Promotion et utilisation de l'alliage de mémoire de forme nickel-titane dans le secteur médical

　　L'alliage de nickel-titane est un alliage à mémoire de forme. Les alliages à mémoire de forme sont des alliages spéciaux capables de récupérer automatiquement leur forme originale à une température spécifique après une déformation plastique. Son taux de dilatation est supérieur à 20 %, sa durée de vie en fatigue atteint 10⁷, ses caractéristiques d'amortissement sont 10 fois supérieures à celles d'un ressort ordinaire, et sa résistance à la corrosion est supérieure à celle du meilleur acier inoxydable médical actuel. Il peut donc répondre aux besoins des applications techniques et médicales, et constitue un matériau fonctionnel très performant.

　　Outre sa fonction unique de mémoire de forme, l'alliage à mémoire de forme présente d'excellentes caractéristiques telles que la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, un amortissement élevé et une superélasticité.

　　Propriétés particulières de l'alliage de nickel-titane

　　1. Caractéristique de mémoire de forme (shape memory) : La mémoire de forme est le phénomène suivant : lorsqu'une phase mère d'une forme donnée est refroidie d'une température supérieure à Af à une température inférieure à Mf pour former de la martensite, la martensite est déformée à une température inférieure à Mf, puis chauffée à une température supérieure à Af ; avec la transformation inverse de phase, le matériau récupère automatiquement sa forme à l'état de phase mère. En fait, l'effet de mémoire de forme est un processus de transformation de phase induit thermiquement dans l'alliage de nickel-titane.

　　2. Superélasticité (superelastic) : La superélasticité est le phénomène suivant : un échantillon subit une déformation bien supérieure à sa limite d'élasticité sous l'action d'une force extérieure, et cette déformation est automatiquement récupérée au déchargement. C'est-à-dire que, à l'état de phase mère, l'application d'une contrainte provoque une transformation de phase martensitique induite par la contrainte, ce qui confère à l'alliage un comportement mécanique différent de celui des matériaux ordinaires. Sa limite d'élasticité est bien supérieure à celle des matériaux ordinaires, et il n'obéit plus à la loi de Hooke. Contrairement à la caractéristique de mémoire de forme, la superélasticité ne fait pas intervenir la chaleur. En résumé, la superélasticité signifie que, dans une certaine plage de déformation, la contrainte n'augmente pas avec l'augmentation de la déformation. La superélasticité peut être divisée en superélasticité linéaire et superélasticité non linéaire. Dans la courbe contrainte-déformation de la première, la contrainte et la déformation ont une relation presque linéaire. La superélasticité non linéaire est le résultat de la transformation de phase martensitique induite par la contrainte et de sa transformation inverse au cours du chargement et du déchargement dans une certaine plage de température au-dessus de Af. Par conséquent, la superélasticité non linéaire est également appelée pseudo-élasticité de transformation de phase. La pseudo-élasticité de transformation de phase de l'alliage de nickel-titane peut atteindre environ 8 %. La superélasticité de l'alliage de nickel-titane peut être modifiée en fonction des conditions de traitement thermique. Lorsque l'arc est chauffé à plus de 400 °C, la superélasticité commence à diminuer.

　　3. Sensibilité aux variations de température dans la bouche : La force de correction des fils d'acier inoxydable et des fils d'alliage CoCr pour l'orthodontie n'est pratiquement pas affectée par la température buccale. La force de correction des fils d'alliage de nickel-titane superélastique varie en fonction de la température buccale. Lorsque la quantité de déformation est constante, la force de correction augmente avec la température. D'une part, cela peut accélérer le mouvement des dents, car les variations de température dans la bouche stimulent la circulation sanguine dans les zones de stagnation capillaire causées par les dispositifs orthodontiques, ce qui permet aux cellules de réparation de recevoir une nutrition suffisante pendant le déplacement des dents, maintenant ainsi leur vitalité et leur fonction normale. D'autre part, l'orthodontiste ne peut pas contrôler ou mesurer précisément la force de correction dans l'environnement buccal.

　　4. Résistance à la corrosion : Des études ont montré que la résistance à la corrosion des fils de nickel-titane est similaire à celle des fils d'acier inoxydable.

　　5. Toxicité : La composition chimique particulière de l'alliage à mémoire de forme en nickel-titane, c'est-à-dire un alliage d'atomes de nickel et de titane contenant environ 50 % de nickel, sachant que le nickel a un effet cancérigène et cocarcinogène. En général, la couche de surface d'oxyde de titane agit comme une barrière, conférant à l'alliage Ni-Ti une bonne biocompatibilité. Les couches de surface de TiXOy et de TixNiOy inhibent la libération de Ni.

　　6. Force de correction douce : Les fils métalliques orthodontiques utilisés dans le commerce comprennent les fils d'acier inoxydable austénitique, les fils d'alliage cobalt-chrome-nickel, les fils d'alliage nickel-chrome, les fils d'alliage australien, les fils d'alliage d'or et les fils d'alliage de titane. Concernant les courbes charge-déplacement de ces fils métalliques orthodontiques dans les essais de traction et de flexion à trois points, la courbe de déchargement de l'alliage de nickel-titane est la plus basse et la plus plate, ce qui indique qu'il est le plus capable de fournir une force de correction douce et durable.

　　7. Bonnes caractéristiques d'amortissement : Plus les vibrations causées par la mastication et le bruxisme nocturne sur l'arc sont importantes, plus les dommages aux racines et aux tissus parodontaux sont importants. Les résultats d'études sur l'amortissement de différents arcs ont montré que l'amplitude des vibrations des fils d'acier inoxydable est supérieure à celle des fils de nickel-titane superélastiques, l'amplitude initiale des vibrations des arcs de nickel-titane superélastiques n'étant que la moitié de celle des fils d'acier inoxydable. Les bonnes caractéristiques de vibration et d'amortissement des arcs sont importantes pour la santé des dents, tandis que les arcs traditionnels, tels que les fils d'acier inoxydable, ont tendance à aggraver la résorption radiculaire.

　　Applications cliniques des fils en alliage de nickel-titane :

　　1. Alignement et nivellement précoces des dents du patient : En raison de la superélasticité et de la mémoire de forme des arcs en alliage de nickel-titane et de leur courbe contrainte-déformation plus faible, les arcs en alliage de nickel-titane sont couramment utilisés en clinique comme premiers arcs intégrés au système d'orthodontie, ce qui réduit considérablement l'inconfort du patient. Étant donné qu'il existe plusieurs techniques différentes de correction avec des arcs droits, la technique MBT recommande l'utilisation d'arcs en alliage de nickel-titane thermo-activés de 0,016 pouce (fils HANT), la technique de brackets auto-ligaturants DEMON recommande l'utilisation d'arcs en alliage de nickel-titane thermo-activés contenant du cuivre fabriqués par Omcro (température de transformation de phase d'environ 40 degrés), et la technique de correction O-PAK recommande l'utilisation d'arcs en alliage de nickel-titane superélastique de 0,016 pouce pour l'alignement et le nivellement précoces.

　　2. Ressorts en nickel-titane : Les ressorts de poussée et de traction en nickel-titane sont des ressorts utilisés en orthodontie, qui présentent la particularité de la superélasticité du nickel-titane et conviennent à l'orthodontie pour créer des espaces interdentaires et tirer les dents dans différentes directions. Un ressort hélicoïdal en nickel-titane d'un allongement de 1 mm peut produire une force d'environ 50 g. Les ressorts hélicoïdaux en nickel-titane présentent des propriétés élastiques élevées et peuvent produire une force continue douce et stable à l'état tendu. L'atténuation de la force est faible, ce qui permet de produire une force orthodontique idéale pour le déplacement des dents en clinique. Cela répond aux exigences physiologiques. L'élasticité élevée et le taux de déformation permanente très faible des ressorts de traction en fil de nickel-titane, par rapport aux fils d'acier inoxydable de même diamètre, diffèrent de 3,5 à 4 fois en termes de force de correction libérée. Par conséquent, dans les applications orthodontiques, non seulement la douleur du patient est moindre, la force est douce et durable, mais le temps de suivi est réduit, ce qui raccourcit la durée du traitement, améliore l'efficacité et constitue un nouveau dispositif mécanique de qualité en orthodontie.

　　3、L-H弓丝是由日本Soma博士等人研发，并由Tomy公司生产的。“LH”代表“Low Hysteresis”，即弓丝被绑扎到托槽上（激活）时产生的应力与弓丝缓慢恢复原状（移动牙齿）时产生的应力差异很小，滞后性很低。Soma等人比较了LH弓丝和其他镍钛合金丝的应力应变曲线，发现L-H弓丝的滞后范围最小，这一特性使其具有低载荷和持续轻力的优势。同时，其曲线初始斜度低，表明其刚度低，而其他类型的镍钛合金弓丝滞后曲线显示其刚性较大，因此L-H弓丝具有明显的机械优势。由于LH丝镍钛成分中钛的含量比例高于一般镍钛弓丝，因此被称为钛镍丝，实验也证明其具有较强的吸震效果。LH镍钛丝的另一个特点是可以弯制，并可以用热处理仪器加热定型。因此，从排齐整平、打开咬合到关闭间隙，以及最后的完成阶段，上下各一条弓丝即可完成治疗。只需在每个阶段取出弓丝，弯成所需形状，再用热处理仪器定型，增强硬度即可。目前，临床上使用L-H弓丝进行扩弓治疗，矫治开颌、偏颌以及反颌，因其力量持续稳定且柔和，效果较好。同时，常配合使用J钩来改善弓丝较软的不足。虽然MEAW技术对于矫治以上错颌也有理想的效果，但复杂的弓丝弯制常使许多医生望而却步。因此，有些医生改用与力学系统类似的摇椅型镍钛弓丝加上前牙垂直牵引，虽然也能达到类似的效果，但与MEAW技术相比，各个独立牙齿的移动方面不如MEAW技术，原因在于摇椅型镍钛丝是一条连续的弓丝，且无法弯折。因此，托槽粘接的角度与弓丝的摇椅曲度决定了每一颗牙齿的角度，不像MEAW技术中每一颗牙齿的角度都有单独调整的空间。使用LH镍钛弯制摇椅，再用弓丝成形器在口内弯折后倾弯或前倾弯，效果相当理想。