超聲手術刀用超聲換能器

所屬學院：數理學院

合作方式：?整體轉讓 ?技術許可 ?作價入股 ?合作開發

成果簡介：

隨著我國肝、腦腫瘤、骨科疾病等患者數量的增加，超聲換能手術刀的市場需求增長迅速，作為先進壓電材料超聲換能器在醫療領域的重要大功率應用之一，其市場長期被國外強生等公司所壟斷，致使其價格昂貴，難以滿足普惠醫療的需求；在《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（2012-2030年）》中明確提出了突破生命健康、普惠醫療中的重大科技瓶頸的主要方向和科技部2018年要重點做好“科技支撐健康中國建設”的工作中又提出了推進重大產品攻關，加速推進醫療器械國產化、高端化、品牌化、國際化發展的目標的大背景下，超聲換能手術刀國產化迫在眉睫。本團隊經過長期研究，面向超聲換能手術刀大功率醫療應用，研制出了高性能、高穩定性的先進壓電材料及器件，將有望實現產業化對打破國外壟斷、實現普惠醫療和促進社會經濟發展。

成熟程度及推廣應用情況：

目前處于何種研發階段：?研發 ?小試 ?中試 ?小批量生產 ?產業化；樣機：?有 ?無

推廣應用情況：借助于北京科技大學廣州新材料研究院中試孵化基地，與國內多家公司合作開展高頻超聲換能手術刀等器件的研究。

技術優勢：

超聲手術刀用換能器的關鍵技術就是壓電陶瓷振子材料的研發與制備，需解決的卡脖子技術問題在于：一、難以同時擁有高的機械品質因數Qm、壓電系數d33、機電耦合系數Kp以及較小的介電損耗tanδ等良好的綜合機電性能，如通過設計氧空位、降低鐵電疇翻轉等手段提高Qm、降低tanδ勢必會引起d33、Kp、ε等參數的下降；二、難以維持高綜合機電性能的良好穩定性（溫度、頻率等），如受壓電陶瓷相界、鐵電疇結構等因素的影響，目前國內多數團隊研發的壓電陶瓷性能隨溫度的變化較大，難以滿足實際的應用需求。本團隊通過多年研發，獲得綜合性能優異的超聲換能壓電陶瓷，具體性能指標為Qm~2580、kp~0.59、tanδ~0.006，該綜合性能高于美國電力轉換公司APC841型號產品。

性能指標：

機械品質因數Qm~2580。

機電耦合系數kp~0.59。

介電損耗tanδ~0.006。

市場分析：

截止2020年2月底，全國三級醫院2762家，二級醫院9730家，若平均三級每年消耗80把，二級醫院50把，每年保守預估消耗約70萬把超聲手術刀，進口定價6000-7000元一把，按6500元計算，國產定價2000-3000元一把，按2500元計算。雖然近年來，清華大學，中科院聲學所東海研究站、瑞聲科技、南京森盛、瑞奇外科器械（中國）、北京安和加利爾科技有限公司等相關機構和公司都對超聲手術刀進行了研發，也有一些系列的超聲手術刀投產，但在質量和品牌知名度等方面與國外產品仍然有較大的差距，中國超聲手術刀的進口依賴度仍然在85%以上。中國超聲手術刀的進口來源地主要為美國、日本、韓國等。因此，我國急需研制高水平、價格適中的超聲手術刀來滿足廣大患者的需求，中國超聲手術刀的進口替代空間非常大。

經濟效益分析：

通過中試研究，預計兩年內實現量產。

成果亮點：

1.具有自主知識產權，研究成果已授權發明專利1項，申請1項。

2.成果來源：國家杰出青年基金、青年拔尖人才支持計劃、北京科技大學廣州新材料研究院成果孵化項目等。

3.技術先進性：國際先進，利用本項目生產的超聲換能器組裝的手術刀具有發熱少、運行穩定等優勢，可媲美美國電力轉換公司APC841型號產品和日本株氏會社醫療用富士陶瓷C-213型的性能，可實現進口產品取代，打破壟斷局面。

團隊簡介：

陳駿教授，長期從事熱、磁、電功能材料研發及應用研究。

陳駿，教授，博導，北京科技大學數理學院院長，曾獲國家杰出青年基金（2018年）、國家自然基金委優秀青年基金（2013年）、全國百篇優秀博士學位論文（2009年）、德國洪堡博士后基金（2008年）。本團隊現有教授2人，副教授4人，講師1人，博士后1人，博士生、碩士生30余人。團隊長期從事磁電功能材料結構及成分設計，熱膨脹可控的功能材料及應用，新型能源存儲與轉換材料與器件研究。團隊自2008年開展鐵電壓電新穎功能陶瓷合成及微觀結構方向的研究工作。研究了一系列鈣鈦礦型鐵電壓電性能優異的陶瓷材料。采用同步輻射原位分析技術研究了鐵電壓電體系晶體結構特征，揭示了優異壓電性質的結構因素。近5年，以第一作者/通訊作者在Science、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett.等學術期刊發表與鐵電材料相關的SCI論文50余篇。為解決高端換能器卡脖子問題，團隊針對不同用途的換能器設計和制備出了一些列高性能壓電陶瓷材料：1、開發出可用于高靈敏度接收型換能器壓電陶瓷材料，主要技術參數：介電常數?r>6000，壓電常數d33>900 pC/N，機電耦合系數kp>70%，機械品質因數Qm<50，居里溫度tc>180 oC，燒結溫度Ts<1200 260-360="" 240-340="" d33="">350 pC/N、居里溫度Tc>480 oC、燒結溫度Ts<1000 oC，且陶瓷中鉛的質量占比<20%；4、開發在超寬溫區具有高介電常數的無鉛鐵電陶瓷（室溫~350 oC，?r~1300 ?10%）；5、開發多種具有優異溫度和頻率穩定性的無鉛儲能陶瓷電容器。  

成果相關照片：

壓電超聲換能器結構圖

聯系方式：

北京科大科技園

010-62333830,62335841,62335665,62333626