近日，廣東工業大學王成勇教授課題組在生物組織操作與切除領域的研究基礎，與美國密歇根大學安娜堡分校Albert Shih教授、美國馬薩諸塞大學陳雷助理教授及英國諾丁漢大學廖志榮副教授等共同合作，篩選了近340篇相關文獻對生物硬組織材料切削加工進行了全面的總結和系統分析討論。
該成果以”Advances in machining of hard tissues – From material removal mechanisms to tooling solutions”為題發表在製造學科國際頂刊International Journal of Machine Tools and Manufacture (IJMTM，IF=7.880，排名：5/133)，論文長達47頁，含53張圖，7個表格，歷時兩年完成。
該文章梳理了近年來的重要研究成果，從材料去除機制到刀具最佳化方案進行了詳細討論。作者著重從生物硬組織的材料結構、機械及熱物理效能等特性出發，闡述了不同機械方式下以及超聲輔助加工方式下的材料切除機理，分析了不同加工方式下的加工特性以及切削力與切削溫度理論模型，總結了硬組織切削機械及熱損傷型別，及刀具結構及切削引數等對損傷程度的影響，提出了刀具設計最佳化理論及新思路，最終根據骨材料切除理論研究存在的主要科學問題和研究重點進行了分析和總結，為設計製造高效低損傷手術刀具、臨床骨科疾病的合理治療以及外科手術治療研究提供了理論依據。
對於鐳射及水射流等能場加工方式的特種能場的切除機理和加工特性，在課題組發表在製造學科國內TOP期刊《機械工程學報》“生物組織精準手術器械設計製造”特邀專欄的文章《生物骨材料切除理論研究綜述》中已進行了全面總結。
論文整體框架
據瞭解，生物硬組織材料（包含皮質骨、松質骨、牙釉質及牙小管）是人體中最重要的組成部分，其切削是一種常規的臨床操作，常見於日常的整形外科、創傷骨科、關節外科、脊柱外科、口腔科以及神經外科等外科手術中。臨床目的包括手術過程快、術中質量高且術後恢復快，以降低醫生的手術負擔，減少患者的康復時間和併發症，保證手術高效低損傷的質量。生物組織材料屬於高度異質結構，同時具備纖維狀聚合物（即膠原蛋白）及陶瓷奈米顆粒（即羥基磷灰石）的結構特性，使其具備裂紋偏轉、裂紋橋接、纖維橋接及微裂紋四種增韌特性，且具備脆性或半脆性特性。生物組織材料不同於傳統複合材料或金屬材料，其具有內含空洞、體液及細胞，且具備熱敏感性及活細胞再生能力，以及顯著的個體差異性。由於手術類別多、手術器械種類雜、手術操作過程繁，使得生物硬組織的加工方式呈現多樣化，即包括鑽/銑/磨/鋸等機械加工方式，也包含超聲、鐳射/水射流等特種能場加工方式。分別從材料力學效能、熱物理特性及切除形式的角度對生物硬組織材料切除及刀具結構設計均提出了嚴峻挑戰。
生物硬組織加工的臨床目的、科學問題及未來挑戰
作者簡介：
通訊作者：王成勇教授，現任廣東工業大學副校長、教授、博導，享受國務院政府特殊津貼專家。長期從事難加工材料加工、生物組織加工與醫療器械研究。現任廣東省微創手術器械設計與精密製造重點實驗室主任。主導建設《機械製造基礎》課程，獲首批教育部課程思政教學團隊、教學名師和示範課程（2021年）、首批國家級一流本科課程（2019年），2009獲第四屆廣東省高等學校教學名師獎。主持完成國家自然科學基金專案12項（其中重點專案3項）、國家重點研發計劃課題等國家、省部級以及企業委託專案多項，在IJMTM、JMPT、機械工程學報（中、英）等專業領域期刊發表論文多篇，授權發明專利80餘項，部分研究成果已實現產業化；獲國家科學技術進步二等獎（2019年）和中國機械工業科學技術獎一等獎（2018年）、廣東省科技進步獎一等獎（2014年、2021年）、廣東省科技獎自然科學二等獎（2009年），廣東省丁穎科技獎（2021年）。
第一作者：張月博士生，2014年進入ACTCC王成勇教授團隊，主要從事生物組織切除加工理論研究及醫療手術器械設計製造與應用。目前作為核心成員，參與國家自然科學基金面上專案、國家自然科學基金青年基金等專案，以第一作者發表SCI論文2篇，EI論文1篇，會議論文1篇，授權實用新型專利4項，申請發明專利4項。
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本文轉載自廣東工業大學官網
