Панорама печати 13
ЧУДО-СПЛАВЫ
Металлическая пружинка диаметром в несколько сотых миллиметра — казалось бы, что в ней особенного? Но стоит нагреть ее до температуры человеческого тела, и она на глазах меняет очертания. Таков эффект сплава с памятью формы. О перспективах его использования рассказал журналист Юрий Дризе на страницах газеты «Поиск».
Удивительный материал известен за рубежом и у нас в стране с 60-х годов прошлого века. Открыли его в результате глубоких исследований титановых сплавов, предназначавшихся для авиационной, химической и других отраслей промышленности. Превращения металла возникают в результате сложных структурных изменений. Чтобы убедить непосвященных в небывалых его возможностях, в одном из павильонов постоянно действовавшей тогда в Москве Выставки достижений народного хозяйства (ныне ВВЦ) когда-то демонстрировали такой эксперимент: нагревали прямую проволоку из сплава никеля и титана. Она начинала изгибаться, принимая форму букв, и глазам удивленной публики представало слово «мир».
С начала 1980-х годов перспективные устройства стали использовать в медицине: благодаря чудо-сплавам у хирургов появилась возможность избегать полостных операций. После тщательной стерилизации и предварительного охлаждения жидким азотом «металлоконструкции» вводят в организм человека. Они сжимаются, превращаясь в маленькие гвоздики (так их легче проводить по сосудам), и достигают нужного органа. По мере нагревания они «вспоминают» прежнюю заданную форму. Назначение таких «протезов» самое разное. Например, при раке пищевода пища практически не проходит в организм. И чтобы больной не ослабел до операции, пищевод расширяют с помощью трубочки диаметром в несколько сантиметров. Изделию из металла можно придать самые разные формы — все зависит от задач, поставленных медиками.
Среди разработчиков удивительного метода — сотрудники лаборатории физикохимии аморфных и нанокристаллических материалов Института метал-
лургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва), возглавляемой доктором физико-математических наук Владимиром Заболотным. Чтобы получить металл, помнящий прежние очертания, ученые проводят физические и химические фундаментальные исследования в приложении к материаловедению, тщательно отрабатывают все этапы создания материала — от состава до выплавки и превращения в проволочку.
Очень продуктивным оказалось химическое соединение никеля и титана. Сплав приобретает целый букет важных качеств, а его реакция даже на незначительные колебания температуры открывает массу возможностей. Поэтому такой материал найдет применение везде, где пружины, сжимаясь и разжимаясь, приводят в действие самые разные устройства, например, в космической технике. Кроме того, его можно использовать и в роли датчиков для систем пожарной безопасности. В этом случае стоит температуре повыситься, датчик «опомнится» и замкнет контакт — прозвучит сигнал опасности или польется вода. Но самым перспективным направлением остается хирургия.
Иностранные коллеги знают о сплавах, предлагаемых специалистами Института металлургии и материаловедения, разработчиков приглашают на международные конференции. Однако как бы высоко ни котировались эти материалы, им пока не удается занять свою нишу на мировом рынке. И дело не только в сильной конкуренции. Чтобы получить право на применение в стране и за рубежом, сплавы должны пройти сертификацию. Министерство здравоохранения РФ определило для испытаний два крупнейших московских центра — кардиологический и онкологический. Сотрудники упомянутого института давно сотрудничают с ними. В год медики делают несколько десятков операций, а всего их проведено около 850. Причем лишь одна закончилась неудачно и то не по вине разработчиков. Результат говорит сам за себя. Отзывы хирургов только положительные, тем более что после операций восстановление проходит чрезвычайно быстро. Казалось бы, препятствий на пути
14 Панорама печати
10.
С\У\ ^ о
Конструкции из никелида титана с эффектом памяти формы, применяемые в хирургии.
Суть эффекта памяти формы.
Исходная структура Исходная структура
Исходное состояние
Термоупругий мартенсит
1
«да--»
2 V *
Деформация (изгиб) _ _ _
3 У: '.........1
^^ Ыапппше!
" I
Напряжения
Нагрев в мартенсите
4*
Восстановление Исходная структура
исходного
состояния
внедрения новых сплавов после таких оценок быть не должно. Но тут-то и начинаются сложности.
Комитет по медицинской этике должен дать разрешение на широкое применение материалов в клиниках страны и внести их в государственные стандарты, а решение этого вопроса затягивается. Есть причины чисто технические: хотя метод чрезвычайно эффективен, однако все-таки сложен в применении. Гарантийный срок службы устройств — пять лет, после чего их надо менять. Как это сделать безболезненно для больного? В лаборатории создали эффективную технологию извлечения и замены конструкций. Справились и с другой проблемой: как выяснилось, с годами никель в устройствах подвергается незначительной коррозии. Нужно было разработать покрытие, устраняющее эту опасность. Поиски шли несколько лет, но задачу ученые решили, применив тефлон. И пошли дальше: под покрытие поместили лекарственные препараты. Одним из них стал разжижающий кровь гепарин: при операциях он помогает избежать образования тромбов и гематом. В результате с техническими трудностями материаловеды справились, хотя это, увы, не приблизило их к получению сертификата.
А на Западе с этим проблем нет: перспективный метод востребован рынком — он и оказывает давление на органы сертификации. Ведь операции с при-
менением конструкций из сплавов с памятью формы, напомним, заменяют полостные. Неудивительно, что спрос на них очень высок и стоят они дорого. То же самое происходит и в нашей стране. Жаль только, что больные сильно переплачивают: устройства Института металлургии и материаловедения стоят приблизительно 200 дол., а импортные аналоги в несколько раз дороже.
Более 10 лет сотрудники упомянутой лаборатории предлагают замечательные материалы и, конечно, надеются на расширение их применения. Им удалось повысить срок службы устройств, доведя его — ни много, ни мало — до 25 лет. Последняя их разработка — фильтры, препятствующие распространению тромбов. Новинка чрезвычайно важна и нужна. Но удастся ли уже в ближайшем будущем наладить ее выпуск?
Дризе Ю. Сердце на гвоздиках. — Газета «Поиск», 2012, № 51
Иллюстрации с сайта http://www.mma.ru
Материал подготовил Сергей ПОПОВ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.