Для чего используется нитинол
Медицинские интернет-конференции
Языки
Необычные свойства нитинола и его применение в медицине
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ
Необычные свойства нитинола и его применение в медицине
Научный руководитель: к.м.н. Труфанова Ю.Ю.
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ
Кафедра пропедевтики стоматологических заболеваний
Попытки найти применение сплаву с такими необычными свойствами производились лишь спустя несколько лет после его открытия. Эта задержка возникла по причине чрезвычайной трудности создания этого сплава: соблюдения пропорций веществ, плавления, переработки и обработки металла.
При восстановлении формы нитинол способен совершать работу. Именно этот факт позволил использовать нитинол в медицине. С помощью нитиноловых фиксаторов соединяются и выпрямляются сломанные части костей. Нитиноловая спираль способна восстановить сечение поврежденного сосуда в организме человека.
В стоматологии тоже найдено применение этому сплаву. Для ортодонтии открытие свойств нитинола было настоящим прорывом. Ранее дуги для брекетов делались из стали, и чтобы подкрутить их пациент должен был приходить к врачу каждую неделю, что вызывало страшную боль. Современные дуги в стоматологии делают из нитиноловой проволоки. Этот металл оказывает постоянное давление на зубы в течение долгого времени, доведя их в итоге до нужной формы. Это позволило уменьшить количество посещений врача-стоматолога и в целом упростить процедуру исправления прикуса.
К главным недостаткам никелида титана относятся высокая цена, сложность процесса изготовления и сварки. Существует мнение, что ионы никеля способны выходить из состава сплава. Этот факт также не позволяет использовать нитинол в любой отрасли медицины. Проводились исследования относительно токсичности и канцерогенности сплавов никеля. Результаты этих тестов неоднозначны. Некоторые ученые считают никель опасным аллергическим материалом, другие же считают нитинол безопасным для тканей человека.
Таким образом, несмотря на пристальный интерес к никелиду титана, сведения о его совместимости с клетками и тканями человека являются неполными и противоречивыми.
Для чего используется нитинол
В этом плане, приоритетными являются материалы, которые вызывают минимальную и щадящую реакцию окружающих с ними тканей. Такие материалы должны деформироваться в соответствии закономерностями поведения тканей организма, реагировать на изменение формы тканей органов, обладать высокими и стабильными физико-механическими характеристиками, не разрушаться после многократного механического воздействия и обеспечивать комфортный характер взаимодействия пары «конструкция-организм». Исходя из этого подхода, высокий уровень биомеханической совместимости предполагает максимальную близость физико-механических свойств материала к свойствам тканей организма, с которыми они функционально взаимодействуют. То есть базовые критерии при выборе потенциальных биоматериалов должны содержать требования, прежде всего к их механическому поведению.
В последнее время в медицине все больше применяются многофункциональные материалы, в том числе сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности (СЭ). Эти сплавы по заданной программе способны полностью возвращать необычно большие неупругие деформации (до 11-12 %), проявлять резиноподобное поведение, подобное живым тканям, демпфирующие свойства, генерировать значительные напряжения и т.д. Совпадение деформационных характеристик сверхэластичных сплавов с памятью формы и живых тканей обеспечивают биомеханическую совместимость и делает эти сплавы наиболее подходящими и оптимальными материалами в плане их последующего внедрения в инженерно-медицинские конструкции.
Огромное число исследований свидетельствует, что вхождение никеля в химический состав никелида титана нельзя считать отрицательной чертой никель-титановых сплавов и некоторым ограничивающим фактором для применения этих сплавов в медицине. Контакт никеля с окружающей средой изолирован благодаря образованию на поверхности NiTi тонкой защитной оксидной пленки TiO2. Таким образом, при малых концентраций никеля в организме никелид титана оказывается «невидимым» для гомеостатических систем организма. Кроме того, атомы Ni в никелиде титана в составе сверхрешетки твердого раствора образуют прочную связь с атомами титана. Это препятствует выходу Ni в окружающие ткани и снижает вероятность нежелательных биологических реакций. Коррозионная стойкость никелида титана в основном подтверждена многочисленными исследованиями, в том числе выполненными в растворах кислот, в таких биологических жидкостях как кровь, желчь, слюна, а также в условиях деформации.
Кроме того, «патологическим» потенциалом обладает широкий круг металлических материалов, то есть практически каждый металл обладает специфической токсичностью, и нет практически значимых биоинертных металлов. Например, известны факты неудачного применения внутриваскулярных стентов и фильтров, выполненные из нержавеющей стали, когда после удаления баллона методами сканирующей электронной микроскопии наблюдали существенные гистопатологические изменения со стороны просвета сосуда, образование воспалений, пристеночных тромбов и острый тромбоз и т.д.
Данные о повреждённых никель-титановых стентах с очагами сквозной коррозии после нескольких месяцев эксплуатации призывают к самому пристальному вниманию проблему поверхностной стабильности нитинола. Эти разрушения конструкций из нитинола in vivo и противоречивые характеристики коррозионной стойкости in vitro указывают на существенные недостатки в понимании химии поверхности NiTi. Результаты исследований коррозионных свойств никелида титана in vitro зачастую противоречивы, хотя в несомненном подавляющем большинстве они дают позитивный результат.
Таким образом, несмотря на пристальный интерес к никелиду титана, нашедший отражение в ряде монографий и огромном количестве статей и его очевидную экспансию в сферу наиболее перспективных медицинских материалов, сведения о его биосовместимости являются неполными. Часть данных содержатся в труднодоступных источниках. Отсутствие специальной справочно-библиографической информации по данной тематике ограничивает возможности медицинских и инженерных работников при решении конкретных клинических задач. В настоящей работе сообщается о восполнении этого пробела на примере создания электронной библиотеки (ЭБ) «Применение сплавов с памятью формы в науке, технике и медицине». Ресурс зарегистрирован в российском реестре проектов создания и использования ЭБ в категории «Создание коллекций информационных ресурсов» и научной сети обмена электронными ресурсами. Большая часть базы данных посвящена изучению биоинертности нитинола, исследованиям его электрохимического поведения, аллерго- и канцерогенности, а также токсичности.
Систематизированные данные могут служить ценной образовательной и информационной поддержкой для широкого круга специалистов, студентов и ординаторов медицинских вузов, ученых медиков и практических врачей.
Работа представлена на IV научную международную конференцию «Современные медицинские технологии (диагностика, терапия, реабилитация и профилактика)», Хорватия (Пула), 7-14 июля 2007 г. Поступила в редакцию 21.06.2007.
Нитинол
Нитинол.
Нитинол – сплав титана и никеля, обладающий высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, а также эффектом памяти формы.
Описание:
Суть эффекта памяти формы сводится к следующему. Изделие сложной формы первоначально подвергают нагреву до красного каления. В данном состоянии оно «запоминает» эту форму. В дальнейшем, после остывания до комнатной температуры, данное изделие можно неоднократно деформировать. При нагреве до температуры выше 40 С о (температура активации нитинола) изделие «вспоминает» свою форму и восстанавливает ее.
Свойства:
– запоминание формы и восстановление первоначального состояния,
– высокая биосовместимость с тканями организма,
– высокая коррозионная стойкость,
– высокая эрозионная стойкость,
– поглощение вибраций,
– допустимая деформация – до 8%,
– допустимое растяжение – до 12%,
– внутреннее напряжение при восстановлении достигает до 800 МПА.
Применение:
– медицина, стоматология,
– производство датчиков,
– космическая промышленность,
– робототехника,
– нефтегазовая промышленность,
– легкая промышленность,
– и пр.
нитинол сплав память проволока свойства состав применение поводки двигатель скрепка металл где можно купить цена за кг википедия форум характеристики сколько стоит в медицине стоимость в нефтедобыче
плотность что делают фиксаторы стент пружина скрепка изделия проводник из эффект памяти форма память формы нитинола видео
устройства с нитинолом
Мировая экономика
Справочники
Востребованные технологии
Поиск технологий
О чём данный сайт?
Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.
Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.
Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!
Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.
О Второй индустриализации
Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.
Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.
Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.
Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.
Нитинол
Сплав титана и никеля практически в равных пропорциях (45% и 55%) принято называть нитинолом или никелидом титана. Данному сплаву присущи такие свойства, как память первоначальной формы и сверхупругость.
Эффект памяти первоначальной формы нитинола выражается в способности при повышении температуры воздействия до порога фазового превращения восстанавливать деформированный профиль в исходное состояние, которое было придано нитинолу при определенной температуре.
Схема эффекта памяти
Сверхупругость проявляется во время перехода при нагревании из одного структурного внутреннего состояния в другое. При достижении значения фазового превращения сплав как пружина принимает первоначальный вид.
Нитинол свое название получил путем сложения названий материалов (Ni – никель и Ti – титан) и лаборатории, где он был впервые получен (nol — Naval Ordnance Laboratory). Это произошло это в 1959 году.
Свойства нитинола
Нитинол – сплав, обладающий такими технологическими свойствами, как:
Из-за своих свойств нитинол плохо обрабатывается в холодном состоянии. Высокое значение упругости увеличивает силу трения и вызывает повышенный износ при контакте сплава с валами прокатных станов или штампов. При обработке резанием требуются высокотвердые материалы. Низкая теплопроводность препятствует отводу тепла от заготовки.
Сплав нитинол хорошо поддается обработке абразивными материалами – шлифованием, а также электроэрозионной и термической обработке. Резка из листового материала производится абразивным или лазерным способом.
К термической обработке предъявляются особые требования по причине того, что за счет нее производится регулирование температурного диапазона внутренних фазовых изменений. За образование обогащенных никелем фаз отвечает температура и продолжительность выдержки. При снижении количества молекул никеля в матрице повышается температурный предел фазовых изменений.
Способы придания соответствующих качеств нитинолу сочетают в себе холодную и термическую виды обработки. Этим же способом производится регулирование основных свойств нитинола.
Характеристика основного назначения нитинола (восстановление первоначальной формы) подразделяется на следующие типы:
Производство нитинола осложнено тем, что трудно выдержать необходимые пропорции материалов, а при плавлении титан легко взаимодействует с кислородом, углеродом и азотом. При взаимодействии молекулы титана покидают кристаллическую решетку, и снижается температурный предел фазовых изменений.
Для производства нитинола в настоящих условиях широко используются такие методы плавления как:
Плавка вакуумно-дуговым методом осуществляется в среде вакуума, за счет образования дуги при пропускании электрического тока через сырье и плиту. Тигелем служит медная форма, оснащенная водяным охлаждением, которая препятствует проникновению сторонних элементов в расплав.
Плавка вакуумно-индукционным методом осуществляется за счет изменения (индукции) электрических полей, при этом происходит нагрев сырья. Процесс протекает под вакуумом. Тигель для данного плавления изготавливается из чистого углерода, поэтому в сплаве содержание углерода повышено.
В лабораторных условиях не доказано преимущество одного метода плавки над другим.
Также применяются и другие методы плавки:
Эффект памяти
Эффект памяти формы нитинола стал возможен благодаря изменению кристаллической решетки во время полиморфного превращения из фазы аустенита в фазу мартенсита.
Схема фазовых изменений нитинола
Нагретый сплав имеет исходную фазу – аустенит. При понижении температуры сплава исходная фаза самопроизвольно переходит в дочернюю фазу – мартенсит. Процесс обратимый, поэтому при нагревании холодного нитинола фазовое превращение протекает в обратной последовательности. К тому же скорость превращения занимает доли секунды.
Температурные интервалы между началом и концом фазовых изменений выражены точками Ан, Ак для аустенита и Мн, Мк для мартенсита. Температурный диапазон составляет порядка 30°С.
Применение
Благодаря своим уникальным качествам нитинол получил практическое применение во многих сферах нашей жизни:
Самописцы в качестве привода используют нитинол. При подаче напряжения, когда изменяются контролируемые параметры, нитиноловая проволока нагревается. Происходит изменение длины проволоки, и перо с чернилами перемещается по диаграмме.
Унитиол : инструкция по применению
Описание
Прозрачный бесцветный или с розовато-желтоватым оттенком раствор со слабым запахом сероводорода.
Состав
На одну ампулу: активное вещество: унитиол – 250 мг;
вспомогательное вещество: вода для инъекций – до 5 мл.
Фармакотерапевтическая группа
Прочие лекарственные средства. Антидоты.
Фармакологическое действие
Комплексообразующее средство, оказывает дезинтоксикационное действие. Активные сульфгидрильные группы, взаимодействуя с тиоловыми ядами (соединениями мышьяка, солями тяжелых металлов) и образуя с ними нетоксичные водорастворимые соединения, восстанавливают функции ферментных систем организма, пораженных ядом. Увеличивает выведение некоторых катионов (особенно меди и цинка) из металлосодержащих ферментов клеток.
Показания к применению
– острые и хронические отравления соединениями мышьяка, ртути, хрома, висмута, сердечными гликозидами;
– гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона-Вестфаля-Коновалова);
– хронический алкоголизм (в составе комплексной терапии).
Способ применения и дозы
При интоксикации мышьяком: 250-500 мг (5-10 мл лекарственного средства), из расчета 50 мг/10 кг, в первые сутки – 3-4 раза, во вторые сутки – 2-3 раза, в последующие – 1-2 раза.
При отравлениях соединениями ртути: по той же схеме в течение 6-7 суток. Лечение проводят до исчезновения признаков интоксикации.
При дигиталисной интоксикации: в первые 2 дня вводят 250-500 мг (5-10 мл лекарственного средства) 3-4 раза в сутки, затем 1-2 раза в сутки до прекращения кардиотоксического действия.
При гепатоцеребральной дистрофии: внутримышечно 250-500 мг (5-10 мл лекарственного средства) ежедневно или через день; курс лечения 25-30 инъекций; при необходимости курс повторяют через 3-4 месяца.
При диабетической полинейропатии: внутримышечно 250 мг (5 мл лекарственного средства), курс лечения – 10 инъекций.
При хроническом алкоголизме: назначают 150-250 мг (3-5 мл лекарственного средства) 2-3 раза в неделю.
Для купирования делирия: однократно 200-250 мг (4-5 мл лекарственного средства).
Побочное действие
Возможны аллергические реакции. Тошнота, головокружение, тахикардия, бледность кожных покровов. Повышение артериального кровяного давления, рвота, головная боль, чувство жжения в губах, во рту и в глотке, чувство стеснения и боль в горле, груди и кистях, конъюнктивит, слезотечение, спазм век, ринорея, слюнотечение, покалывание в кистях, чувство жжения в половом члене, потливость лба, кистей и других областей, боль в животе, тревога, слабость, беспокойство, гемолиз, транзиторная лейкоцитопения, тремор, жжение в глазах, гепатотоксичность, спазмы и боль в мышцах, боль в челюсти, почечная недостаточность, гипертермия, боль в месте инъекции, продление активированного частичного тромбопластинового времени, снижение концентрации цинка в крови.
При применении высоких доз лекарственного средства возможно резкое повышение артериального кровяного давления с судорогами и комой.
При применении лекарственного средства в терапевтической дозе нежелательные реакции почти всегда обратимы и редко бывают достаточно серьезными для того, чтобы прекратить введение лекарственного средства.
Снижение уровня нежелательных реакций возможно при соблюдении временного интервала (4 часа) между введениями лекарственного средства.
В случае возникновения перечисленных побочных реакций, а также побочных реакций, не указанных в данной инструкции по медицинскому применению лекарственного средства, необходимо обратиться к врачу.
Противопоказания
Гиперчувствительность, печеночная недостаточность, артериальная гипертензия, беременность, период лактации, возраст до 18 лет.
При развитии почечной недостаточности лекарственное средство необходимо отменить или применять с крайней осторожностью.
Длительное применение лекарственного средства должно проводиться под постоянным контролем за выведением тяжелых металлов почками.
Передозировка
В рекомендуемых дозах и по показаниям к применению явлений передозировки не возникает. При повышении рекомендуемой терапевтической дозы в 10 раз наблюдаются одышка, гиперкинезы, заторможенность, вялость, оглушенность, кратковременные судороги.
Лечение: подкожное введение дифенгидрамина 50 мг или 30 мг эфедрина.
Меры предосторожности
Введение Унитиола при острых отравлениях не исключает применения других лечебных мероприятий (промывание желудка, оксигенотерапия, введение глюкозы). Одновременное применение с препаратами железа не допускается.
Недопустимо применение лекарственного средства при отравлении железом, кадмием, селеном, так как их комплексы с Унитиолом более токсичны, чем сами металлы, особенно для почек.
При применении лекарственного средства возможно транзиторное снижение процентного содержания полиморфноядерных лейкоцитов.
У пациентов с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы при применении Унитиола возможен гемолиз (который может быть очень серьезным), У пациентов с высоким риском дефицита глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы необходимо проводить предварительные обследования и контролировать возможность гемолиза во время терапии лекарственным средством.
Применение у детей
Данные об эффективности и безопасности применения лекарственного средства Унитиол у детей отсутствуют.
Применение во время беременности и в период лактации
Лекарственное средство противопоказано при беременности и в период грудного вскармливания.
Влияние на способность к управлению автотранспортом и другими потенциально опасными механизмами
Данных, подтверждающих влияние лекарственного средства на способность заниматься потенциально опасными видами деятельности, требующими повышенного внимания, нет.
Взаимодействие с другими лекарственными средствами
Не рекомендуется одновременное применение Унитиола с лекарственными средствами, в состав которых входят тяжелые металлы и щелочи, так как происходит быстрое разложение Унитиола.
Условия хранения
Хранить в защищенном от света месте при температуре не выше 25 °C.
Хранить в недоступном для детей месте.
Срок годности
Не использовать по истечении срока годности, указанного на упаковке.
Упаковка
По 5 мл в ампулах, по 10 ампул вместе с инструкцией по медицинскому применению помещают в пачку.
Условия отпуска
Республика Беларусь, 220007, г. Минск,
ул. Фабрициуса, 30, т./ф.: (+375 17) 22037 16,