ترويج واستخدام سبائك الذاكرة النيكل-تيتانيوم في صناعة الطب

　　سبائك النيكل والتيتانيوم هي سبائك ذاكرة الشكل، وهي سبائك خاصة يمكنها استعادة تشوهها البلاستيكي تلقائيًا إلى شكلها الأصلي عند درجة حرارة معينة. معدل تمددها يزيد عن 20%، وعمرها الافتراضي في التعب يصل إلى 1*10 أس 7، وخصائص التخميد فيها أعلى بعشر مرات من النوابض العادية، ومقاومتها للتآكل أفضل من أفضل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الطبية الحالية، لذلك يمكنها تلبية متطلبات التطبيقات الهندسية والطبية المختلفة، وهي مادة وظيفية ممتازة جدًا.

　　بالإضافة إلى وظيفة ذاكرة الشكل الفريدة، تتميز سبائك الذاكرة أيضًا بمقاومة التآكل، ومقاومة الصدأ، وخصائص تخميد عالية، ومرونة فائقة.

　　الخصائص الخاصة لسبائك النيكل والتيتانيوم

　　1. خاصية ذاكرة الشكل (shape memory): ذاكرة الشكل هي عندما يبرد الطور الأم ذو شكل معين من درجة حرارة Af إلى أقل من درجة حرارة Mf ويتحول إلى المارتنسيت، ثم يتم تشويه المارتنسيت عند درجة حرارة أقل من Mf، وعند التسخين إلى درجة حرارة أقل من Af، يصاحب ذلك تحول عكسي، حيث تستعيد المادة شكلها الأصلي في الطور الأم تلقائيًا. في الواقع، تأثير ذاكرة الشكل هو عملية تحول طور حراري مستحث في سبائك النيكل والتيتانيوم.

　　2. المرونة الفائقة (superelastic): المرونة الفائقة تعني أن العينة تحت تأثير قوة خارجية تتعرض لانفعال أكبر بكثير من حد المرونة الابتدائي، وعند إزالة الحمل يمكن للانفعال أن يعود تلقائيًا. أي في حالة الطور الأم، بسبب تأثير الإجهاد الخارجي، يحدث تحول طور مارتنسيت مستحث بالإجهاد، مما يجعل السبيكة تظهر سلوكًا ميكانيكيًا مختلفًا عن المواد العادية، حيث أن حد المرونة فيها أعلى بكثير من المواد العادية، ولا تلتزم بقانون هوك. بالمقارنة مع خاصية ذاكرة الشكل، لا تشارك الحرارة في المرونة الفائقة. بشكل عام، المرونة الفائقة تعني أن الإجهاد لا يزداد مع زيادة الانفعال ضمن نطاق معين من التشوه، ويمكن تقسيمها إلى مرونة فائقة خطية وغير خطية. في الحالة الخطية، يكون العلاقة بين الإجهاد والانفعال تقريبًا خطية. أما المرونة الفائقة غير الخطية فتحدث في نطاق درجات حرارة فوق Af، حيث يحدث تحول مارتنسيت مستحث بالإجهاد وعكسه أثناء التحميل والتفريغ، لذلك تسمى أيضًا بالمرونة الزائفة الناتجة عن تحول الطور. يمكن أن تصل المرونة الزائفة لسبائك النيكل والتيتانيوم إلى حوالي 8%. يمكن أن تتغير المرونة الفائقة لسبائك النيكل والتيتانيوم مع تغير ظروف المعالجة الحرارية، وعندما يتم تسخين السلك إلى أكثر من 400 درجة مئوية، تبدأ المرونة الفائقة في الانخفاض.

　　3. الحساسية لتغير درجة حرارة الفم: قوة تقويم أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ وأسلاك سبائك CoCr لا تتأثر بشكل كبير بدرجة حرارة الفم. أما أسلاك تقويم الأسنان من سبائك النيكل والتيتانيوم ذات المرونة الفائقة فتتغير قوتها مع تغير درجة حرارة الفم. عند ثبات مقدار التشوه، مع ارتفاع درجة الحرارة تزداد قوة التقويم. من ناحية، يمكن ذلك من تسريع حركة الأسنان، لأن تغير درجة حرارة الفم يحفز تدفق الدم في المناطق التي توقف فيها تدفق الدم بسبب تأثير جهاز التقويم، مما يوفر تغذية كافية لخلايا الإصلاح أثناء حركة الأسنان، ويحافظ على حيويتها ووظيفتها الطبيعية. من ناحية أخرى، لا يستطيع طبيب التقويم التحكم بدقة أو قياس قوة التقويم في بيئة الفم.

　　4. مقاومة التآكل: أظهرت الدراسات أن مقاومة تآكل أسلاك النيكل والتيتانيوم مشابهة لتلك الخاصة بأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ.

　　5. مقاومة السمية: التركيب الكيميائي الخاص لسبائك ذاكرة الشكل من النيكل والتيتانيوم، وهي سبيكة تحتوي على حوالي 50% نيكل، والنيكل معروف بأنه مادة مسرطنة ومحفزة للسرطان. في الظروف العادية، يعمل طبقة أكسيد التيتانيوم السطحية كحاجز، مما يجعل سبيكة Ni-Ti متوافقة حيويًا بشكل جيد. طبقة TiXOy وTixNiOy السطحية تمنع إطلاق النيكل.

　　6. قوة تقويم لطيفة: الأسلاك المعدنية المستخدمة تجاريًا في تقويم الأسنان تشمل أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، وأسلاك سبائك الكوبالت-الكروم-النيكل، وأسلاك سبائك النيكل-الكروم، وأسلاك السبائك الأسترالية، وأسلاك الذهب، وأسلاك سبائك التيتانيوم. فيما يتعلق بمنحنيات الحمل-الإزاحة في اختبارات الشد وثني الثلاث نقاط لهذه الأسلاك المعدنية التقويمية، فإن منحنى إزالة التحميل لسبائك النيكل والتيتانيوم هو الأدنى والأكثر استواءً، مما يدل على أنها توفر قوة تقويم لطيفة ومستدامة.

　　7. خصائص تخميد جيدة: بسبب المضغ وطحن الأسنان الليلي، تزداد الاهتزازات التي تؤثر على الأسلاك، مما يزيد من الضرر على جذور الأسنان والأنسجة المحيطة. أظهرت نتائج تجارب تخميد مختلفة أن اهتزاز أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ أكبر من أسلاك النيكل والتيتانيوم ذات المرونة الفائقة، حيث أن سعة الاهتزاز الابتدائية لأسلاك النيكل والتيتانيوم نصف تلك الخاصة بأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ. الخصائص الجيدة للاهتزاز والتخميد للأسلاك مهمة لصحة الأسنان، في حين أن الأسلاك التقليدية مثل أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ تميل إلى زيادة امتصاص جذور الأسنان.

　　التطبيقات السريرية لأسلاك سبائك النيكل والتيتانيوم:

　　1. تستخدم في الترتيب المبكر لصف الأسنان لدى المرضى. بسبب المرونة الفائقة وذاكرة الشكل لأسلاك سبائك النيكل والتيتانيوم ومنحنى الإجهاد-الانفعال المنخفض، تُستخدم أسلاك سبائك النيكل والتيتانيوم عادةً كأسلاك أولية في نظام التقويم، مما يقلل بشكل كبير من شعور المريض بعدم الراحة. نظرًا لوجود عدة تقنيات مختلفة لتقويم الأسلاك المستقيمة، توصي تقنية MBT باستخدام أسلاك NiTi ذات التنشيط الحراري بقطر 0.016 بوصة (أسلاك HANT)، وتقنية DEMON ذات الأقواس ذات القفل الذاتي توصي باستخدام أسلاك NiTi ذات التنشيط الحراري المحتوية على النحاس من شركة Omcro (درجة حرارة تحول الطور حوالي 40 درجة)، وتقنية O-PAK توصي باستخدام أسلاك NiTi ذات المرونة الفائقة بقطر 0.016 بوصة للترتيب المبكر.

　　2. نابض النيكل والتيتانيوم: نابض الدفع والسحب من النيكل والتيتانيوم هو نابض يستخدم في تقويم الأسنان، يتميز بالمرونة الفائقة للنيكل والتيتانيوم، مناسب لفتح الفجوات بين الأسنان وسحب الأسنان في اتجاهات مختلفة. يمكن لنابض النيكل والتيتانيوم الحلزوني أن يولد قوة حوالي 50 جرامًا عند تمدده 1 مم. يتمتع نابض النيكل والتيتانيوم الحلزوني بمرونة عالية، ويولد قوة مستمرة ناعمة ومستقرة في حالة الشد. تراجع القوة صغير، ويمكنه توليد قوة تقويم مثالية لتحريك الأسنان سريريًا، ومتوافقة مع المتطلبات الفسيولوجية. يتميز نابض سلك النيكل والتيتانيوم بمرونة عالية ومعدل تشوه دائم منخفض جدًا، مقارنة بأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ ذات القطر نفسه، حيث تطلق قوة تقويم أكبر بمقدار 3.5-4 مرات. لذلك في تطبيقات تقويم الأسنان، يشعر المرضى بألم أقل وقوة ناعمة ومستدامة، ويقل عدد الزيارات، ويختصر العلاج، مما يحسن الفعالية، وهو جهاز ميكانيكي ممتاز جديد في علاج تقويم الأسنان.

　　3. خيط القوس L-H تم تطويره بواسطة الدكتور سوما من اليابان وشركات أخرى، ويتم تصنيعه بواسطة شركة تومي. "LH" تعني "Low Hysteresis"، أي أن الفرق في الإجهاد الناتج عند تفعيل الخيط على الحاصرات وبين الإجهاد الناتج عند استعادة الخيط لشكله الأصلي أثناء تحريك الأسنان صغير جداً، مما يعني أن التباطؤ منخفض جداً. قارن سوما وآخرون منحنيات الإجهاد والانفعال لخيط L-H مع خيوط النيكل-تيتانيوم الأخرى، ووجدوا أن نطاق التباطؤ لخيط L-H هو الأصغر، وهذه الخاصية تمنح الخيط ميزة حمل منخفض وقوة خفيفة مستمرة، كما أن ميل المنحنى الابتدائي منخفض، مما يدل على أن صلابة الخيط منخفضة، في حين أن منحنيات التباطؤ لأنواع أخرى من خيوط النيكل-تيتانيوم تشير إلى صلابة أكبر، ومن الواضح أن خيط L-H له ميزة ميكانيكية واضحة. بسبب احتواء خيط L-H على نسبة أعلى من التيتانيوم مقارنة بخيوط النيكل-تيتانيوم العادية، يُطلق عليه اسم خيط التيتانيوم-نيكل، وقد ثبت تجريبياً أن له تأثير امتصاص صدمات قوي. ميزة أخرى لخيط النيكل-تيتانيوم L-H هي إمكانية ثنيه وتشكيله بالحرارة باستخدام أدوات المعالجة الحرارية، لذلك يمكن استخدام خيط L-H في مراحل مختلفة من العلاج، من ترتيب الأسنان وفتح الإطباق إلى إغلاق الفجوات والمرحلة النهائية، حيث يمكن استخدام خيط واحد في الأعلى وآخر في الأسفل لإكمال العلاج، فقط يتم إخراج الخيط في كل مرحلة وثنيه بالشكل المطلوب ثم تثبيته بالحرارة لزيادة الصلابة. حالياً، يُستخدم خيط L-H في العيادات لتوسيع القوس وتصحيح الفتح، الانحراف والعضة المعكوسة، وذلك بفضل قوته المستمرة والمستقرة واللطيفة، مما يعطي نتائج جيدة. وغالباً ما يُستخدم مع خطاف J لتحسين ضعف ليونة الخيط. على الرغم من أن تقنية MEAW تعطي نتائج مثالية في تصحيح هذه العيوب، إلا أن تعقيد ثني الخيط يجعل العديد من الأطباء يترددون في استخدامها. لذلك، يستخدم بعض الأطباء خيط نيكل-تيتانيوم على شكل كرسي هزاز مع سحب عمودي للأسنان الأمامية، رغم أن النتائج مشابهة، إلا أن تحريك كل سن بشكل مستقل أقل دقة مقارنة بتقنية MEAW، لأن خيط الكرسي الهزاز هو خيط مستمر ولا يمكن ثنيه، وبالتالي زاوية تثبيت الحاصرات ومنحنى الخيط يحددان زاوية كل سن، على عكس تقنية MEAW التي تسمح بتعديل زاوية كل سن بشكل فردي. استخدام خيط نيكل-تيتانيوم L-H على شكل كرسي هزاز، مع ثنيه داخل الفم باستخدام أداة تشكيل الخيط للثني الخلفي أو الأمامي، يعطي نتائج مثالية.