بازی مکانیکی بین آلیاژها و پوشش ها

https://www.mycomedical.com/post/hypodermic-سوزن‌ها-و-سرنگ‌ها

زاویه هسته:استحکام، چقرمگی، مقاومت در برابر خستگی oسوزن fمواد و عملکرد مکانیکی آنها در طول فرآیند سوراخ کردن.

یک سوزن زیرپوستی به ظاهر معمولی با یک چالش اساسی در عملکرد خود مواجه است: چگونه می توان یک سوراخ مطمئن را تکمیل کرد و در عین حال کمترین ضربه را ایجاد کرد. این در اصل یک بازی مکانیکی در علم مواد است. سوزن باید آنقدر سخت باشد که بتواند پوست سخت را سوراخ کند و در عین حال به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد تا در هنگام خم شدن از شکستگی جلوگیری کند.

دلیل اصلی تبدیل شدن "فولاد ضد زنگ" که قبلا ذکر شد این است که فولاد زنگ نزن آستنیتی (مانند 304 یا 316L) عملکرد کلی فوق العاده ای را ارائه می دهد. قدرت تسلیم بالای آن باعث می شود که نوک سوزن هنگام برخورد با بسته های فیبر کلاژن پوستی غلت نخورد. در همین حال، شکل‌پذیری خوب آن باعث می‌شود سوزن بیشتر مستعد تغییر شکل خمشی باشد تا شکستگی شکننده هنگام برخورد با استخوان یا خم شدن تصادفی-سوزن شکسته داخل بدن، یک حادثه پزشکی بسیار خطرناک است.

در مقابل، "نیکل{0}}آلیاژ کروم" (مانند اینکونل) در سناریوهای تخصصی تر استفاده می شود. چنین آلیاژهایی خواص مکانیکی عالی را حتی در شرایط دمای بالا و محیط‌های بسیار خورنده حفظ می‌کنند. به عنوان مثال، در روش‌های مداخله‌ای که توسط تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) هدایت می‌شوند، سوزن‌های غیر مغناطیسی یا ضعیف مغناطیسی مورد نیاز است، که آلیاژهای مبتنی بر نیکل را به دلیل نرخ مغناطیسی کم، انتخاب ارجح می‌دانند. در عین حال، برای سوزن‌های کاتتر بی‌حسی اپیدورال که نیاز به سوراخ‌های مکرر دارند، مقاومت بالای آن‌ها در برابر خستگی ایمنی پس از چندین بار استفاده را تضمین می‌کند.

حالت های خرابی سوزن نیز قابل توجه هستند. جدای از خمش ماکروسکوپی، رایج‌تر-تراشه‌های میکروسکوپی سطح لبه میکرو-است. هنگامی که نوک سوزن به طور مکرر با لایه شاخی{4}}یک مانع طبیعی پوست{5}}تیغه-شبیه آن فشار موضعی شدیدی را تحمل می کند. اگر سختی مواد کافی نباشد، این لبه‌ها بریدگی‌های میکروسکوپی ایجاد می‌کنند که با چشم غیرمسلح نامرئی می‌شوند. این بریدگی‌ها نه تنها مقاومت را در حین سوراخ کردن مجدد افزایش می‌دهند، بلکه ممکن است قطعات ریز بافت را خراش دهند و پاسخ‌های التهابی موضعی را تحریک کنند.

برای رفع این مشکل، فناوری‌های مهندسی سطح پیشرفته معرفی شده‌اند. به عنوان مثال، عملیات نیتریدینگ پلاسما می‌تواند یک لایه نیترید سخت را بر روی سطح سوزن‌های فولادی ضد زنگ تشکیل دهد که به طور قابل‌توجهی سختی سطح را افزایش می‌دهد و در برابر خرد شدن میکرو- مقاومت می‌کند. و "پوشش سیلیکونی" که قبلاً ذکر شد، علاوه بر اثر روان کنندگی، می تواند عیوب سطح میکروسکوپی را نیز تا حدی پر کند و رابط صاف و قوی تری ایجاد کند.

از منظر مکانیک مواد، اصل عملکرد یک سوزن زیرپوستی ایده‌آل این است: استفاده از یک ماده پایه با استحکام بالا و چقرمگی بالا برای تحمل بار اصلی، سپس از طریق ماشینکاری دقیق و اصلاح سطح، ایجاد یک ترکیب خواص مکانیکی بهینه در حساس‌ترین نوک و مستعدترین-دیوار خارجی مستعد سایش. این یک آشتی ظریف از "سفتی" و "انعطاف پذیری"، "تیزبینی" و "سختی" در مقیاس نانو است.