Addio ai vecchi metodi ortodontici, con le leghe a memoria di forma
Gli odierni apparecchi ortodontici risalgono ai primi anni del Novecento, un periodo buio per l’odontoiatria, caratterizzato dalla mancanza dell’anestesia e da dispositivi che assomigliavano a strumenti di tortura medievali. Il medico Eugene S. Talbot propose addirittura che la malocclusione, o “denti storti”, fosse geneticamente collegata a “nevrotici, idioti, degenerati o pazzi”.
Fortunatamente, l’ortodonzia è migliorata notevolmente (liberandosi dall’accezione moralizzatrice), passando dal casco ortodontico ai bracket ceramici e dagli elastici colorati ai supporti permanenti, divenendo anche un vero e proprio rito di passaggio anelato da alcuni. La startup canadese tecnologica Smarter Alloys, che attualmente sta lavorando presso l’Autodesk Technology Centre di Toronto, ha fatto un significativo salto in avanti nell’ambito dell’allineamento dentale con SmartArch, un arco metallico fatto di lega metallica chiamata materiale a memoria multipla (Multiple Memory Material).
Il filo è “intelligente” perché impara e può essere programmato sulla base delle esigenze e della forza dei singoli denti dei pazienti, riducendo così la durata del trattamento fino al 50%.
Il materiale a memoria multipla vanta due proprietà uniche: l’effetto memoria di forma e la superelasticità. Le leghe a memoria di forma (SMA, shape-memory alloys), come il materiale a memoria multipla, hanno la capacità di imparare una forma, disimpararla e riassumerla nuovamente, il tutto sulla base della temperatura.
“Per creare l’effetto memoria di forma, prendiamo il materiale e lo raffreddiamo, portandolo al di sotto di una certa temperatura”, spiega il dottor Michael Kuntz, vicepresidente marketing e sviluppo prodotti di Smarter Alloys. “A questo punto, possiamo piegarlo e fargli assumere qualsiasi forma desiderata. Non appena lo riscaldiamo al di sopra di quella temperatura, esso torna alla sua forma originale. Ha la capacità di ricordare questa forma. È una specie di proprietà magica di questo materiale”.
“Le SMA sono anche più elastiche (i metalli possono allungarsi) di altri materiali simili”, continua Kuntz. Ma quando non sono tese, ritornano alla loro forma originale, senza mostrare alcun segno di usura.
“Nella loro forma originale, le leghe a memoria di forma hanno una proprietà chiamata superelasticità, che permette di deformarle molto di più di qualsiasi altro materiale metallico”, spiega Kuntz.”, spiega Kuntz. Stiamo modificando fino al 10% della lunghezza totale, ma il materiale è in grado di assorbire enormi quantità di deformazioni reversibili”.
Per realizzare l’arco di proprietà dell’azienda, gli ingegneri e i progettisti di Smarter Alloys programmano con il laser il materiale a memoria multipla per mantenere diverse forze lungo tutto il filo.
“Inizialmente, gli ortodontisti inseriscono un filo sottile calibrato sui denti più piccoli”, spiega Kuntz. “Se si inserisse un filo troppo spesso, la forza esercitata sui denti sarebbe molto elevata e provocherebbe dolori al paziente, nonché molti problemi ai denti stessi. “Potrebbe addirittura provocare la morte della radice, per cui sarebbe necessario il trattamento del canale radicolare”.
Con il materiale a memoria multipla, il filo può essere più forte nella parte posteriore, dove i molari sono più distanti e più grandi. Nella parte anteriore, dove i denti più piccoli sono ravvicinati tra loro, il filo sarà meno rigido, con una conseguente riduzione della forza e degli effetti collaterali dolorosi. Questo si discosta dalle classiche opzioni di trattamento in cui i fili esercitano lo stesso grado di forza, indipendentemente dalla posizione del dente. Il metodo tradizionale prevede regolazioni più dolorose per il paziente e una più ampia varietà di fili per ottenere il risultato desiderato.
“Invece di passare, in maniera progressiva, da un filo molto piccolo a un filo molto grande per spostare denti diversi, possiamo programmare la rigidità del filo con un laser, in modo tale che sia quella corretta per ogni dente”, dice Kuntz. “Questo ci permette di inserire un solo filo e iniziare a spostare tutti i denti contemporaneamente, con le giuste forze, il che ha un impatto notevole sulla durata del trattamento”.
Un piano tipico di trattamento ortodontico potrebbe prevedere quattro fili di acciaio inossidabile che vengono cambiati nel corso di un anno e mezzo. Kuntz spiega che lo SmartArch limita questo processo a soli due fili e potenzialmente riduce la durata del trattamento a meno della metà.
Al momento Smarter Alloys sta analizzando la possibilità di estendere l’uso delle SMA ad altre discipline mediche. “I cateteri cardiaci rappresentano un esempio perfetto di questo sviluppo”, illustra Kuntz.
“Il vantaggio è che possiamo comprimere lo stent, che è come un’impalcatura tubolare, riducendolo a un diametro molto esiguo, per inserirlo all’interno di un catetere e posizionarlo dove vogliamo”, spiega. “Sfruttando la temperatura corporea del paziente, lo stent si riscalda, ricorda la propria forma originale e si espande. Inoltre, è in grado di assorbire un livello molto elevato di deformazione, mantenendosi flessibile con i movimenti o le flessioni dell’arteria ad ogni battito cardiaco”.
Le SMA potrebbero anche sostenere o addirittura rafforzare le articolazioni e le ossa. “Le proprietà superelastiche sono simili a quelle dei materiali umani”, spiega Kuntz. “Elementi come i tendini, le ossa e la pelle hanno proprietà molto simili in termini di reazione allo stress e alle sollecitazioni. Il materiale stesso è biocompatibile. Può essere impiantato nel corpo ed imitare le proprietà e la struttura meccanica del corpo umano”.
Smarter Alloys sta anche scandagliando le opportunità nei settori automobilistico e aerospaziale. Attualmente l’azienda sta lavorando, presso l’Autodesk Technology Centre di Toronto, al suo primo prodotto di consumo, un dispositivo tattile per la realtà virtuale e aumentata, oltre che ad altri progetti come la sostituzione di interruttori, serrature e persino motori all’interno di svariati dispositivi e prodotti.
“Possiamo anche usare la lega a memoria di forma come sensore”, spiega Kuntz. “Con la maggior parte delle applicazioni, quando si ha un motore, è necessario disporre anche di un sensore che segnali la posizione del motore. Possiamo integrare questo sensore nel materiale stesso in modo che il motore, l’attuatore e il sensore siano tutti in un unico dispositivo: un unico semplice filo. È davvero formidabile”.