Takie założenie postawili przed sobą naukowcy z Lublina, kiedy zasiedli do projektu nowego typu protezy dla ucha środkowego. Nie tylko miała ona posiadać wszystkie funkcje obecnie stosowanych rozwiązań, ale też mieć tę dodatkową unikatową cechę: możliwość modyfikacji już w czasie zabiegu, a także po zabiegu, bez konieczności wymiany – w razie, gdyby okazało się, że coś jest nie w porządku. – Dzisiaj, jeśli proteza nie zadziała tak, jak powinna, pacjent nie ma innego wyjścia – musi wrócić na stół operacyjny i zabieg trzeba powtórzyć. To oczywiście generuje dodatkowe koszty, pochłania czas, ale przede wszystkim powoduje olbrzymi dyskomfort. Naszym celem było zredukowanie go do minimum – mówi Krzysztof Kozik, doktorant na Politechnice Lubelskiej.
Obecnie protezy ucha środkowego wykonuje się ze stopów tytanu. To metoda wykorzystywana w chirurgii od dziesiątków lat. Protezy – w przeciwieństwie do implantów – służą do tego, aby przejąć funkcjonalność uszkodzonych kosteczek słuchowych, czyli młoteczka, kowadełka i strzemiączka w sytuacji, kiedy pozostała część aparatu słuchowego działa (czyli błona bębenkowa, ślimak i podłączone do nich nerwy).
Z cukru (nie) jesteś [EUREKA! DGP]
Z cukru (nie) jesteś [EUREKA! DGP]

Zobacz również
Lubelscy naukowcy wiedzieli jednak, że standardowe stopy tytanu nie będą w stanie zrealizować ich podstawowego założenia, to znaczy modyfikacji wymiarów i kształtu protezy. W tym celu postanowili sięgnąć po nietypowy stop dwóch metali (niklu i tytanu) zwany nitinolem. Ma on unikatowe właściwości. Po pierwsze, pamięć, a więc po odkształceniu jest w stanie powrócić do swojej pierwotnej firmy. Jeśli zmiana zaszła jednak powyżej pewnej progowej temperatury, materiał zmieni swój kształt na stałe. Można w ten sposób modyfikować niektóre jego parametry geometryczne. To właśnie ta ostatnia właściwość zainteresowała naukowców z Lublina: pomyśleli, że raz umieszczoną w uchu pacjenta protezę należałoby potraktować zewnętrznym źródłem ciepła, aby wymusić na nim niewielką zmianę, a przez to lepiej dopasować go do ucha środkowego. Część operacji wszczepienia protez kończy się bowiem niekiedy niepowodzeniem przez wzgląd na niewłaściwe dopasowanie, które uniemożliwia im pełnienie ich normalnej funkcji.
Reklama
Nitinol odkryli w 1959 r. William Buehler oraz Frederick Wang, pracownicy laboratorium Marynarki Wojennej USA zajmującego się opracowywaniem nowych typów amunicji. Buehler szukał materiału nadającego się do konstrukcji wierzchołków rakiet, które w trakcie lotu muszą wytrzymać olbrzymie naprężenia. Stop niklu i tytanu okazał się obiecującym kandydatem, aż przez przypadek jeden z naukowców zaaplikował do niego ciepło – po czym zniekształcony metal wrócił do swojego poprzedniego kształtu. W samym środku zimnej wojny materiał o cudownych właściwościach wzbudził poważne zainteresowanie ze strony armii. Niestety, nitinol okazał się trudniejszy w aplikacji, niż początkowo podejrzewano. Kluczowe dla utrzymania jego właściwości są jakość stopu i brak niepożądanych domieszek, które mogą się dostać do wnętrza stopu podczas obróbki. Niestety, jeden z metali w stopie – tytan – jest mocno reaktywny, co przyprawiało metalurgów pracujących z tym materiałem o ból głowy. Gotowy stop jest także niezwykle trudny w obróbce.
Przed takimi problemami stanęli również naukowcy z Lublina. – Nitinol jest materiałem trudno obrabialnym metodą skrawania, czyli wyrzeźbienia pożądanego kształtu z kawałka metalu. Można do jedynie obrabiać metodami wytłaczania, młotkowania, ciągnienia lub wyciskania, co powoduje trudności z otrzymaniem odpowiedniego kształtu protezy – tłumaczy Kozik. Kiedy jednak uda się je rozwiązać, będą mieli w ręku potencjalnie przełomowe rozwiązanie. Jeśli taki implant będzie wymagał interwencji pooperacyjnej, to do lekkiej modyfikacji będzie wystarczyło punktowe podgrzanie implantu (np. laserem).
Wynalazek powstał dzięki połączeniu sił dwóch lubelskich uczelni: Politechniki i Uniwersytetu Medycznego. Z tej pierwszej w prace nad wynalazkiem zaangażowali się, oprócz Kozika, prof. Jerzy Warmiński, prof. Krzysztof Kęcik oraz dr hab. Rafał Rusinek. Z tej drugiej – dr hab. Marcin Szymański.
Co ciekawe, w Polsce nie tylko naukowcy z Lublina pracują nad nowymi typami protez do ucha środkowego. W ubiegłym roku w Krakowie lekarze po raz pierwszy wszczepili pacjentowi model opracowany przez naukowców z Akademii Górniczo-Hutniczej. W tym wypadku innowacja polegała na zapewnieniu protezie właściwości bakteriobójczych. Badacze osiągnęli ten cel poprzez pokrycie metalu, z którego wykonane jest urządzenie, drobinami srebra, czyli nanocząstkami.

Eureka! DGP

Trwa piąta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.
Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.