Уникальный сплав с двойной памятью формы позволит сделать большой скачок в медицине

SciTecLibrary.ru

Израильскими исследователями создан сплав с двойной памятью формы (SMA), на никель-титановой основе, известной также как нитинол. Этот сплав обладает уникальными свойствами - обратимо регулируемыми характеристическими температурами превращения без проведения многоцикловой "дрессировки". Его применение в качестве основы для создания медицинских имплантантов позволит получить новые уникальные возможности в медицинской практике по лечению сердечно-сосудистой системы, выводу желчных камней, улучшению работы пищевода, созданию легкоизвлекаемых имплантантов корней зубов и много другого.

Этот сплав создали Джозеф Фломенблит и Натали Будигина из израильской компании Litana LTD.

Сплавы двойной памяти формы – это сплавы, которые могут переходить из одной формы в другую, "запомненное" состояние при изменении температуры.

“Известно, что различные металлические сплавы обладают способностью изменять свою форму в результате изменения температуры” - говорят Фломенблит и Будигина. “Такие сплавы с памятью формы (SMA) могут претерпевать обратимое превращение из мартенситного состояния, в котором материал является относительно мягким и пластичным, в аустенитное состояние, в котором материал обладает сверхупругими свойствами и является относительно жестким.” Это превращение носит название "аустенитного превращения", а другое превращение, из аустенитного состояния в мартенситное, называется "мартенситным превращением".

Аустенитное превращение происходит в диапазоне температур, которые выше, чем диапазон температур, в котором происходит обратное превращение. Это означает, что, как только произойдет переход в аустенитное состояние, SMA будут оставаться в этом состоянии, даже если их охладить до температуры, более низкой, чем температура, при которой началось аустенитное превращение, пока температура является выше, чем та, при которой начинается мартенситное превращение.

Особый класс сплавов с памятью формы составляют сплавы никеля и титана - NiTi-сплавы. NiTi-сплавы находят разнообразное применение в медицине, а также в других областях.

Однако для широкого применения в медицине обычно желательно, чтобы сплав претерпевал аустенитное превращение в пределах узкого, точно определенного диапазона, например, расширитель для сосудов из типа сплава с двойной памятью формы, как правило имплантируют в тело, в то время, как он находится в мартенситном состоянии при температуре тела, а затем после нагревания, происходит его переход в аустенитное состояние, и он остается в аустенитном состоянии в дальнейшем, когда охладится до температуры тела.

При этом, для превращения SMA из мартенситного в аустенитное состояние требуется чрезмерный нагрев, что может повредить окружающие ткани, и таким образом в настоящее время использование его в медицине невозможно. Но потенциальные возможности применения при лечении различных заболеваний просто грандиозны! Например, можно искусственно расширять кровеносные сосуды, лечить желчные протоки также путем расширения с выпуском затоявшейся желчи и желчных камней, улучшать работу пищевода, втраивая расширители, делать имплантанты корней зубов, которые затем можно будет легко извлекать из деснины и многое другое. Все это дают подобные сплавы.

Но чтобы добиться этого применения, необходимо решить задачу, чтобы аустенитное превращение начиналось при температуре на несколько градусов выше температуры тела и должно проходить в диапазоне температур, которые не должны вызывать повреждение тканей вследствие чрезмерного нагрева.

Эту задачу удалось решить Джозефу Фломенблиту и Натали Будигиной.

Они разработали способ обработки сплава на основе NiTi для придания этому сплаву эффекта памяти формы (SME), имеющего обратимо регулируемые характеристические температуры превращения. Их способ не требует многоцикловой "дрессировки" для получения двойной SME, проходит в узком диапазоне температур, в котором происходит аустенитное превращение.

Их сплав имеет эмпирическую формулу Ni1Tim,An, где А представляет собой Ni, Cu, Fe, Cr или V l, m и n, представляющие собой соотношения атомов металлов в сплаве, причем l, m и n имеют, приблизительно, следующие величины: l=0,5, m=0,5-n, n=0,003-0,02.

Технология его получения проходит через следующие стадии:
(a) испытание необработанного NiTi-сплава с целью оценки внутренней структуры сплава посредством измерения разности [температур] между As и Af;
(b) первую термическую обработку необработанного NiTi-сплава на основании результатов, полученных на стадии (а) с целью получения сплава с заданной исходной внутренней структурой, имеющей по существу стабильную плотность случайно распределенных дислокации;
(c) термомеханическую обработку (ТМТ) сплава, включающую пластическую деформацию сплава с одновременным нагревом (например, посредством теплой прокатки или теплого волочения) для получения в процессе динамического старения (старение с приложением давления) полигональной субзеренной дислокационной структуры, декорированной выделениями;
(d) если деформация на стадии (с) не обеспечивает получения конечной формы, то осуществляют промежуточную термическую обработку сплава, для завершения одного цикла образования субзеренной дислокационной структуры;
(e) повторение стадий (с) и (d) до тех пор, пока не будет получена конечная форма; и
(f) завершающую термическую обработку сплава и обработку для придания ему памяти формы.

“Уникальной особенностью нашего способа является то, что эффект двойной памяти формы сплава получают только за один цикл деформации” - говорят Фломенблит и Будигина.

“Управление эффектом двойной памяти формы сплава вслед за такой обработкой для придания памяти формы совпадает с управлением деформацией в мартенситном состоянии. Например, когда деформация в мартенситном состоянии состоит в уменьшении диаметра, то диаметр сплава в мартенситном состоянии должен быть меньше, чем в аустенитном состоянии, и наоборот.”

Исследователи опробывали свой сплав в качестве основы для изготовление расширителя желчного протока, расширителя пищевода, медицинских скобы с эффектом памяти формы, имплантантов корней зубов, трубчатой муфты с двойной памятью формы и узким интервалом. Лабораторные ипытания показали, что новые имплантанты обладали более широкими возможностями и наличием полезных свойств, которых не имеют существующие аналоги.

29.05.2003 16-33