Brak możliwości krajowej produkcji zarówno stopów, jak i gotowych wyrobów medycznych w istotny sposób hamuje rozwój techniki medycznej w kraju. Ceny importowanych, nielicznych implantów są bardzo wysokie, co podnosi koszt leczenia. Uruchomienie prostszych wyrobów ze stopów NiTi leży w granicach technologicznych możliwości krajowych.

Celem prowadzonych badań jest stworzenie podstaw do klinicznego stosowania w kraju implantów wykorzystujących efekty pamięci kształtu i nadsprężystości stopów nikiel-tytan. Stopy te stanowią obecnie istotną składową rozwoju nowoczesnej techniki medycznej w świecie. Badania w tym obszarze mają charakter interdyscyplinarny, zatem dotyczą zarówno nauki o materiałach, jak i medycyny.

Zjawiska pamięci kształtu związane są ściśle z odwracalną przemianą martenzytyczną, której towarzyszy zmiana struktury (zmiana rozmieszczenia atomów sieci krystalicznej) podczas chłodzenia i nagrzewania w określonym zakresie temperatur lub w wyniku przyłożenia i zdjęcia zewnętrznego naprężenia. Uzasadnieniem dla realizacji przedsięwzięcia jest wprowadzenie nowych, prostszych i skuteczniejszych technik zabiegów i operacji chirurgicznych pozwalających na skrócenie ich czasu i leczenia oraz poprawa komfortu pacjenta. Wszystkie te czynniki prowadzą również do oszczędności finansowej.

Brak możliwości krajowej produkcji zarówno stopów, jak i gotowych wyrobów medycznych w istotny sposób hamuje rozwój techniki medycznej w kraju. Ceny importowanych, nielicznych implantów są bardzo wysokie, co podnosi koszt leczenia. Uruchomienie prostszych wyrobów ze stopów NiTi leży w granicach technologicznych możliwości krajowych. Podjęto zatem badania w celu opracowania implantów z pamięcią kształtu, których zastosowaniem zainteresowane są określone kliniki chirurgiczne w kraju. Oryginalnym osiągnięciem zespołu, wraz z prof. Janem Drugaczem z Kliniki Chirurgii Szczękowo-Twarzowej Śląskiej Akademii Medycznej w Katowicach, jest opracowanie klamer z jednokierunkowym efektem pamięci kształtu i ich zastosowanie w leczeniu złamań żuchwy. Zasadę działania takiej klamry przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Klamra z pamięcią kształtu do łączenia złamań kości przed i po nagrzaniu do temperatury ciała pacjenta

Temperaturę odzyskiwanego kształtu dobiera się w ten sposób, że odgięte po ochłodzeniu w ciekłym azocie ramiona klamry, po włożeniu do wywierconych w kości otworów samoczynnie powracają do pierwotnego kształtu pod wpływem ciepła ciała pacjenta. Zaginające się ramiona klamry ściągają obydwa odłamy złamanej żuchwy, likwidując szczelinę i wywierają nacisk na kość przyspieszając proces gojenia. Zastosowanie tej metody w klinicznym leczeniu około stu pacjentów wykazało jej wyższość w stosunku do konwencjonalnej techniki opartej na stosowaniu płytek mocowanych do kości przy pomocy wkrętów.

Drugim przykładem klinicznego zastosowania są implanty o własnościach nadsprężystych (przemiana martenzytyczna zachodzi pod wpływem przyłożonych naprężeń) do dystrakcji (wydłużania) kości - celem przeprowadzenia korekcji zniekształceń czaszki u dzieci. Badania te prowadzone są z udziałem prof. dr hab. Kazimierza Kobusa i dr Marka Węgrzyna ze Szpitala Chirurgii Plastycznej w Polanicy Zdroju. Podstawowym założeniem i celem było uzyskanie sprężyn dystrakcyjnych zapewniających stałą wielkość siły działającej na wydłużaną kość w długim okresie czasu (3-6 tygodni). Opracowano dwa rodzaje takich sprężyn: jeden oparty o zaindukowanie nadsprężystości poprzez obróbkę termo-mechaniczną w prostych drutach wyginanych następnie do kształtu liter U lub Ω i drugi w postaci pierścieni wykonanych ze stopów o podwyższonej zawartości niklu - celem zaindukowania nadsprężystości w wyniku umocnienia osnowy wydzieleniami cząstek fazy Ni4Ti3. Zasada działania dystraktora o kształcie pierścienia przedstawiona jest na rys. 2.

Rys. 2. Sprężyna dystrakcyjna w postaci pierścienia do korekcji zniekształconej czaszki

Pierścień ściśnięty do kształtu elipsy zostaje przyszyty do sklepienia czaszki wywołując wydłużenie w pożądanym kierunku i ściskanie w kierunku prostopadłym. Efekty korekcyjne w postaci regularnego kształtu czaszki przedstawiono na rys. 3.

Rys.3. Zastosowanie sprężyn NiTi w plastyce czaszki u dzieci

Zasady kształtowania struktury stopów NiTi celem uzyskania określonych własności implantów oraz wyniki badań klinicznych zostały opublikowane w szeregu znaczących czasopism o międzynarodowym obiegu i zaprezentowane na kilku międzynarodowych konferencjach w USA, Kanadzie, Japonii, Austrii i Grecji. Ponadto na technologie wytwarzania implantów uzyskano i zgłoszono 5 patentów.

Aktualnie prowadzone są badania nad klamrami z pamięcią kształtu służącymi do zespalania miękkich tkanek np. jelita grubego i trwają przygotowania do przeprowadzenia ich badań klinicznych w Klinice Chirurgii Przewodu Pokarmowego - Śląskiej Akademii Medycznej, którą kieruje prof. dr hab. Paweł Lampe. Ponadto prowadzone są badania w

Od lewej: dr Zdzisław Lekston i prof. dr hab. Henryk Morawiec

celu opracowania narzędzi do chirurgii małoinwazyjnej i robotyki chirurgicznej w ramach współpracy z Fundacją Kardiochirurgii w Zabrzu, kierowanej przez dr Zbigniewa Nawrata.

Tematyka z zakresu zastosowań w medycynie stopów NiTi wykazujących pamięć kształtu jest ujęta w programie badawczym Centrum Zaawansowanych Technologii, koordynowanym przez Główny Instytut Górnictwa w Katowicach. Program badawczy CZT obejmuje trzy problemy: Energia, Środowisko, Zdrowie. Wymieniona wyżej tematyka dotycząca stopów NiTi wchodzi w zakres problematyki "Zdrowie".

Wdrożenie wyników projektu i potencjalnego producenta implantów widzimy w firmie BHH-Mikromed w Dąbrowie Górniczej. Firma jest doświadczonym i znaczącym producentem implantów stalowych i narzędzi chirurgicznych.

HENRYK MORAWIEC

Znaczący udział w realizacji projektu mają: dr hab. J. Lelątko - mikroskopowe badania struktury spasywowanej powierzchni, dr E. Rówiński - badania struktury powierzchni spektroskopią elektronów Augera, dr A. Winiarski (Instytut Fizyki) - badania struktury spasywowanej powierzchni spektroskopią fotoelektronów, dr hab. Z. Paszenda (Pol. Śl) - badania potencjodynamiczne spasywowanych warstw, dr T. Goryczka - rentgenograficzne badania struktury stopów, M. Brzycki - prace technologiczne.