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)

สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่ออุณหภูมิของโลหะเปลี่ยนไป และแม้ว่าขณะนั้นนักวิจัยจะทราบว่ามีโลหะผสมชนิดอื่น ๆอีกที่มีความสามารถในการจำรูปได้ แต่จากการทดลองก็พบว่าโลหะผสมนิกเกิลกับไทเทเนียมแสดงสมบัติการคืนตัวของความเครียด (recovery strain) โดดเด่นกว่าโลหะผสมชนิดอื่น นั่นคือนิกเกิลไทเทเนียมมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่เด่นชัดมากกว่าโลหะผสมอื่น

           สิ่งที่ทำให้โลหะจำรูปมีความโดดเด่นจากโลหะผสมธรรมดาทั่วไป คือ ความสามารถของการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโดยการเหนี่ยวนำด้วยความร้อน หรือมีสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวด (superelastic) ซึ่งสองสิ่งนี้เป็นสมบัติสำคัญที่โลหะผสมอย่างนิกเกิลไทเทเนียม หรือโลหะจำรูปชนิดอื่น ๆ มีติดตัว

ตัวอย่างโลหะผสมที่เป็นโลหะจำรูปชนิดอื่นๆ

การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์
           เนื่องจากปัจจุบันมีการผลิตโลหะจำรูปออกมาหลากหลายรูปแบบไม่ว่าจะเป็น เส้น ขด แท่ง ฯ จึงทำให้เกิดการประยุกต์ใช้อย่างหลากหลาย เช่น

สเต็นท์จากสเตนเลสจำเป็นต้องมีลูกโป่งเป็นอุปกรณ์ช่วยถ่างขดลวดออก

           สเต็นท์ - อุปกรณ์ถ่างหรือขยายหลอดเลือด (Stent) มีรูปร่างลักษณะเป็นขดลวดตาข่ายทรงกระบอก ผลิตจากสเตนเลสหรือโลหะจำรูปก็ได้ ในกรณีที่เป็นสเต็นท์ที่ทำจากสเตนเลส แพทย์จะยึดอุปกรณ์นี้ติดกับลูกโป่งหรือบอลลูน (balloon) ด้วยลวดและสอดเข้าทางเส้นเลือดในร่างกายจนถึงหลอดเลือดของอวัยวะเป้าหมาย จากนั้นแพทย์จะอัดลมเข้าไปในลูกโป่งเพื่อให้ลูกโป่งพองตัวออกเพื่อดันสเต็นท์ให้ขยายตัวออกติดผนังของหลอดเลือด จากนั้นแพทย์จะปล่อยลมออกจากลูกโป่ง และถอนเส้นลวดที่ยึดสเต็นท์ออกมา แต่ในกรณีสเต็นท์ที่ทำจากโลหะจำรูป แพทย์ไม่ต้องยึดสเต็นท์เข้ากับลูกโป่ง เพราะเมื่อเลือกใช้โลหะจำรูปที่ออกแบบให้มีการเปลี่ยนรูปร่างที่อุณหภูมิประมาณ 37 องศาเซลเซียสแล้ว สเต็นท์ที่เข้าไปอยู่ในร่างกายจะขยายตัวออกมาดันติดผนังหลอดเลือดได้เอง

           ลวดนำทาง (guide wire) ในการผ่าตัดที่ต้องสอดสายสวน (catheter) ผ่านทางเส้นเลือดนั้น ไม่สามารถใช้เส้นลวดโลหะทั่วไปได้ เนื่องจากโลหะทั่วไปจะแข็งและขาดความยืดหยุ่น จึงไม่สามารถโค้งงอเข้าไปตามเส้นเลือดได้ ดังนั้นจึงต้องเลือกใช้ลวดนำทางที่ทำจากโลหะจำรูปเพราะมีความยืดหยุ่นสูงกว่า

           ลวดดักจับสิ่งแปลกปลอมในเส้นเลือดวีนาคาว่า (vena-cava filter) วีนาคาว่าเป็นชื่อของท่อหลอดเลือดดำใหญ่ที่นำเลือดจากทั่วร่างกายส่งเข้าหัวใจเพื่อสูบฉีดไปฟอกที่ปอด อุปกรณ์ชิ้นนี้ผลิตจากโลหะจำรูปชนิดยืดหยุ่นยิ่งยวด (superelastic) ซึ่งเมื่อใส่เข้าไปในหลอดเลือดแล้ว จะขยายตัวคล้ายกับร่มที่กางออกและยึดอยู่กับผนังของหลอดเลือดคอยดักจับสิ่งแปลกปลอมในท่อหลอดเลือดดำใหญ่ไม่ให้เข้าไปอุดตันที่ปอด

           ลวดจัดฟัน การนำโลหะจำรูปมาประยุกต์ใช้ในทางทันตกรรมเป็นสิ่งที่ใกล้ตัวเรามากกว่าการประยุกต์ที่กล่าวมาข้างต้น ตัวอย่างที่เห็นได้อย่างชัดเจนคือ ลวดจัดฟัน หรือลวดดัดฟัน ข้อดีของการใช้โลหะจำรูปทดแทนลวดสเตนเลสคือ เรื่องความตึงของลวดสเตนเลสที่ผูกฟันอยู่จะลดลงภายหลังจากที่ใช้งานไปได้ระยะเวลาหนึ่ง ทำให้คนไข้ต้องเดินทางมาพบทันตแพทย์เพื่อปรับให้ลวดมีความตึงเท่าเดิมทุก ๆ 3 - 4 อาทิตย์ ทำให้เสียเวลา แต่หากใช้เส้นลวดที่ทำจากโลหะจำรูปที่มีความยืดหยุ่นสูงกว่าจะช่วยลดความถี่ของการมาพบแพทย์ให้เหลือเพียงแค่ 3 - 4 ครั้ง/ ปีเท่านั้น

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