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나이티놀 스텐트 와이어의 기계적 특성 향상을 위한 초음파 나노표면 개질 처리에 대한 연구

Application of Ultrasonic Nano Crystal Surface Modification into Nitinol Stent Wire to Improve Mechanical Characteristics

의학물리 2009년 20권 2호 p.80 ~ 87
김상호 ( Kim Sang-Ho ) - 가톨릭대학교 의과대학 의공학교실

서태석 ( Suh Tae-Suk ) - 가톨릭대학교 의과대학 의공학교실
이창순 ( Lee Cahng-Soon ) - 선문대학교 하이브리드공학과
박인규 ( Park In-Gyu ) - 선문대학교 하이브리드공학과
조인식 ( Cho In-Sik ) - 선문대학교 하이브리드공학과
편영식 ( Pyoun Young-Shik ) - 선문대학교 기계공학과
김성현 ( Kim Seong-Hyeon ) - (주)엠아이텍 중재의학연구소

Abstract

비혈관 스텐트(식도용, 담도용, 대장용, 십이지장용, 기관지용) 재질로 가장 널리 사용되고 있는 Nitinol wire 형상기억합금 의 기계적 특성 향상을 위해 초음파 나노표면 개질(UNSM) 기술을 적용하여 Nitinol wire의 상변화와 초탄성 특성 및 표면 잔류응력 등의 변화를 연구하였으며, 탄력에너지와 부식내구성을 통한 스텐트의 수명 연장방법을 연구하고자 하였다. 본 연구에 사용된 Nitinol wire는 ø1.778 mm로 UNSM 처리 전후의 표면거칠기 값은 Ra=0.092μm와 Ra=0.093μm로 비슷 하였지만, 초기시편에서는 미세결함과 인발가공 흔적이 확연히 관찰되었으나, UNSM 후에는 인발가공 흔적과 미세 표면 결함은 사라진 것이 발견되었다. 또한 잔류응력 측정 결과, 초기 시험편에는 +3.65 MPa였으나 UNSM 처리 후에는 ?4.09 MPa로 확인되었으며, XRD를 통한 결정구조 분석 결과 42.28o에서 초기보다 약한 (110) 오스테나이트 피크가 관찰되었으 며, 대신 (020), (1 1 1), 그리고 (021) 피크가 명확히 Martensite (B19’ Monoclinic lattices) 구조로 확인되었고, (300)의 R상 (Rhombohedral lattices)에 대한 추가 피크가 미비하게 관찰되었다. 탄성변형에 따른 에너지 흡수력과 하중 제거에 따른 에너지의 회복력인 탄력계수(modulus of resilience) Ur은 단위체적당 변형률 에너지로 4.31 MJ/m3에서 5.85 MJ/m3로 증가 하였다. 이와 같이 표면결함 제거와 인장응력을 압축응력으로 재편성하는 것만으로도 피로내구성을 크게 향상시킬 수 있다고 사료되며, 생체적합성과 더불어 내부식성, 내마모성 및 내구수명 향상을 실용화할 수 있는 표면개질 장치가 개발 된다면, 현재 한국인 사망원인 1위인 순환계 질환(심근경색, 뇌졸중 등)에 사용되는 혈관계통의 스텐트 개발에도 응용개 발연구가 가능할 것으로 예상된다.

Phase transformation, superelastic characteristics and variation of surface residual stress were studied for Nitinol shape memory alloy through application of UNSM technology, and life extension methods of stent were also studied by using elastic resilience and corrosion resistance. Nitinol wire of ø1.778 mm showed similar surface roughness before and after UNSM treatment, but drawing traces and micro defects were all removed by UNSM treatment. It also changed the surface residual stress from tensile to compressive values, and XRD result showed less intensive austenite peak and clear martensite and additional R-phase peaks after UNSM treatment. Fatigue resistance could be greatly improved through removal of surface defects and rearrangement of surface residual stress from tensile to compressive state, and development of surface modification system to improve not only bio-compatability but also resistance to corrosion and wear will make it possible to develop vascular stent which can be used for circulating system diseases which run first cause of death of recent Koreans.

키워드

스텐트;나이티놀 와이어;초음파 나노표면 개질
Stent;Nitinol wire;Ultrasonic nano crystalline surface modification
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