Nickelvol32no3fall2017 rus fb

Никельсодержащий материал медицинского назначения Нитинол в эндобронхиальных клапанах ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЕН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ

Никель в здравоохранении

Повышая качество жизни

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

Тенденции развития медицинских инструментов

ФОТОГРАФИИ ISTOCK.COM/MONSTARRR_

РЕМОНТ ТОННЕЛЯ В ЦИФРАХ

r Облицовочные панели крепятся на лёгкий модульный каркас из никельсодержащей нержавеющей стали.

Каркасная обрешётка была изготовлена и собрана на заводе перед транспортировкой r Графические изображения нанесены на панели из керамической стали способом трафаретной печати 

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 11 МОДЕРНИЗАЦИЯ ПОДВОДНОГО ТОННЕЛЯ А

втомобильный тоннель Куинсуэй (Queensway Tunnel) проложен под рекой Мерси (River Mersey) на северо-западе Англии между городами Ливерпуль и Беркенхед. По завершении строительства в 1934 г. он стал самым длинным в мире подводным тоннелем длиной 3,24 км.

В 2011 г. после 77 лет эксплуатации началась его модернизация, продлившаяся 11 месяцев. Старая гофрированная пластиковая облицовка стен была заменена керамической сталью, выбранной по причине её долговечности, прочности и неприхотливости в обслуживании. Она легко чистится и придаёт тоннелю современный вид. Новая система облицовки также повысила безопасность, улучшив светоотражение и на 14 % усилив освещённость. Это сокращает потребление энергии и продлевает срок работы ламп освещения с семи до восьми лет, что экономит деньги и снижает «углеродный след». Облицовочные панели крепятся на лёгкий модульный каркас из нержавеющей стали, состоящий из холодногнутых профилей, произведённых из стальной нержавеющей ленты весом 390 тонн. Из-за агрессивной среды внутри автодорожных тоннелей для каркасной обрешётки была выбрана никельсодержащая нержавеющая сталь марки 304 (UNS S30400). Для предотвращения скопления грязи и таких загрязняющих веществ, как хлориды и сульфаты, что может привести к образованию локализованной коррозии, был разработан строгий график чистки панелей. Каркас из нержавеющей стали был спроектирован максимально лёгким, чтобы снизить стоимость материалов и облегчить быстрый монтаж, тем самым сведя к минимуму нарушение обычной работы тоннеля в ходе ремонтных работ. К тому же конструкция каркасной системы должна была позволить легко демонтировать и менять панели в случае повреждений, нанесённых, например, при ударе автомобиля. К каждому спроектированному на основе модульного принципа сегменту нижней опорной рамы каркасной обрешётки крепится одна облицовочная панель. Инновационное конструктивное решение, состоящее в предварительном креплении жёстких верхних и нижних рельсов к стене тоннеля и последующей установке каркасной обрешётки из нержавеющей стали, значительно снизило продолжительность монтажных работ. Такой процесс также свёл к минимуму перебои в работе тоннеля.

2 НИКЕЛЬ. ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ

• Почти 400 тонн нержавеющей стали пошло на каркасную обрешётку, используемую для крепления облицовочных панелей внутри тоннеля Куинсуэй в рамках проекта его капитальной модернизации • Тоннель построен в 1925-1934 гг; стоимость строительства составила 8 млн. фунтов стерлингов (в ценах 1934 г.)

• Протяжённость тоннеля — 3,24 км • Размеры тоннеля — 13,4 м в диаметре; 4 полосы движения по две в каждом направлении с ежедневным транспортным потоком в 35 тыс. автомобилей • Стоимость модернизации — 7 млн. фунтов стерлингов (в ценах 2011 г.)

• Количество панелей из керамической стали — 6 тыс.; площадь покрытия — 36 тыс. кв. м.

• Общий вес облицовки — ~900 тонн • Вес нержавеющей стали — ~400 тонн • Каркас — аустенитная нержавеющая сталь марки 304 (UNS S30400) (приблизительно 8,3% никеля) • Анкеры — 48 тыс. анкеров, произведённых из нержавеющей стали марки А4 (состав эквивалентен марке 316 (UNS S31600)), крепят каркасную обрешётку к стене тоннеля.

• Главный крючок держателя каждой панели — дуплексная нержавеющая сталь (UNS 32205), содержащая 5,5% никеля, выбрана благодаря своей сверхпрочности.

• Процесс модернизации занял 11 месяцев и был завершён в ноябре 2011 г.

• Графические изображения, созданные местным художником, были нанесены на некоторые панели из керамической стали способом трафаретной печати; этот тоннель стал первым в Европе, использующим в своей облицовке монументальное искусство.

• В сентябре 2009 г. в тоннеле прошли съёмки сцен из первой серии фильма «Гарри Поттер и дары смерти». Полное описание «Примера из практики» можно загрузить с веб-сайта Института никеля: www.nickelinstitute.org

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

ФОТОГРАФИИ ISTOCK.COM/MONSTARRR_

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

Журнал посвящен никелю и его применению Журнал «Никель» издается Институтом никеля www.nickelinstitute.org Дэвид Батлер (David Butler), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), редактор Авторы статей: Парул Чхабра (Parul Chhabra), Гари Коутс (Gary Coates). Питер Келли-Детуилер (Peter Kelly-Detwiler), Ричард Матесон (Richard Matheson), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Кристина Остерман (Kristina Оsterman), Тони Ньюсон (Tony Newson), Лиссель Порт (Lissel Port), Найджел Уорд (Nigel Ward)

С Институтом никеля можно связаться: Rue Belliard 12 Brussels 1040, Belgium Tel. +32 2 290 3200 communications@nickelinstitute.org Публикация предназначена для общей информации читателя и не должна использоваться в практических целях без предварительной консультации специалиста. Несмотря на то, что, по мнению авторов, публикуемые технические сведения верны, Институт никеля, его члены, сотрудники и консультанты не гарантируют их пригодности для общего или специального использования и не несут никакой ответственности в связи с опубликованной здесь информацией.

ISSN 0829-8351 Отпечатано в Канаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group. Обложка: компания Constructive Communications Фотографии на обложке: iStockPhoto.com © ERAXION

НИКЕЛЬ В ЗДРАВООХРАНЕНИИ Никельсодержащие материалы, в том числе и нержавеющие стали, считаются безопасными, легко очищаемыми и гигиеничными. Благодаря этим своим свойствам они широко используются в медицине, будь то в хирургических инструментах, имплантатах, больничном оборудовании, или же выше в цепочке предложения — например, в фармацевтическом оборудовании для производства жизненно необходимых лекарственных средств. Эффективность этих материалов давно доказана на практике. Нержавеющая сталь используется в скальпелях, стоматологических щипцах и имплантатах ещё с двадцатых годов прошлого века.

НИКЕЛЬ В МЕДИЦИНСКИХ ПРИБОРАХ СОВОКУПНЫЙ ГОДОВОЙ ТЕМП РОСТА 7% В ГОД

30 25

ИСТОЧНИК: КОМПАНИЯ ROSKILL PARISER

Художественное оформление: компания Constructive Communications

20 15

СОДЕРЖАНИЕ Пример из практики Тоннель Куинсуэй . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 В фокусе Колонка редактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Главные темы выпуска Аллергия на никель . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Никельсодержащие материалы медицинского назначения. . . . . . . . . 5–7 Earfold® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Нитинол . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Эндобронхиальный клапан . . . . . . . . . . .9 Тенденции развития медицинских инструментов . . . . . 10–11 Объёмная печать в медицине . . . . . . .12 Нанопровода, считывающие сигналы нейронов . . .13 Кардиостимуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Дезинфекция в госпиталях . . . . . . . . . 15 Никель и его применение «Свет на земле» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Коротко о разном Выдержки из Универсальной системы обозначений металлов и сплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Ссылки на веб-страницы . . . . . . . . . . . 15

kt

10 5 0

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

В здравоохранении гигиена имеет первостепенное значение, и повсеместное использование нержавеющей стали в больничном оборудовании — свидетельство того, как легко её чистить. Как показано в недавнем исследовании, проведённом Городским университетом Манчестера (Manchester Metropolitan University) и французским политехническим институтом AgroParisTech, представленном на странице 15, нержавеющая сталь может выдержать неоднократную санитарную обработку агрессивными химическими средствами. У никеля есть и другие свойства, используемые в жизненно важных приборах. Например, нитиноловые (никель-титан) сплавы с памятью формы демонстрируют набор качеств, которые делают их особенно пригодными для использования в саморасширяющихся стентах, применяемых для облегчения сосудистых заболеваний, или в магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющей получить непревзойдённые по качеству изображения мягких тканей, например: мозга, мускулов, сердца, опухолевых новообразований, не подвергая при этом пациентов ионизирующей радиации. В основе любой системы МРТ лежит мощный магнит (почти в 300 тыс. раз мощнее магнитного поля Земли), сама работа которого во многом зависит от никельсодержащей нержавеющей стали, используемой в его конструкции. Но никельсодержащая аустенитная нержавеющая сталь крайне необходима медицине не только из-за своей коррозиестойкости. Способность выдерживать сверхнизкие температуры (-269° C) делает её незаменимой при хранении жидкого азота, используемого в криохирургии для удаления патологической ткани. А благодаря своим немагнитным свойствам она стала идеальным конструктивным материалом в реанимационных технологиях. Никель вносит небывалый, но невидимый вклад в медицину. Этот выпуск журнала «Никель» приводит лишь некоторые примеры того, как использование современных никельсодержащих материалов меняет нашу жизнь к лучшему. Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель»

НИКЕЛЬ, Т. 32, № 3, 2017 Г.

В ФОКУСЕ НИКЕЛЬ 

АЛЛЕРГИЯ НА НИКЕЛЬ

ГДЕ МОЖНО НАЙТИ НИКЕЛЬ

Оценивая риск

Н

В последние годы появился ещё один никельсодержащий материал, применяемый в биомедицинских целях, — нитинол (Nitinol (UNS N01555)). Он ценен своими свойствами памяти формы и используется в таких приборах, как оборудование ортодонтии и стенты (устройства для реконструкции просвета какого-либо органа).

Стр. 13 Стр. 8

Стр. 8 Стр. 6

Стр. 9

Стр. 15

Материалы, используемые во время процедур хирургической имплантации, таких как замена искусственных суставов, как правило, хорошо переносимы пациентами. Жалобы на имплантаты в основном касаются инфекций или механических проблем, но в редких случаях они могут быть вызваны и аллергическими реакциями. К типичным аллергенам относятся хром, кобальт, компоненты костного цемента и никель. «Кожно-аллергические пробы, взятые у пациентов с уже диагностированной аллергией на никель, показали, что нержавеющие стали с низким или средним содержанием серы, такие как так называемая «хирургическая сталь» марки 316, не дали статистически значимого числа аллергических реакций, — комментирует д-р Кейт Хейм (Kate Heim), старший токсиколог в области здоровья человека подразделения Института никеля по исследованиям в области здравоохранения и экологии NiPERA. — Общепризнано, что эти нержавеющие стали не вызывают никелевого дерматита, хотя у гиперсенситивных индивидуумов аллергическая реакция всё же может быть спровоцирована». Существующие стандарты на имплантатные материалы обеспечивают низкий уровень попадания металла в жидкие среды и ткани организма, окружающие имплантат. К тому же для сведения к минимуму износа от трения разработаны искусственные суставы из нержавеющей стали на пластике. Благодаря этому удалось добиться высоких показателей эффективности протезов тазобедренного сустава даже у пациентов с уже существующей аллергией на металлы. «Пациенты с уже существующей аллергией на никель или те, кто озабочен возможным побочным эффектом от использования имплантатов, сделанных из никельсодержащего сплава, должны перед операцией посоветоваться со своим лечащим врачом», — советует д-р Хейм.

Стр. 7

Стр. 12

Стр. 8

Стр. 7 Стр. 12 ФОТОГРАФИИ ISTOCK.COM/ANGELHELL

ержавеющая сталь — материал, чаще всего применяемый в медицинских приборах и больничном оборудовании. Она биологически совместима с живыми тканями, её легко чистить и стерилизовать, она прочна и устойчива к коррозии. Марки нержавеющей стали, используемые в имплантатах (например, 316LVM (UNS S31673)), отличаются от технических марок нержавеющей стали (таких, например, как 316L (UNS S31603)), предназначенных для других медицинских приборов, используемых при непродолжительном (как правило, менее 60 минут) и краткосрочном (обычно не более 30 дней) контакте с кожей человека.

r Д-р Кейт Хейм (Kate Heim), старший токсиколог NiPERA в области здоровья человека

4 НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

ФОТОГРАФИИ ISTOCK.COM/CZGUR

Никельсодержащие материалы медицинского назначения

ПОВЫШАЯ КАЧЕСТВО ЖИЗНИ П

остоянный прогресс медицинских технологий продлевает человеческую жизнь по всему миру. Этот прогресс стимулируется разработкой новых способов применения металлов и сплавов в медицинских целях для внутреннего и внешнего использования. В 2016 г. только в США было проведено более 50 млн хирургических операций. По мере ежегодного роста этой цифры также растёт и спрос на хирургические операции минимально инвазивного характера, поскольку они обладают множеством привлекательных преимуществ, в числе которых — более короткие восстановительные периоды и общее щадящее воздействие на пациента во время операции. Нержавеющая сталь и сейчас является самым широко используемым материалом для изготовления медицинских инструментов в силу своего эксплуатационного разнообразия, биосовместимости и относительно низкой цены. Другие материалы, такие как титан и кобальт-хром, также внесли свой вклад в прогресс. Среди используемых в медицинских целях металлов лидером является нитинол (Nitinol (UNS N01555)), никель-титановый сплав с памятью формы, и его использование во многих областях применения в медицине растёт. Нитинол как путеводная звезда Нитинол — это уникальный материал, обладающий свойствами суперэластичности и памяти формы. Он состоит из 55% никеля и 45% титана и является весьма перспективным для создания медицинских имплантатов. Он совместим с живой тканью, и в связи с необыкновенными свойствами этого сплава многие медицинские приспособления, в которых ранее использовалась нержавеющая сталь, за последние десять лет были заменены на нитиноловые. Три самых распространённых способа использования медицинской проволоки из нитинола — проволочный проводник катетера в эндоваскулярной хирургии, диагностический направитель (проводник) и проволока для зубных дуг. Ежегодно на изготовление нитиноловой и нержавеющей медицинской проволоки уходит несколько сотен тонн

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

никеля. Эта проволока применяется как в технологиях, радикально меняющих жизнь, так и в ситуациях, связанных со спасением жизни. По данным научного отчёта, опубликованного в 2014 г. компанией Grand View Research, которая занимается исследованием рынка и консалтингом, «ожидается, что к 2020 г. объём мирового рынка проволочных направителей достигнет 2,10 млрд долларов США. Считается, что в ближайшие шесть лет спрос на проволочные проводники поднимется из-за роста заболеваемости, сопровождающейся ростом численности населения пожилого и старческого возраста». Проволочный направитель — это тонкая, гибкая медицинская проволока, вставляемая в тело для направления более крупного инструмента, такого как урологический катетер, центральный венозный катетер или подающая трубка питания. Изначально применявшийся в коронарной хирургии проволочный направитель стал неотъемлемой частью всё большего числа медицинских процедур, при этом его использование постоянно растёт, расширяется и проникает в новые и новые отрасли медицины. «Суперэластичность проволоки из нитинола в 16 раз выше, чем у проволоки из нержавеющей стали; такая проволока выдерживает 8%-ую деформацию, тогда как проволока из нержавеющей стали меняет свою первоначальную форму уже после 0,5%-ого механического напряжения. Возьмём, к примеру,

НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА 5

ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM \ MIRONOS ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM / BET_NOIRE

ВИКИМЕДИЯ КОММОНС (WIKIMEDIA COMMONS)

r Проволочный направитель катетера в эндоваскулярной хирургии

r Нитинол — сплав с памятью формы

КОМПАНИЯ FORT WAYNE METALS RESEARCH PRODUCTS CORP

r Проволока для зубных дуг

ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM / MILEA

r Ортопедические кабели

r Васкулярные стенты с проволочным направителем 6 НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА

сделанную из нитинола скрепку для бумаги. Её можно согнуть под углом 90°, и она вернётся в свою исходную форму, — говорит Дэвид Пламли (David Plumley), менеджер по выпуску нитинола в компании Fort Wayne Metals, главного поставщика нитинола, нержавеющей стали и проволоки специального медицинского назначения, находящейся в г. ФортУэйне, штат Индиана, США. — Проволока из нитинола обладает великолепной устойчивостью к деформации, хорошей устойчивостью к излому и способна сохранять прямолинейность. Все эти свойства очень ценны для проволочных направителей. В нашей компании за последние десять лет ежегодный рост производства нитинола превысил 10%, и мы видим возможности дальнейшего его роста в будущем для использования в медицинских и иных целях». Нитинол также применяется в производстве армированных полимерных направляющих трубок для катетеров, в которых сплетённая проволока из нитинола служит бандажной защитой между внутренними и внешними полимерными слоями. Стенты, которые выдерживают большую деформацию Необыкновенная способность нитинола выдерживать большую деформацию в сочетании с его физиологической и химической совместимостью с человеческим организмом (биосовместимость) делает его привлекательным материалом при разработке и проектировании приспособлений медицинского назначения. Важной областью применения нитинола являются стенты. Можно производить стенты из нитинола при одной температуре, ужимать их до меньших размеров при другой, затем вводить их в артерию, где материал нагреется от тепла тела до уровня, превышающего температуру его трансформации, и вернётся к своему первоначальному размеру. Васкулярные стенты из нитинола производятся из просверленных ружейным сверлом профилей. После того, как выполнены соответствующие заданным размерам отверстия, из полученного профиля лазером вырезаются нужные формы. Диаметр трубок сосудистых стентов, используемых для лечения аневризмы (аномального расширения просвета кровеносных сосудов, сопровождающегося истончением сосудистой стенки), составляет, как правило, 25,4 мм (1 дюйм). Перед тем, как вставить такую трубку в баллон подающего устройства и далее в аорту пациента, её ужимают до диаметра всего лишь 6-7 мм (1/4 дюйма). Установленный стент расширится и вернётся к своей первоначальной форме сам, обеспечив тем самым реконструктивное лечение аневризмы. Применение высокопрочной нержавеющей стали «Существует множество областей применения проволоки медицинского назначения из аустенитной нержавеющей стали марок 302 (UNS S30200), 304 (UNS S30400) и 316L (UNS S31603)», — говорит Остин Лукас (Austin Lucas), сотрудник компании Fort Wayne Metals. Диаметры этих тончайших медицин-

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

Нитинол — это сплав, состоящий из 55% никеля и 45% титана; он является перспективным материалом для медицинских имплантатов.

Спицы, штифты и иглы Спицы Киршнера (Kirschners Wires (K-wires)) и гвозди Штейнманна (Steinmann Pins) делаются из имплантатной марки 316L и используются хирургами-ортопедами как вживляемые устройства для фиксации трещин в кости, для реконструкции кости, а также в качестве направляющих штифтов для введения другого имплантата. Их также можно вводить сквозь кожу для приложения к костной системе тягового усилия. Четыре или шесть недель спустя, когда кость срастётся, спицы удаляют. Ортопедические кабели — ещё один из способов применения марки 316L. Медицинская проволока из нержавеющей

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

необходим для обеспечения стабильности предела усталости, что крайне важно для многих медицинских приспособлений. Медицинская проволока из нержавеющей стали также используется при производстве игл. Например, для устойчивости к изгибу и излому хирургические иглы должны обладать исключительно высокой прочностью и пластичностью, к тому же они должны быть жёсткими и хорошо проникать в ткани, облегчая работу хирурга. Чтобы соответствовать этим важным требованиям, хирургические иглы, как правило, производятся из дисперсноупрочнённых мартенситных нержавеющих сплавов с высокими прочностными характеристиками, таких как Custom 455® (UNS S45500) и Custom 470®. Постоянный поиск инновационных решений Разные другие никельсодержащие специальные проволоки также находят применение в медицине, как, например, проволока из сплава FWM 1058®/Elgiloy®/Phynox®/Conichrome® (UNS R 30003), являющегося сплавом кобальта, хрома, никеля и железа. Из неё изготавливаются стенты, фильтры, разъёмы электродов кардиостимуляторов и ортопедические имплантаты. Кроме того, сплав 35 NLT® кобальтникель-хром-молибден (или другие версии этого сплава (UNS R 30035)) с его высоким модулем упругости находит применение в разъёмах электродов для кардиостимуляторов, зондах, катетерах, ортопедических кабелях и имплантируемых конструкциях постоянного действия. Медицинские технологические инновации неразрывно связаны с наличием высокопрочных материалов, обладающих уникальными свойствами. Биосовместимые материалы, такие как нитинол и никельсодержащие сплавы, должны не только отвечать существующим ныне требованиям разработчиков медицинских устройств, но и содействовать новым идеям и видам на будущее. При постоянном поиске новых решений это, несомненно, необыкновенные и вдохновляющие материалы для будущих инноваций.

ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM / DEFUN

При проведении операции на открытом сердце необходимо отделить грудную клетку и рассечь область грудины, чтобы хирург смог получить доступ к сердцу пациента. По завершении операции рёбра будут опять сведены вместе и скреплены с помощью проволоки для скрепления грудины. Она, как правило, сделана из медицинской нержавеющей проволоки марки 316L. Медицинская проволока марки 304 обычно используется как проволочный направитель для первоначального попадания в вены и артерии во время хирургических операций на сосудах. В некоторых конструкциях стентов используется нержавеющая сталь марки 304. Нержавеющая сталь марок 302 и 304 обычно применяется и в другом оборудовании, таком как зонды, катетеры, пружины, иглы и дискодержатели. При многих хирургических вмешательствах для закрытия ран обычно используются скобы. Их выполняют из нержавеющей проволоки марок 316L и 304. Из последней марки также часто производится проволока для зубных дуг.

r Проволока для скрепления грудины

r Спицы Киршнера (K-wires)

ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM / CHAI2070

для производства мельчайших и тончайших деталей, таких, которые обычно можно встретить во многих медицинских приборах», — продолжает Лукас. Она находит применение в широком перечне оборудования и приспособлений, используемых в сосудистой терапии, нейростимулировании, эндоскопии, ортопедической медицине, ортодонтии и стоматологической имплантологии.

ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM / MIRALEX

стали, используемая в медицинских имплантатных устройствах, производится методом вакуумного дугового переплава (Vacuum Arc Remelt (VAR)). Это процесс вторичного переплава для материалов с повышенной химической и механической однородностью, используемых в критически важном оборудовании. Такой контролируемый по химическому составу и особо чистый химический материал

r Хирургические иглы

ФОТОГРАФИЯ: ISTOCKPHOTO.COM / BDSPN

ских проволочек — от 2,54 мм до 0,1016 мм, а можно даже произвести проволоку и более тонкого волочения. «Нержавеющие сплавы привлекательны благодаря высокой прочности (400-500+ килофунтов/кв.дюйм), которой можно добиться путём механического упрочнения. Примером тому может служить проволока диаметром 0,127 мм прочностью 450 килофунтов/кв. дюйм. Она необходима

r Разъёмы электродов кардиостимулятора НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА 7

НИТИНОЛ

ФОРМА ГРЯДУЩЕГО

Как нитинол помогает корректировать лопоухость

В

сем нравится получать хорошие известия. Если вам доводилось переживать из-за своей лопоухости, то вам будет особенно приятно узнать, что сейчас существует более лёгкий и менее инвазивный способ её исправления — и всё это благодаря уникальным свойствам лёгкого металлического сплава под названием нитинол (UNS N01555), суперэластичного материала, производимого из никеля и титана. Быстрое лечение и укороченный восстановительный период Подходящая для взрослых, подростков и детей старше семи лет технология Earfold® является альтернативой традиционным способам лечения, таким как фиксирование и хирургическая коррекция ушной раковины, называемая отопластикой. Популярность этой технологии за последние годы выросла благодаря её удобству, более короткому восстановительному периоду и возможности увидеть конечный результат ещё до проведения этой простой двадцатиминутной процедуры.

Earfold® — это небольшой имплантат заданной дугообразной формы. В день процедуры пациентам проводится только местная анестезия. Имплантат вставляется в ухо с помощью небольшого портативного устройства, которое держит имплантат в выпрямленном в плоскости состоянии. Установленный в заданную позицию и отсоединённый от держателя Earfold® вновь восстанавливает свою дугообразную форму, меняя положение уха под заранее определённым ещё до операции углом. Всё это происходит благодаря уникальному свойству нитинола восстанавливать форму. Идея, навеянная вешалкой для одежды Изобретатель этой технологии д-р Норберт Канг (Dr. Norbert Kang) в своём интервью, данном в 2017 г., поясняет: «Мне хотелось предложить пациентам и хирургам быстрый и более предсказуемый способ лечения, дающий меньшее количество рецидивов и демонстрирующий низкие показатели инфицирования; способ, предоставляющий пациентам некоторую степень контроля над конечным результатом, чтобы при этом сам получившийся результат был бы обратим и поддавался корректировке». Д-р Канг первоначально использовал технику

8 НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА

корректировки лопоухости, при которой изгибался и сшивался сам хрящ ушной раковины, но потом задался вопросом, нельзя ли придумать приспособление, которое проделывало бы то же самое. Идея устройства родилась в гараже, где ему попалась проволочная вешалка для одежды, которую он по-разному изгибал. Д-р Канг стремился избежать проблем, свойственных стандартным методам хирургической и нехирургической отопластики. Нитинол помог ему добиться этой цели: «Этот сплав обладает рядом важных свойств, включая суперэластичность и память формы. Поэтому вставленный в переднюю часть уха Earfold® способен свернуть и изменить форму находящегося под ним хряща ушной раковины в соответствии с заранее запрограммированной в имплантате формой». Естественный вид Хоть истинным героем этого новаторского медицинского имплантата является нитинол, результат его действия — чистое золото. В самом буквальном смысле: чтобы приспособление не было заметно под кожей, нитинол покрыт слоем 24-каратного золота,. Оба материала биосовместимы (то есть человеческий организм на них не должен реагировать) и широко используются во многих других изделиях медицинского назначения.

Earfold® уже применяется с 2011 г., но статистические данные о его использовании всё ещё собираются для подтверждения его пригодности для надёжной и стабильной корректировки лопоухости. Уши выглядят и двигаются естественно, и оценочный коэффициент удовлетворённости у клиентов высок. Нитинол может буквально «выкрутить вам уши». В хорошем смысле этого слова!

Нитинол демонстрирует суперэластичность при температуре, превышающей температуру фазового перехода, благодаря формированию мартенсита на участках, подвергнутых напряжению, даже не смотря на то, что температура этих участков выше температуры, характерной для формирования мартенсита. Когда напряжение убирается, этот мартенсит возвращается к недеформированному аустенитному состоянию. Тогда как большинство металлов могут переносить напряжение, выраженное только небольшой долей процента, после чего происходит их необратимая деформация, нитинол может выдержать напряжение до 8% и после этого вернуться в своё первоначальное состояние. Подобным же образом эффект памяти формы позволяет нитинолу после деформации вернуться к своей первоначальной структуре. Когда обработка и придание металлу определённой формы проходят при температуре, превышающей точку фазового перехода, свойство памяти формы позволяет ему вернуться к своей первоначальной форме, если деформация произошла при температуре ниже точки фазового перехода. Простой нагрев нитинола заставляет мартенсит превращаться обратно в недеформированный аустенит. Растёт использование свойств нитинола в здравоохранении и медицинских приборах, в том числе в ушных имплантатах, оправах для очков и стентах. Чтобы ввести медицинский стент в артерию, его необходимо значительно сжать, но когда действие сжатия прекращается, он разворачивается как пружина, чтобы поддерживать коронарную артерию в расширенном состоянии.

WWW.ANDRAMED.COM/

Верь ушам своим

вляясь металлическим сплавом никеля и титана, взятых приблизительно в равной процентной концентрации по числу атомов, нитинол демонстрирует уникальные свойства суперэластичности и эффекта памяти формы. Эти свойства возникают в результате фазовой трансформации (изменения кристаллической структуры). Микроструктура металла, возникающая при температуре ниже точки фазового перехода, известна как «мартенсит», а микроструктура, возникающая при температуре выше этой точки, известна как «аустенит».

r Cтент u-flex: саморасширяющийся стент из нитинола

r Cделанный из нитинола мост оправы очков

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

WWW.THINOPTICS.COM/FLEXIBLE-READING-GLASSES

r Способность нитинола восстанавливать форму позволяет имплантату Earfold® помогать в корректировке лопоухости.

WWW.EARFOLD.CO.UK

ФОТОГРАФИЯ:ISTOCKPHOTO.COM / LIZA5450

Я

КОРПОРАЦИЯ PULMONX

r Клапан, помещённый глубоко в бронхиолы, позволяет воздуху течь только в одном направлении.

Эндобронхиальные клапаны творят чудеса Вытесняя респираторные заболевания

В

о всём мире многие пациенты дышат спокойнее и чувствуют себя более комфортно благодаря крохотному никельсодержащему имплантируемому клапану, принцип действия которого очень напоминает принцип выдавливания кетчупа через колпачок легко сдавливаемой пластиковой бутылки. Клапан «Зефир» сделан из нитиноловой проволоки (UNS N01555) в виде сжимающейся наружной оболочки-«корзины», напоминающей стент, используемый в хирургии сердца, и охватывающей внутренний силиконовый клапан. Гибкий материал сконструирован таким образом, что работает как одноходовой клапан, помогающий пациенту свободнее производить выдох. Использование такого клапана привело к внедрению более щадящей и минимально инвазивной процедуры, помогающей облегчить изнуряющее удушье, из-за которого люди, страдающие хроническим заболеванием лёгких, не могут и шагу ступить, не задыхаясь. Контролируемый поток выдыхаемого воздуха и улучшенное дыхание Производитель PulmonX определяет использование эндобронхиального клапана «Зефир» как эндоскопическую терапевтическую процедуру по уменьшению объёма лёгких, которая значительно улучшает функцию лёгких, способность к физической нагрузке и качество жизни. Клапан, помещённый глубоко в тончайшие

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

разветвления лёгких, которые называются бронхиолами, позволяет воздуху выходить, пропуская его только в одном направлении. Это именно тот процесс, который подобен принципу работы резиновых крышек на бутылках кетчупа. В течение 45-минутной процедуры хирург пользуется тонким гибким шлангом, называемым бронхоскопом, для имплантирования клапана, вводя его в лёгкие через рот и трахею. Пациент в это время находится либо под анестезией, либо под влиянием седативных препаратов. Оказавшись в правильном положении, проволочная корзинка расширяется, удерживая прибор на месте. Это практически перекрывает больные части лёгких. Несмотря на то, что объём лёгких уменьшается, клапан на самом деле способствует улучшению дыхания, потому что воздух проходит только через здоровые участки лёгких. В сущности, он обеспечивает более эффективную работу оставшихся здоровых частей органа. Улучшенное качество жизни Компания PulmonX отмечает, что по клапану «Зефир» существует больше клинических

данных, чем по остальным терапевтическим процедурам эндоскопического уменьшения объёма лёгких. Эти данные подтверждаются четырьмя опубликованными контролируемыми клиническими испытаниями, проводимыми методом случайной выборки (ещё два сейчас проводятся), и обширными научными исследованиями по безопасности и эффективности клапанов. Многочисленные клинические испытания доказали его преимущества, и 12 тыс. пациентов по всему миру получили подобное лечение. Д-р Самюэл Кемп (Dr Samuel Kemp), врач-консультант по респираторным заболеваниям находящегося в Великобритании регионального траста государственной системы здравоохранения Royal Brompton & Harefield NHS Foundation Trust, возглавлявший одно из последних исследований, проводимых с использованием клапана «Зефир», говорит: «После проведения этой процедуры пациенты легче дышат, ходят на более длинные расстояния, способны сами одеться, и качество их жизни в основном повышается. Задыхающийся человек несчастен: он начинает бояться физических нагрузок. Эта процедура нехирургическим путём возвращает таким людям утерянные уверенность и качество жизни, она может подойти гораздо большему числу пациентов, страдающих эмфиземой лёгких».

НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА 9

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

МЕДИЦИНСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ Как нержавеющая сталь отвечает растущим требованиям прогресса в области хирургического инструментария

Э

тот быстроразвивающийся сектор подпитывает новаторство и модернизацию приборов из нержавеющих сплавов во всём мире. Ожидается, что объём мирового рынка хирургических инструментов и оборудования удвоится в течение следующего десятилетия. Оцениваемый в 10,5 млрд долларов США в 2016 г., по прогнозам организации Grand View Research Inc., к 2025 г. он достигнет 20,3 млрд долларов США. Тогда как ручные хирургические инструменты, такие как зажимы, ланцеты, держатели и ранорасширители, уже занимают бόльшую часть рынка, рыночный сегмент электрохирургических приборов и оборудования будет испытывать неуклонный рост благодаря развитию малоинвазивной хирургии.

10 НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА

Малоинвазивная хирургия: меньше — значит больше Везде, где это только возможно, выбор делается в пользу малоинвазивной хирургии. Почему? В целом, это безопаснее для пациента, да и восстановительный период проходит гораздо быстрее. Среди прочих преимуществ — меньший размер хирургических

швов, значительно сниженный уровень повреждения тканей, меньший дискомфорт и пониженное рубцевание. Другим существенным преимуществом является более высокая степень точности, получаемая в результате использования оборудования с видеоподдержкой. Оно облегчает хирургу визуализацию внутренних органов и позволяет получать их увеличенное изображение. Распространённые виды малоинвазивной хирургии включают лапароскопию и эндоскопию. Лапароскопия — это проведение хирургических операций через небольшие отверстия в теле, тогда как эндоскопия — это

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

дя навстречу растущим потребностям И медицинской промышленности, компания Сarpenter Technologies, из г. Рединга, штат Пенсильвания, США, разработала ряд специальных никельсодержащих сплавов, в число которых входят:

проведение диагностических и терапевтических процедур посредством введения в полости тела через внутренние органы и сосуды специально разработанных тонких инструментов. От умелых квалифицированных рук до робототехники В настоящее время большинство процедур малоинвазивной хирургии требуют работы руками. Однако значительные успехи роботизированных технологий позволяют хирургам осуществлять ещё более тонкое и точное оперативное вмешательство, а это — крайне важное преимущество, особенно в нейрохирургии головного и спинного мозга. Ожидается, что роботы-хирурги будут обладать интуитивно понятной системой управления, позволят добиться углублённой визуализации и более высоких функциональных возможностей. В результате хирургические процедуры становятся ещё более сложными и локализованными.

ФОТОГРАФИИ ISTOCK.COM/3ALEXD

Развитие технологических средств должно также повлечь за собой развитие инструментов В связи с повышенными требованиями к хирургическим инструментам бόльшие ожидания возлагаются и на материалы, из которых они производятся. Как для технических характеристик, так и для экономической эффективности критически важно использование самых подходящих сплавов. Все хирургические инструменты подвергаются воздействию биологических жидкостей, а также до- и послеоперационных процедур. В рамках этих процедур для уничтожения бактерий, спор и микроорганизмов, устойчивых к кипящей воде и сильнодействующим моющим средствам, используются дезинфицирующие растворы и автоклавы с насыщенными парами высокого давления. Современные инструменты должны быть «автоклавируемыми» — способными выдерживать автоклавную обработку. Подходящие сплавы выбираются исходя из их коррозиестойкости, устойчивости к деформации, жёсткости, предела усталости, твёрдости или износостойкости. Многим приборам необходима совокупность этих свойств. Трубчатые и нережущие инструменты Марки аустенитных нержавеющих сплавов 304/304L (UNS S30400/S30403) и 316/316L (UNS S31600/S31603) обычно используются в тех медицинских приборах и нережущих инструментах, где требуются хорошая коррозиестойкость и умеренная прочность. Марку 304 нержавеющей стали повышенной

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

прочности часто выбирают для трубчатых деталей. Исключительная пластичность аустенитных нержавеющих сталей является ключевым свойством для приборов сложной конфигурации. Для облегчения чистки медицинских инструментов необходима гладкая поверхность. Эти сплавы используются для производства таких хирургических и зубоврачебных инструментов, как щипцы-плоскогубцы, фиксаторы, аспирационные трубки, а также троакары, не подвергаемые высоким нагрузкам или крутящим усилиям. Весовые нагрузки и режущие кромки Марки 410 (UNS S4100), 416 (UNS S41600), 420 (UNS S42000), 431 (UNS S43100) и 440 (UNS S44002/3/4) мартенситных нержавеющих сталей широко применяются в медицинских и зубоврачебных инструментах, требующих твёрдости или повышенной жёсткости в областях применения, сопряжённых с весовыми нагрузками, — речь идёт о режущих инструментах, кюретажных ложках (острых ложках для выемки костной ткани), стоматологических долотах, ортодонтических шипцах и скальпелях. Дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали, такие как 17-4 PH (UNS S17400), применяются также в хирургических инструментах, особенно в длинных и узких штифтах и зажимных механизмах, используемых в малоинвазивной хирургии. Новые решения проблем автоклавной обработки При всей популярности автоклавной обработки мартенситные нержавеющие стали могут не обладать необходимой коррозиестойкостью, что ведёт к преждевременному износу некоторого оборудования. Производители хирургических и зубоврачебных инструментов сталкиваются с проблемами непрочности режущей кромки, износа и коррозионного истирания поверхности, в том числе преждевременного затупления режущих кромок, понижения технических характеристик и возможности засорить открытую рану металлическими осколками.

• UNS S20161 (Cartech Gall-Tough®), легированная азотом аустенитная нержавеющая сталь с 5,2%-м содержанием никеля и высоким содержанием кремния и марганца и её версия Cartech Gall-Tough PLUS® (номер UNS ещё не присвоен и находится в процессе рассмотрения) с 8%-м содержанием никеля, обладающая бόльшей сопротивляемостью коррозии. Коррозиестойкость этих двух марок подобна коррозиестойкости марок 304 и 316, но у них выше показатели устойчивости к деформации, износу и коррозионному истиранию поверхности.

• UNS S45000 с 6,5%-м содержанием никеля — мартенситный дисперсноупрочнённый сплав, обеспечивающий довольно хорошую коррозиестойкость, а также высокую прочность, хорошие пластичность и жёсткость, достигаемые посредством простой термообработки.

• UNS S45500 с 8,3%-м содержанием никеля — мартенситный дисперсноупрочнённый сплав, который может, не образуя деформаций, демонстрировать разные уровни прочности, достигаемые просто разными режимами термообработки. Он великолепно подходит для очень малых зажимных патронов, в которые вставляются рабочие концы эндоскопических инструментов, используемых в малоинвазивной хирургии. Передовые хирургические технологии нуждаются в инструментах, которые не сломаются, не перекосятся или каким-нибудь иным способом не нарушат ход хирургической операции.

• UNS S46500 Custom 465® — ещё один мартенситный дисперсноупрочнённый нержавеющий сплав с 11%-м содержанием никеля, предлагающий уникальное сочетание коррозиестойкости, жёсткости, предела усталости и великолепной прочности надрезанного образца на растяжение/разрыв для поперечных сечений диаметром менее 20 мм. Всё это способствует разработке инструментов для поперечных срезов разной длины, таких, например, как инструменты для артроскопической резекции и держатели, используемые в малоинвазивной хирургии и микрохирургии, а также способствует разработке инструментов для осуществления разрезов и проведения операций по приданию формы благодаря стойкости их режущей кромки и твёрдости.

Передовые производители реагируют на эти проблемы, удовлетворяя конкретные потребности в материалах развивающейся промышленности хирургических инструментов, и никельсодержащие материалы играют в этом важную роль.

НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА 11

КОМПАНИЯ CARPENTER TECHNOLOGIES

ФОТОГРАФИИ ISTOCK.COM/JMIMAGES

Специальные сплавы

ФОТОГРАФИИ: ISTOCK.COM / ALEX-MIT

УЛУЧШЕННАЯ ПРИГОНКА ИМПЛАНТАТОВ Никель в будущем медицинской объёмной печати екоторые из нас ещё помнят сериал «Человек на шесть миллионов долларов» — хит, шедший в течение пяти сезонов на американском телевидении в середине семидесятых. Главный герой, астронавт полковник Стив Остин, жестоко пострадал в катастрофе космического корабля. Доктора решили восстановить его тело, сделав его «лучше… сильнее… быстрее». В то время это было научной фантастикой, но сейчас у многих из тех, кто тогда впервые смотрел этот сериал, есть нечто общее с полковником Остином: им также помогают искусственные части тела, повышающие качество жизни, снижающие боль и улучшающие мобильность. Как технология послойного синтеза совершенствует пригонку имплантатов тазобедренных и других суставов В списке имплантатов лидируют искусственные суставы. Во всём мире миллионы людей прошли через замену этих частей человеческого тела. На практике только в США ежегодно заменяется более миллиона тазобедренных и коленных суставов. Эти суставы-протезы либо полностью изготовлены из металла, либо содержат значительное его количество. Многие металлы, в том числе нержавеющая сталь, никелевые сплавы и титан, используются по большей части из-за своей долговечности и способности противостоять коррозии в человеческом теле. До настоящего времени эти суставы производились серийно по стандартным размерам, но скоро такой подход может измениться. Технология послойного синтеза (это процесс компьютерного проектирования конечного продукта и последующей его объёмной распечатки на 3D принтере) обладает потенциалом индивидуального создания каждого сустава, чтобы он точно соответствовал особенностям

организма каждого отдельного пациента. В этой области сейчас проводится много научных исследований, направленных на совершенствование дизайна, функциональности и экономичности этих имплантатов. Отдельное первостепенное достоинство технологии послойного синтеза — это возможность справиться со степенью сложности, присущей процессу имитации кости. Трудно создать комплексную структуру такого уровня пористости и точности строения ткани, которая позволит прилегающей живой костной ткани принять чужеродный имплантат. До этого испытывались разные технологии, но никакая из них не сравнится с потенциалом технологии послойного синтеза в достижении этой цели. Светлое будущее стентов, созданных методом объёмной печати Тем временем возникает совершенно новая область применения имплантатов, созданных на основе никеля, — васкулярная (сосудистая) медицина и лечение кровеносных сосудов. Данные мирового масштаба собрать сложно, но только в США ежегодно имплантируется более 500 тыс. стентов. Это созданные из металла маленькие сетчатые трубочки, чьей работой является поддержка коронарных артерий в расширенном состоянии, содействующем току крови. В этой области лучшим оказался пятидесятилетней давности никель-титановый сплав нитинол (UNS N01555). Чрезвычайно гибкий и долговечный, обладающий способностью поддерживать определённую геометрическую форму (это свойство называется памятью формы) и высокой удельной прочностью, нитинол оказался идеальным кандидатом для многих приборов, применяемых в васкулярной медицине, в том числе для стентов, клапанов и прочих устройств. Здесь особенно

ФОТОГРАФИИ: ISTOCK.COM / HYWARDS

Н

важно свойство памяти формы, так как нитинол может самостоятельно расширяться и принимать форму кровеносных сосудов. С нитинолом работать сложно, поэтому немногие компании смогли успешно справиться с трудностями производства готовой продукции с использованием традиционных производственных технологий. Однако всё это, возможно, изменится, когда наконец-то можно будет применять технологию послойного синтеза. Некоторые компании и научно-исследовательские институты сосредотачивают своё внимание в этом плане именно на нитиноле. В настоящее время некоторые исследователи технологии послойного синтеза смогли создать индивидуальные стенты из полимеров. По сравнению с готовыми стандартными медицинскими стентами они с меньшей долей вероятности станут перемещаться внутри кровеносного сосуда, тем самым вызывая осложнения. Некоторые компании также используют нитиноловые стенты, вырезанные с помощью лазера, но в настоящее время им ещё не удалось добавить к этому технологию послойного синтеза. Тем не менее начало промышленного производства индивидуальных стентов из нитинола — скорее всего лишь вопрос времени. Бионический человек обзавидуется…

12 НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА «НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

ЛАБОРАТОРИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ И БИОИНТЕРФЕЙСОВ (INTEGRATED ELECTRONICS AND BIOINTERFACES LABORATORY), УНИВЕРСИТЕТ КАЛИФОРНИИ В САН-ДИЕГО

Нанопровода, считывающие сигналы нейронов Прогресс в лечении неврологических болезней

К

рупное достижение в нанопроводной технологии позволяет учёным глубже постичь работу мозга и помочь выявить самые эффективные лекарства для неврологических болезней. Новая недеструктивная технология Группа исследователей под руководством Шади Дайеха (Shadi Dayeh), профессора в области электротехники из Электротехнической школы Джейкобса при Университете Калифорнии в Сан-Диего, создала нанопровода, которые могут до мельчайших деталей регистрировать электрическую активность нейронов, позволяя учёным лучше понимать коммуникацию отдельных клеток в больших нейронных сетях. Какова их отличительная черта? Новая нанопроводная технология щадяща (недеструктивна) и может одновременно измерять изменения потенциалов во многих нейронах с высокой степенью чувствительности и максимальной разрешающей способностью, достижимыми на современном уровне развития техники. Новое устройство состоит из массива силиконовых нанопроводков, плотно расположенных на маленьком чипе с никелевыми разъёмами для подсоединения электрода, покрытыми двуокисью кремния. Нанопровода проникают в клетки, не повреждая их. Они настолько чувствительны, что могут измерить значения небольших изменений потенциалов, равных

доле милливольта милливольтам.

или

нескольким

Исследователи могут получить данные о состоянии нейрона, его активности и реакции на лекарства, измеряя токи ионных каналов и изменения его межклеточного потенциала. Это возможно благодаря разнице концентрации ионов внутри и за пределами клетки. Это коренным образом отличается от существующей технологии высокочувствительных измерений, являющейся по большому счёту деструктивной, разрушающей мембрану клетки и в конце концов убивающей клетку. К тому же она ограничена возможностью единовременного анализа только одной клетки, что делало нецелесообразным изучение большой сети нейронов. И ещё её нельзя масштабировать в двумерные и трёхмерные тканеподобные структуры, выращенные в лабораторных условиях in vitro (т.е. вне живого организма). Инновационная технология, основанная на склеивании плат Другая новаторская черта этой технологии состоит в том, что она может изолировать электрический сигнал, измеряемый отдельно каждым нанопроводком. «Для существующих нанопроводных технологий это необычно. В них несколько проводков электрически короткозамкнуты друг с другом, поэтому нельзя различить сигнал от каждого отдельного провода», — сказал г-н Дайех.

s Раскрашенное изображение нейрона (оранжевый), соединённого с массивом нанопроводков, полученное с помощью сканирующего микроскопа.

Чтобы преодолеть это препятствие, учёные изобрели новый подход, основанный на склеивании плат, при котором силиконовые нанопровода наплавлавляются на никелевые электроды. Они использовали процесс, названный силицидированием. Это реакция, связывающая вместе два твёрдых тела (кремний и металл), не вызывает оплавления ни одного из материалов, что предотвращает разжижение никелевых электродов, их растекание и перемыкание расположенных рядом электродных разъёмов. Исследователи использовали новую нанопроводную технологию для записи электрической активности нейронов, выделенных у мышей и полученных из антропогенных плюрипотентных стволовых клеток человека. Эти нейроны выжили и, соединённые in vitro с массивом нанопроводков, продолжали функционировать на протяжении по крайней мере шести недель. Г-н Дайех отметил, что эта технология ещё нуждается в дальнейшем совершенствовании для использования в лекарственном скрининге на основе выращенного на чипе мозга. «Нашей конечной целью является перевод этой технологии в устройство, которое может быть имплантировано в мозг». «Мы рассчитываем на то, что нанопроводную технологию можно было бы использовать на моделях мозга, полученных из стволовых клеток, для выявления самых эффективных лекарственных препаратов для лечения неврологических болезней», — сказала Ани Бэнг (Anne Bang), директор отделения клеточной биологии Центра химической геномики им. Конрада Пребиса (Conrad Prebys Center for Chemical Genomics) при Медицинском научно-исследовательском институте Сэнфорда-Бернэма (Sanford Burnham Medical Research Institute).

r Р аскрашенное изображение массива нанопроводков, полученное с помощью сканирующего микроскопа. Силицидирование обычно используется для замыкания контактов с транзисторами, но здесь оно было впервые использовано для структурированного склеивания плат. Поскольку этот процесс используется в изготовлении полупроводниковых устройств, некоторые виды этих нанопроводков могут быть интегрированы в электронику на основе микросхем КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник — CMOS). Лаборатория Ш. Дайеха подала несколько патентных заявок на эту технологию, которые находятся сейчас на рассмотрении.

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

НИКЕЛЬ. ТЕМА ВЫПУСКА 13

Argus Metals Week 2018

file:///G:/AA-Marketing/Conferences/Speaker%20photos%20and%20biogs/ Eelco%20Vogt.jpg

27 February — 2 March | London, UK

Nickel Institute Discount

Denis Sharypin Head of Market Research Norilsk Nickel

Eelco Vogt R&D Director Albemarle Catalysts Company

Anand Gupta Chief Executive Officer Aamar Inox

John Eastwood Head of Nickel Sales Anglo American

Quote code NI10 and save 15%

www.argusmedia.com/metals-week | +44 (0) 20 7780 4341 | metalsweek@argusmedia.com Lanyard Sponsor

Networking Sponsor

Session Sponsor

Supporting Partners

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ никельсодержащих сплавов, нержавеющих сталей и соединений, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель» UNS

C

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

S20161 p. 11

0.15 max

-

15.018.0

-

bal

4.006.00

-

0.080.20

-

4.05.0

0.040 max

0.040 max

3.004.00

-

S30200 p. 6

0.15 max

-

17.019.0

-

bal

2.00 max

-

0.10 max

-

8.010.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

S30400 p. 2, 6, 11

0.08 max

-

18.020.0

-

bal

2.00 max

-

0.10 max

-

8.010.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

S30403 p. 11

0.03 max

-

18.020.0

-

bal

2.00 max

-

0.10 max

-

8.012.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

S31600 p. 2, 11

0.08 max

-

16.018.0

-

bal

2.00 max.

0.10 max

-

10.014.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

S31603 p. 4, 6, 11, 16

0.03 max

-

16.018.0

-

bal

2.00 max

2.003.00

0.10 max

-

10.014.0

0.045 max

0.030 max

0.75 max

-

S31673 p. 4

0.03 max

17.019.0

-

bal

2.00 max

2.503.20

0.10 max

-

13.015.5

0.025 max

0.010 max

1.00 max

-

S32205 p. 2

0.030 max

-

22.023.0

-

bal

2.00 max

3.003.50

0.140.20

-

4.506.50

0.030 max

0.020 max.

1.00 max

-

S41000 p. 11

0.080.15

-

11.513.5

-

bal

1.00 max

-

-

-

0.75 max

0.040 max

0.030 max

1.00 max

-

S41600 p. 11

0.15 max

-

12.014.0

bal

1.25 max

-

-

-

-

0.06 max

0.15 min

1.00 max

-

S42000 p. 11

0.15 min

-

12.014.0

-

bal

1.00 max

-

-

-

-

0.040 max

0.030 max

1.00 max

-

S43100 p. 11

0.20 max

-

15.017.0

-

bal

1.00 max

-

-

-

1.252.50

0.040 max

0.030 max

1.00 max

-

S44002 S44003 S44004 p. 11

0.60-0.75 0.75-0.95 0.95-1.20

-

16.018.0

-

bal

1.00 max

0.75 max

-

-

-

0.040 max

0.030 max

1.00 max

-

S45000 p. 11

0.05 max

-

14.0016.00

1.251.75

bal

1.00 max

0.501.00

-

8xC min

5.007.00

0.030 max

0.030 max

1.00 max

-

S45500 p. 7, 11

0.05 max

-

11.0012.50

1.502.50

bal

0.50 max

0.50 max

-

Nb+Ta 0.10- 0.50

7.509.50

0.040 max

0.030 max

0.50 max

0.0801.40

S46500 p. 11

0.02 max

-

11.0012.5

-

bal

0.25 max

0.751.25

-

-

10.7511.25

0.015 max

0.010 max

0.25 max

1.51.8

S17400 p. 11

0.07 max

-

15.0017.50

3.005.00

bal

1.00

-

-

-

3.005.00

0.040

0.030

1.00

-

N01555 p. 4, 5, 8, 9, 12

0.005 max

0.005 max

0.005 max

0.005 max

0.005 max

-

-

0.025 max

0.005 max

5457

-

-

-

bal

R30003 p. 7

0.15 max

39.041.0

19.021.0

-

bal

1.52.5

6.08.0

-

-

14.016.0

0.015 max

0.015 max

1.02 max

-

R30035 p. 7, 15

0.02 max

bal.

19.021.0

-

1.0 max

0.15 max

9.0010.50

-

-

33.037.0

0.015 max

0.01 max

0.15 max

1.00 max

14 НИКЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

Никелевые сплавы помогают сердцам биться сильнее Н

Никелевые сплавы UNS R 30035 поддерживают сердечный ритм UNS R 30035, суперсплав кобальт-никель-хром-молебден с 33-37%-м содержанием никеля, успешно использовался в подводящих проводах кардиостимулятора, передающих сигналы от стимулятора ритма к сердцу. Проектировщикам этого медицинского прибора требовались надёжные материалы, поскольку кардиостимуляторы — это имплантаты постоянного действия, годами пребывающие в теле. За несколько последних лет специально для медицинских приборов с высокими требованиями американской компанией Fort Wayne Metals был разработан сплав 35N LT® — запатентованная версия сплава UNS R 30035 (широко известного как MP35N®). Это сплав двойного плавления, первоначально с использованием вакуумно-индукционной плавки (ВИП), а затем при помощи ваккумно-дугового переплава (ВДП). Такой процесс позволяет получать однородный регулируемый химический состав и исключительно низкие уровни примесей; их наличие является причиной усталостного разрушения металла. «Мы отметили значительный рост спроса на сплав 35N LT® в медицинской промышленности, — говорит Дэвид Снайдер (David Snyder), инженер-технолог компании Fort Wayne Metals. — Он всё чаще используется

ФОТОГРАФИИ: ISTOCKPHOTO.COM / BDSPN

аселение стареет, и спрос на кардиостимуляторы и дефибрилляторы вырос как никогда. При возросшем использовании магнитно-резонансной томографии важно делать имплантаты постоянного действия из немагнитных материалов, таких как сплав UNS R 30035.

… сплав UNS R 30035 с 33-37%-м содержанием никеля успешно использовался в подводящих проводах кардиостимулятора при производстве разъёмов электродов для кардиостимуляторов благодаря своей великолепной коррозиестойкости, усталостной прочности и биологической совместимости. К тому же он обладает весьма конкурентной ценой по сравнению со своими альтернативами, такими как платина и теллур». Поддержка дефибрилляторов повышенного вольтажа (напряжения) Тогда как в кардиостимуляторах используются аккумуляторные источники питания, медленно отдающие необходимую энергию, дефибрилляторы требуют конденсаторных

ДЕЗИНФЕКЦИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ В МЕДИЦИНСКИХ СТАЦИОНАРАХ Новое исследование подтверждает, что нержавеющая сталь продолжает оставаться безопасной

T

о, что использование нержавеющей стали в больничной среде продолжает оставаться безопасным, было подтверждено новым исследованием, заказанным объединением промышленных ассоциаций нержавеющей стали и сплавов Team Stainless. Учёные Городского университета Манчестера (Manchester Metropolitan University) и французского политехнического института AgroParisTech нашли, что не существует заметной разницы в эффективности дезинфекции различных марок нержавеющей стали с разными видами её финишной обработки, при этом давность её изготовления не имеет значения. Это подтверждает эффективность санитарной обработки нержавеющей стали против бактерий, вызывающих вредные для здоровья инфекции, и то, что нержавеющая сталь продолжает оставаться материалом, пригодным к использованию в клинических условиях. Брошюру с кратким изложением исследования «Дезинфекция нержавеющей стали в медицинских стационарах» можно загрузить с веб-сайта Team Stainless www. teamstainless.org.

«НИКЕЛЬ», Т. 32, № 3, 2017 Г.

батарей, чтобы иметь возможность быстро высвободить высоковольтную электроэнергию. Поэтому подводящие провода для дефибрилляторов являются композитными или производимыми компанией Fort Wayne Metals проводами DFT (drawn filled tubes — продукт, изготовление которого состоит в наполнении и протяжке трубы). Провода DFT состоят из узких трубок, сделанных из сплава 35N LT®, со вставленной внутрь трубки серебряной проволокой. Среди прочего сплав 35N LT® также используется для производства тонких зондов, катетеров и ортопедических кабелей. Великолепные свойства этого материала будут продолжать вдохновлять разработчиков медицинского оборудования на новые идеи и передовые разработки. Сплав MP35N® — официально зарегистрированная торговая марка компании SPS Technologies. Сплав 35N LT® — официально зарегистрированная торговая марка компании Fort Wayne Metals.

Журнал «НИКЕЛЬ» ОНЛАЙН www.nickelinstitute.org ПОДПИШИТЕСЬ бесплатно на журнал «Никель». При появлении нового выпуска на сайте вы будете получать уведомление по электронной почте www.nickelinstitute.org/ NickelMagazine/Subscription ЧИТАЙТЕ журнал «Никель» онлайн на нескольких языках www.nickelinstitute.org/ NickelMagazine/MagazineHome

Disinfection of stainless steel in hospitals Summary of a report by Manchester Metropolitan University and AgroParisTech

ИЩИТЕ ПРЕДЫДУЩИЕ НОМЕРА журнала «Никель» в архиве онлайн, начиная с июля 2002 г. www.nickelinstitute.org/en/NickelMagazine/ MagazineHome/AllArchives ЗАГРУЗИТЕ приложение журнала «Никель» для мобильных устройств Android™ и Apple® СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере Twitter @NickelInstitute ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) - зайдите на страничку Института никеля

www.teamstainless.org

СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube. www.youtube.com/user/NickelInstitute

НИКЕЛЬ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ 15

СВЕТ НА ЗЕМЛЕ

недавним торжественным открытием для широкой публики ландшафтной скульптуры «Свет на земле» растёт положение района Таранаки (Новая Зеландия) в мире нержавеющей стали.

Поразительный фасад из нержавеющей стали Центра Лен Лая (Len Lye Centre) в г. Нью-Плимуте произвёл фурор в 2015 г. Теперь же всего в 450 метрах от него на побережье Таранаки воздвигнуто впечатляющее произведение искусства, созданное из никельсодержащей нержавеющей стали. Обращённая к Тасманову морю, скульптура «Свет на земле» высотой 2,5 м, длиной 6 м и глубиной 2,5 м расположена на прибрежной пешеходной аллее города Нью-Плимута. Скульптура, изготовленная компанией Rivet Engineering, сделана из нержавеющего стального листа марки 316L (UNS S31603) толщиной 1,5 мм, отполированного до зеркального блеска для получения гладкой поверхностной отделки высокого отражения. Для долговечности и эстетичного внешнего вида скульптуры, установленной на побережье и подверженной сильному воздействию переносимой ветром морской соли, эта марка нержавеющей стали

 Обращённая к Тасманову морю, скульптура «Свет на земле» расположена на приморской пешеходной аллее в городе Нью-Плимуте.

и её финишная отделка являются оптимальным выбором.

Скульптура спроектирована местным художником Говардом Таффери (Howard Tuffery). Это его первый шедевр, выполненный в нержавеющей стали, после более сорока лет работы с традиционными материалами — деревом и камнем. Органичная форма скульптуры навеяна ландшафтом Таранаки, а зеркальная поверхность дополняет её выразительность, отражая природу и окружающее это произведение искусства движение. Согласно утверждению художника, название «Свет на земле» было выбрано как приглашение участвовать в обсуждении вопросов сохранения и устойчивого использования окружающей среды, учитывая при этом её коммерческую значимость и зависимость от земли как источника изобилия. Эту скульптуру заказала вдохновлённая незабываемыми произведениями искусства на улицах европейских городов местная жительница

Нэнси Миллз (Nancy Mills) родом из США. Дар городу Нью-Плимуту был сделан в память о её усопших родителях. Восхитителен вид с нью-плимутской набережной на величественный вулкан Таранаки и береговую панораму, а скульптура из нержавеющей стали «Свет на земле», без сомнения, — ещё один элегантный штрих к этой пешеходной аллее, тянущейся вдоль морской набережной. ФОТОГРАФИЯ КЛЭЯ ДРАММОННДА (CLAY DRUMMOND)

С