其内在机理项目团队成员刘博宇介绍,社会发展对功能器械小型化的强劲需求推动着微纳米科技的快速发展,对高性能长寿命器件的设计需求期望微纳尺度材料结构与性能的理论知识体系尽快得以系统建立。把这些微纳米材料中固有的缺陷给修复掉,就像是给金属材料“做按摩”。“但是,迄今为止并没有成熟的理论体系来描述微纳尺度材料的力学特性及内在机理。”

“一方面,我们系统研究了典型金属材料在微纳尺度下的力学特性及其潜在的物理机理,另一方面根据其塑性变形机理提出了有针对性的强韧化策略。”刘博宇说到,“我们研究发现,通过低力度、多次数加载,可以把这些微纳米材料中固有的缺陷给修复掉,经过修复之后的金属材料就能达到一个非常高的水平,我们的手机、电脑中大规模集成的元器件的零件都处于微纳米的尺度,通过我们的研究发现,这些微纳米尺度下的缺陷是可以被修复的。”


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