Magnetic shape memory effect and corrosion protection of NiMnGa in an intramedullary device for distraction osteogenesis

Abstract

Venytysluudutuksessa käytettäviin kehon ulkopuolisiin laitteisiin liittyviä komplikaatioita on pyritty vähentämään implantoitavilla laitteilla. Esteenä implantoitavien laitteiden yleistymiselle ovat haasteet voimantuottomekanismin toteuttamisessa. Ratkaisuksi on kirjallisuudessa esitetty älymateriaaleja. Tässä työssä on esitelty magneettikentällä aktivoitava muistimetalli NiMnGa, magnetostriktiivinen Terfenol-D ja lämpömuistimetalli Nitinol toimintaperiaatteiltaan ja korroosio-ominaisuuksiltaan.

Korroosio on metallisten implanttien suurin bioyhteensopivuusongelmien aiheuttaja. NiMnGa:n ja Terfenol-D:n korroosiota käsittelevät harvat tutkimukset viittaavat naiden maametallirikkaiden materiaalien olevan hyvin alttiita korroosiolle. Suurimpina uhkina ovat NiMnGa:n korroosiotuotteiden myrkyllisyys ja Terfenol-D:n mekaaninen haurastuminen. Materiaalien eristämistä ei todennäköisesti voida toteuttaa perinteisin keinoin venytysluudutuslaitteen rakenteen takia, mutta eristämisen todellinen tarve selviää vasta materiaalien korroosio-ominaisuuksien kattavan tutkimisen jälkeen.

Työn kokeellisessa osiossa arvioitiin Paryleeni -pinnoitteen soveltuvuutta NiMnGa:n korroosiosuojaamiseen fysiologisessa ympäristössä. NiMnGa -näytteet toimivat mittauksien perusteella epävakaasti, eivätkä ne tuottaneet tarpeeksi voimaa venytysluudutuslaitteiden tarpeisiin. NiMnGa:n ja sen soveltamistavan jatkokehitys saattavat mahdollistaa materiaalin käytön tulevaisuudessa. 25 µm paksuinen Paryleeni C -pinnoite haittasi ratkaisevasti NiMnGa:n venymistä ja voimantuottoa. Pinnoite ei kestänyt 1 %:n suuruista toistuvaa pituussuuntaista venytystä, joten sen käyttö rajoittaa NiMnGa:n hyödyntiimistä. Rikkoutumaton Paryleeni C -pinnoite toimi erinomaisena korroosiosuojana ja vaurioitunutkin pinnoite laski korroosionopeutta huomattavasti lyhytkestoisessa mittauksessa. ASTM F 2129 -08 standardin mukaisen syklisen polarisaatiomittauksen perusteella NiMnGa:a ei voida käyttää implanttisovellutuksissa ilman asianmukaista suojausta.