Nitinol

Werkstoff für die Medizintechnik

| Autor / Redakteur: Autorin | Dr. Cornelia Gretz / Kathrin Schäfer

„Die Anwendung von Nitinol für medizintechnische Belange steht erst am Anfang“, Dr. Cornelia Gretz, Endosmart
Bildergalerie: 2 Bilder
„Die Anwendung von Nitinol für medizintechnische Belange steht erst am Anfang“, Dr. Cornelia Gretz, Endosmart (Bild: Endosmart)

Die wohl bekannteste und auch faszinierendste Eigenschaft von Nitinol ist der sogenannte Formgedächtnis-Effekt. Darüber hinaus ähnelt das biomechanische Verhalten menschlichem Gewebe oder Knochen. Was liegt daher näher als der Wunsch, Nitinol in der Medizintechnik einzusetzen?

Die spannendste Eigenschaft des Materials für die Medizintechnik ist seine Superelastizität – also die extreme Flexibilität bei gleichzeitig ausgeprägter Materialstabilität. Sie ist in der minimal-invasiven Chirurgie hoch geschätzt, ermöglicht sie doch die Miniaturisierung von endoskopischen Instrumenten ohne Einbuße ihrer Funktion am distalen Ende. Gleichzeitig garantiert sie den Spülfluss im Arbeitskanal, damit die Sicht des Operationsfeldes klar bleibt. Mit dieser Eigenschaft ausgestattet, wird Nitinol bereits heute in großem Stil bei Steinfangkörbchen in der Urologie sowie für Lasertherapien in ganz unterschiedlichen chirurgischen Gebieten verwendet.

Medtech-Anwendungen stehen erst am Anfang

Stents verhalfen dem Werkstoff zwar zum Durchbruch in der Medizintechnik. Dennoch steht seine Anwendung erst am Anfang. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, wie neuerdings in der Hochfrequenz-Chirurgie. Jedoch gibt es Herausforderungen, die bei der Verarbeitung und dem Umgang mit dem Material zu bewerkstelligen sind; hier der Einfachheit halber dargestellt am Beispiel einer Nitinol-Feder.

Beispiel Nitinol-Feder zeigt Materialeigenschaften

Die Norm für Nitinol-Halbzeuge wie Drähte und Rohre (ASTM F2063 – 05: Standard Specification for Wrought Nickel-Titanium Shape Memory Alloys for Medical Devices and Surgical Implants) definiert verbindlich die chemische Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften. In der Praxis entpuppt sich die ASTM F2063 - 05 oft als zu grobe Richtlinie und als nicht immer ausreichend für medizinische Produkte, die auf Nitinol basieren. Zu den Besonderheiten des Nitinol gehört beispielsweise, dass schon feinste Veränderungen in der Nickel-/Titan-Zusammensetzung eine komplett andere Materialeigenschaft zum Vorschein bringen. Kommt es etwa bei einer Nitinol-Feder (Bild 2) zu einer Variation in der Material-Komposition von weniger als 1 Prozent, verliert das Produkt bei Raumtemperatur seine federnden Eigenschaften und verwandelt sich zu einem plumpen Draht, der sich ähnlich wie Blei verhält.

Wer schon einmal eine Feder zusammengedrückt hat, weiß, dass sich der Kraftaufwand mit zunehmendem Druck normalerweise konstant erhöht. Bei Federn aus Nitinol ist das anders. Das sogenannte superelastische Plateau der Nitinol-Legierung verhindert diesen Effekt. Dadurch gibt es im Verhalten der Feder einen Bereich, bei dem der Kraftaufwand fast gleich bleibt. Dieses nicht-linear elastische Verhalten ist eine weitere Besonderheit von Nitinol, die sich ebenfalls hervorragend in der Medizintechnik nutzen lässt. Allerdings erschwert dieser besondere Kraft-Weg-Verlauf der Nitinol-Feder die Berechnung der Federwerte mit konventionellen Gleichungen erheblich. Auch zur Auslegung der Dauerelastizität bei hohen Zyklenzahlen können keine „Standard“-Formeln und -Zusammenhänge zu Grunde gelegt werden.

Inhalt des Artikels:

Diesen Artikel kommentieren

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 36839150 / Fertigung)