สาระน่ารู้ : การใช้วัสดุฉลาดในทางการแพทย์

8 มีนาคม 2554 (23:18) โพสท์โดย ^^ToshiVayu^^

สาระน่ารู้ : การใช้วัสดุฉลาดในทางการแพทย์

ความรู้พื้นฐาน

คำว่า วัสดุฉลาด (smart materials) วัสดุที่มีความสามารถในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอก เช่น มีรูปร่างเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ หรือมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อมีความเค้น เป็นต้น ซึ่งโลหะจำรูป (shape memory alloys - SMA) ก็จัดเป็นหนึ่งในวัสดุฉลาด ด้วยเหตุที่วัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงถึงระดับหนึ่ง

ปรากฏการณ์การเปลี่ยนรูปร่างของโลหะถูกบันทึกครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวสวีเดนอาร์เน โอลันเดอร์ (Arne Olander) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1932 โดยพบว่าโลหะผสมของทองคำกับแคดเมียม (AuCd) มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อให้ความร้อนและลดอุณหภูมิแก่โลหะผสม แต่จุดเปลี่ยนแปลงที่สำคัญเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1962 เมื่อทีมวิจัยของ Naval Ordinance Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกา นำโดยวิลเลียม บัวเลอร์ (William Buehler) พบโดยบังเอิญว่าโลหะผสมของนิกเกิลกับไทเทเนียม (NiTi)

สามารถ เปลี่ยนรูปร่างได้เมื่ออุณหภูมิของโลหะเปลี่ยนไป และแม้ว่าขณะนั้นนักวิจัยจะทราบว่ามีโลหะผสมชนิดอื่น ๆอีกที่มีความสามารถในการจำรูปได้ แต่จากการทดลองก็พบว่าโลหะผสมนิกเกิลกับไทเทเนียมแสดงสมบัติการคืนตัวของ ความเครียด (recovery strain) โดดเด่นกว่าโลหะผสมชนิดอื่น นั่นคือนิกเกิลไทเทเนียมมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่เด่นชัดมากกว่าโลหะผสม อื่น

สิ่งที่ทำให้โลหะจำรูปมีความโดดเด่นจากโลหะผสมธรรมดาทั่วไป คือ ความสามารถของการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโดยการเหนี่ยวนำด้วยความร้อน หรือมีสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวด (superelastic) ซึ่งสองสิ่งนี้เป็นสมบัติสำคัญที่โลหะผสมอย่างนิกเกิลไทเทเนียม หรือโลหะจำรูปชนิดอื่น ๆ มีติดตัว

ตัวอย่างโลหะผสมที่เป็นโลหะจำรูปชนิดอื่นๆ

ไทเทเนียม-แพลเลเดียม-นิกเกิล	เหล็ก-แมงกานีส-ซิลิคอน
นิกเกิล-ไทเทเนียม-ทองแดง	ทองคำ-แคดเมียม
เหล็ก-สังกะสี-ทองแดง-อะลูมิเนียม	ทองแดง-อะลูมิเนียม-เหล็ก

การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์

เนื่องจากปัจจุบันมีการผลิตโลหะจำรูปออกมาหลากหลายรูปแบบไม่ว่าจะเป็น เส้น ขด แท่ง ฯ จึงทำให้เกิดการประยุกต์ใช้อย่างหลากหลาย เช่น

สเต็นท์จากสเตนเลสจำเป็นต้องมีลูกโป่งเป็นอุปกรณ์ช่วยถ่างขดลวดออก

สเต็นท์ - อุปกรณ์ถ่างหรือขยายหลอดเลือด (Stent) มีรูปร่างลักษณะเป็นขดลวดตาข่ายทรงกระบอก ผลิตจากสเตนเลสหรือโลหะจำรูปก็ได้ ในกรณีที่เป็นสเต็นท์ที่ทำจากสเตนเลส แพทย์จะยึดอุปกรณ์นี้ติดกับลูกโป่งหรือบอลลูน (balloon) ด้วยลวดและสอดเข้าทางเส้นเลือดในร่างกาย จนถึงหลอดเลือดของอวัยวะเป้าหมาย จากนั้นแพทย์จะอัดลมเข้าไปในลูกโป่ง เพื่อให้ลูกโป่งพองตัวออกเพื่อดัน สเต็นท์ให้ขยายตัวออกติดผนังของหลอดเลือด จากนั้นแพทย์จะปล่อยลมออกจากลูกโป่ง และถอนเส้นลวดที่ยึดสเต็นท์ออกมา แต่ในกรณีสเต็นท์ที่ทำจากโลหะจำรูป แพทย์ไม่ต้องยึดสเต็นท์เข้ากับลูกโป่ง เพราะเมื่อเลือกใช้โลหะจำรูป ที่ออกแบบให้มีการเปลี่ยนรูปร่างที่อุณหภูมิ ประมาณ 37 องศาเซลเซียสแล้ว สเต็นท์ที่เข้าไปอยู่ในร่างกาย จะขยายตัวออกมาดันติดผนังหลอดเลือดได้เอง

ลวดนำทาง (guide wire) ในการผ่าตัดที่ต้องสอดสายสวน (catheter) ผ่านทางเส้นเลือดนั้น ไม่สามารถใช้เส้นลวดโลหะทั่วไปได้ เนื่องจากโลหะทั่วไปจะแข็งและขาดความยืดหยุ่น จึงไม่สามารถโค้งงอเข้าไปตามเส้นเลือดได้ ดังนั้นจึงต้องเลือกใช้ลวดนำทางที่ทำจากโลหะจำรูป เพราะมีความยืดหยุ่นสูงกว่า

ลวดดักจับสิ่งแปลกปลอมในเส้นเลือดวีนาคาว่า (vena-cava filter) วี นาคาว่าเป็นชื่อของท่อหลอดเลือดดำใหญ่ ที่นำเลือดจากทั่วร่างกายส่งเข้าหัว ใจเพื่อสูบฉีดไปฟอกที่ปอด อุปกรณ์ชิ้นนี้ผลิตจากโลหะจำรูปชนิดยืดหยุ่นยิ่งยวด (superelastic) ซึ่งเมื่อใส่เข้าไปในหลอดเลือดแล้ว จะขยายตัวคล้ายกับร่มที่กางออก และยึดอยู่กับผนังของหลอดเลือดคอยดักจับสิ่ง แปลกปลอมในท่อหลอดเลือดดำใหญ่ไม่ให้เข้าไปอุดตันที่ปอด

ลวดจัดฟัน การ นำโลหะจำรูปมาประยุกต์ใช้ในทางทันตกรรม เป็นสิ่งที่ใกล้ตัวเรามากกว่าการ ประยุกต์ที่กล่าวมาข้างต้น ตัวอย่างที่เห็นได้อย่างชัดเจนคือ ลวดจัดฟัน หรือลวดดัดฟัน ข้อดีของการใช้โลหะจำรูปทดแทนลวดสเตนเลสคือ เรื่องความตึงของลวดสเตนเลสที่ผูกฟันอยู่ จะลดลงภายหลังจากที่ใช้งานไปได้ ระยะเวลาหนึ่ง ทำให้คนไข้ต้องเดินทางมาพบทันตแพทย ์เพื่อปรับให้ลวดมีความตึงเท่าเดิมทุก ๆ 3 - 4 อาทิตย์ ทำให้เสียเวลา แต่หากใช้เส้นลวดที่ทำจากโลหะจำรูป ที่มีความยืดหยุ่นสูงกว่าจะช่วยลดความ ถี่ของการมาพบแพทย์ให้เหลือเพียงแค่ 3 - 4 ครั้ง/ ปีเท่านั้น

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=134
http://www.resonancepub.com/actuator.htm#_Toc449837773

⚠ แจ้งเนื้อหาไม่เหมาะสม