Projekty

BHH MIKROHUTA w konsorcjum z Uniwersytetem Śląskim i Politechniką Warszawską oraz BHH mikromed zrealizowała projekt w ramach Programu "INNOTECH" w ścieżce programowej IN-TECH pt. "Produkcja stopów i wyrobów medycznych NiTi z pamięcią kształtu" dofinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju o numerze K1/IN1/46/157239/NCBR/12

Celem projektu było wprowadzenie na rynek polski produkcji stopów na bazie NiTi wykazujących efekty pamięci kształtu oraz przygotowanie wdrożenia prototypowych implantów z tych stopów w konkretnych zastosowaniach medycznych.

Wartość projektu: 5.002.120,00 zł
Dofinansowanie NCBiR: 4.245.120,00 zł
Okres realizacji 01.04.2012 r.-31.05.2015 r.

Zjawisko pamięci kształtu

Zjawisko pamięci kształtu po raz pierwszy zaobserwował w 1932 roku szwedzki naukowiec Arne Ölander w stopach Au-Cd. W 1938 roku Greninger i Mooradian z Uniwersytetu w Harvardzie obserwowali również efekty pamięci kształtu w stopach Cu-Zn oraz Cu-Sn. Z komercyjnych stopów na osnowie miedzi produkowane są stopy Cu-Zn-Al i Cu-Al-Ni. Najbardziej popularne ze stopów z pamięcią kształtu są stopy niklowo-tytanowe o składzie chemicznym zbliżonym do równo-atomowego. Stopy te zostały odkryte przez W. J. Buehlera i F. Wanga na początku lat 60-tych ubiegłego wieku w laboratorium marynarki wojennej USA i opatentowane w 1965 roku pod nazwą handlową NiTiNOL od pierwszych liter głównych pierwiastków stopowych i pierwszych liter nazwy laboratorium (Naval Ordnance Laboratory). Stwierdzono, że zjawiska pamięci kształtu w tych stopach związane są z zachodzącą w nich odwracalną, termosprężystą przemianą martenzytyczną. W stopach Nitinol wysokotemperaturowa faza B2 ulega podczas chłodzenia przemianie w martenzyt o strukturze B19’. Temperatura przemiany zależy bardzo silnie od składu chemicznego stopu. Zależy również od szeroko pojętej struktury stopu tj. zawartości defektów strukturalnych, wielkości ziarna, tekstury, które mogą być regulowane poprzez zastosowanie odpowiedniej techniki wytwarzania i przeróbki plastycznej oraz obróbki cieplno-mechanicznej. W stopach o podwyższonej zawartości niklu, w wyniku procesu wydzieleniowego, przemiany podczas chłodzenia i nagrzewania mogą zachodzić z udziałem fazy romboedrycznej R. Odwracalna przemiana B2-R również ma charakter przemiany martenzytycznej i zachodzi w bardzo wąskim zakresie temperatur.

W zależności od składu chemicznego i obróbki cieplno-mechanicznej w wyrobach z tych stopów podczas przemian aktywowanych cieplnie mogą występować jednokierunkowy i dwukierunkowy efekt pamięci kształtu. W stopach wzbogaconych w nikiel można zaindukować unikalny efekt nadsprężystości (nazywany również „supersprężystością” bądź „pseudosprężystością”) związany z odwracalną przemianą aktywowaną naprężeniem zewnętrznym. Elementy supersprężyste całkowicie odzyskują kształt, nawet po deformacji do około 8-10%.

Wyroby

Stopy NiTi wykazują unikalne właściwości funkcjonalne tj. jedno i dwukierunkowy efekt pamięci kształtu oraz nadsprężystość. Te cechy połączone z bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi, odpornością na korozję wżerową i dobrą biotolerancją zadecydowały o szerokim zastosowaniu stopów NiTi w przemyśle i medycynie.

Uzyskany w ramach realizacji projektu drut NiTi z pamięcią kształtu, przeznaczony jest do wytwarzania różnych wyrobów medycznych, takich jak:

• łuki ortodontyczne NiTi (aktywowane cieplnie i supersprężyste),
• klamry ortopedyczne oraz klamry do zespoleń złamań kości twarzy
• implanty kardiologiczne, stenty, korki Amplatza (Amplatzer Septal Occluder)
• implanty NiTi dla chirurgii jamy brzusznej, klipsy CAC (Compression Anastomosis Clip)
• dystraktory do plastyki czaszki
• narzędzia i końcówki narzędzi oraz prowadniki dla chirurgii małoinwazyjnej,
• elementy robocze w protetyce, aparaturze i robotyce medycznej,
• aktywatory dla fizjoterapii i rehabilitacji.

Drut NiTi z pamięcią kształtu produkowany jest również do zastosowań technicznych jak:

• przemysł maszynowy (opaski zaciskowe, prowadnice, popychacze, aktywatory ruchu, sprężyny, sita strunowe, nity samozamykające, sita membranowe, osprzęt wędkarski, sprężyny pamięciowe i supersprężyste, termiczne wyłączniki zasilania, włączniki przeciwpożarowe alarmu pracujące w ekstremalnych środowiskach),
• przemysł odzieżowy (fiszbiny biustonoszy i gorsetów, usztywnienia do sukien i garderoby teatralnej, tekstylia funkcjonalne, tkaniny kuloodporne, zbrojenia kompozytów)

Własności stopów NiTi z pamięcią kształtu:

• dobre własności mechaniczne,
• dobra wytrzymałość względna,
• wysoka odporność korozyjna (na powierzchni tworzy się pasywna warstwa rutylu TiO2),
• unikalne własności (pamięć kształtu i nadsprężystość),
• dobra tolerancja w organizmie,
• niemagnetyczne, dobrze widoczne w promieniowaniu X.

Dostępne półprodukty:
• Pręty i druty wykazujące jednokierunkowy efekt pamięci kształtu wymiar: od średnicy fi 8,0 mm (stan kuty) do średnicy fi 0,2 mm (stan ciągniony). powierzchnia: gładka, utleniona.
• Druty supersprężyste wymiar: od średnicy fi 2 mm do średnicy fi 0,2 mm (stan ciągniony). powierzchnia: gładka, utleniona.