كاربرد بيو متريال سراميكي در مهندسي پزشكي‌

در طي چند دهه اخير، بيوسراميك‌ها با داشتن ويژگي‌هايي چون زيست‌سازگاري، غيرسمي بودن و پايداري در محيط فيزيولوژيك بدن، تحول چشمگيري در دنياي پزشكي به وجود آورده‌اند. استفاده از اين مواد به منظور ترميم و يا جايگزين بافت‌هاي آسيب‌ديده نظير مفصل ، ران، زانو، كتف و ديگر كاربردهاي ارتوپدي و نيز در جايگزيني دريچه‌‌هاي معيوب قلب و يا ايمپلنت‌هاي دنداني موجب شده است تا بيوسراميك‌ها طيف گسترده‌اي از متريال مورد استفاده در پزشكي را در بر گيرند. بيوسراميك‌ها به واسطه ويژگي هاي خاص مكانيكي و فيزيكي در كاربردهايي چون ايمپلنت‌هاي بافت سخت، بر پليمرها و فلزات برتري دارند. به عنوان مثال در دندانپزشكي نوعي از سراميك‌‌ها با تركيب فلوروآپاتيت و ذرات ريز شيشه زيستي به عنوان ماده جايگزين دندان كاربرد دارند و ويژگي‌هاي نوري و مكانيكي اين مواد باعث مي‌شود تا علاوه بر اينكه زيبايي و شفافيت دندان طبيعي به نظر برسد، نسبت به ساير مواد، مقاومت به سايش بيشتري در برابر تنش‌هاي ناشي از ساير دندان‌ها نشان دهد. از ديگر محاسن اين مواد آن است كه هنگامي كه در بدن فرد به عنوان ايمپلنت و يا حتي پوشش سطحي يك ايمپلنت فلزي به كار مي‌روند، مي‌توانند رشد استخوان‌ها را شبيه‌سازي كنند، ساختمان بافت را ارتقاء دهند ونيز از سيستم ايمني بدن دفاع نمايند. بيوسراميك‌ها در جراحي‌ها به عنوان پوشش ايمپلنت‌هاي گوناگون كاربرد دارند، زيرا پوشش سراميكي، سطحي سخت‌تر از فولاد ضد زنگ به وجود مي‌آورد و با بالا بردن امكان لغزش، موجب كاهش سايش ايمپلنت مي‌شود. از مهمترين گونه‌هاي اين مواد مي‌توان به بيوسراميك هاي كلسيم فسفاتي(‌ (‌CaP اشاره كرد كه در شكل‌هاي مختلف (قطعه، دانه، سيمان، اجزاي كامپوزيت‌و ...) با منشأ متفاوت (طبيعي، بيولوژيكي و سنتتيك) و تركيبات گوناگون به صورت تجاري و براي كاربردهاي پزشكي و دندانپزشكي در دسترس قرار دارند.تركيبات كلسيم فسفات در طبيعت و سيستم‌هاي زيستي (ماهي‌ها، مرجان ها، استخوان گاو و ...) به فراواني يافت مي‌شوند و در سيستم‌هاي بيولوژيك نقش برجسته‌اي ايفا مي‌كنند. به عنوان مثال كربنات هيدروكسي آپاتيت(‌(‌CHA با ساختارهاي كريستالي و غلظتهاي متفاوت،‌فازهاي معدني دندان (مينا، عاج، سمنتوم و ...) و استخوان‌‌ها را تشكيل مي‌دهد. همچنين انواع تركيبات كلسيم فسفاتي در هنگام كلسيم‌دار شدن‌هاي غير طبيعي و پاتولوژيك در فرد ظاهر مي‌شوند كه سنگهاي كليه، آهكي شدن و رسوب كلسيم در بافت‌هاي نرم (قلب، رگ، ريه، و سنگ دندان از اين نمونه‌اند. بنابراين نگاه به بيوسراميك‌هاي كلسيم فسفاتي به عنوان يك متريال بالقوه در كاربردهاي گوناگون ضروري است.‌ با توجه به آماري كه در هشتمين نشست بين‌المللي سراميك‌ها در پزشكي اعلام شد مقالات مرتبط با حوزه كلسيم فسفات و خصوصا، هيدروكسي آپاتيت 40 تا 70 درصد كل مقالات را شامل مي‌شود كه روز به روز در حال گسترش است. اكنون مختصري به چگونگي كاربرد بيوسراميك‌هاي كلسيم فسفاتي مي‌پردازيم. موفقيت‌هاي كلينيكي زماني حاصل مي‌شوند كه به طور همزمان به دو فاكتور پايداري فصل مشترك بافت و ايمپلنت، و تطابق رفتار مكانيكي ايمپلنت با بافت جايگزين شده دست يابيم. كلسيم فسفات‌هايي كه منافذ ريز دارند، براي پوشش ايمپلنت‌هاي فلزي استفاده مي‌شود و نيز به عنوان متريال پر كننده در فضايي كه تحت بار نيست، قرار مي‌گيرد تا رشد استخوان از درون آنها صورت گيرد. رويش دروني بافت از ميان منافذ، توسعه‌ِي ناحيه‌ي بين بافت و ايمپلنت و در نتيجه افزايش مقاومت در برابر حركات ايمپلنت‌ در بافت را به دنبال دارد.در استخوان طبيعي، پروتئين‌ها جذب طبقه كلسيم فسفاتي مي‌شوند، به همين ترتيب بيومتريال كاشته شده نيز با سلول‌هاي استخواني فعل و انفعالا‌تي خواهد داشت. همچنين بيومتريالهايي با قابليت جذب مجدد(‌(‌Resorbable طراحي مي‌شوند تا با گذشت زمان رفته رفته تنزل يافته و با بافت ميزان جايگزين شوند، كلسيم فسفات‌هاي متخلخل مانند‌تري كلسيم فسفات به عنوان مواد قابل جذب در مواردي كه به استحكام مكانيكي بالا نياز نيست. مانند ترميم استخوان فك و سر استفاده مي‌شوند.در سطح ايمپلنت، مواد بيواكتيو يك لايه‌ي فعال بيولوژيكي تشكيل مي‌دهند كه در نتيجه در شكل پيوند بين بافت‌هاي طبيعي و بيو مواد تاثير مي‌گذارد، مواد بيواكتيو شامل شيشه يا شيشه -- سراميك‌ها كه منشأ اكسيد سيليسيم آپاتيتي دارند و يا به عنوان مثال هيدروكسي آپاتيت سنتتيك متراكم و كامپوزيت‌هاي پلي اتيلن -- هيدروكسي آپاتيتي در كاربردهاي ارتوپدي (پيوند استخوان، پروتزها، فضاسازي بين مهره و ...) استفاده مي‌شوند. حال به بررسي فاكتورهاي طراحي و ساخت يك نمونه (به عنوان مثال استخوان مصنوعي) مي‌پردازيم.‌انتخاب دقيق و مناسب متريال مورد استفاده به عنوان مهمترين بخش طراحي حائز اهميت است. همچنين براي طراحي، مي‌توان از نرم‌افزارهاي خاصي بهره برد. اين نرم‌افزارها براي طراحي بهينه شكل ايمپلنت و نيز براي شبيه‌سازي رفتار مكانيكي ايمپلنت با بافت الگو به كار مي‌روند. يك تكنيك رياضي هم به نام آناليز المان محدود براي تعيين توزيع فشار روي ايمپلنت و ساختار بيولوژيكي به كار مي‌رود. نمونه‌هاي اوليه قبل از ساخت نهايي تحت آزمايشات گوناگون نظير تستهاي كلينيكي قرار مي‌گيرد. بخش اعظمي از مواد خام اوليه را پودرهاي سراميكي با تركيب ويژه و خلوص بالا تشكيل مي‌دهند. افزودني‌هايي نظير چسب، روانساز و ساير مواد شيميايي براي كمك به پروسه‌ي شكل دهي، به مواد خام اضافه مي‌شوند. پودر اوليه همچنين ممكن است به كمك زينتر احتياج داشته باشد. كمك زينتر به مواد سراميكي كمك مي‌كند تا در طول زينتروينگ و در بعضي مواقع در دماهاي پايين‌تر از آن، به درستي متراكم شوند. پس از تشخيص نوع بيومتريال مورد استفاده ماده مورد نظر وارد پروسه‌ي ساخت مي‌شود.‌استخوان مصنوعي را مي‌توان با استفاده از دو روش ساخت: مرحله آماده‌سازي سنتي سراميك و روش شيميايي سل ژل، در روش سل ژل مي‌توان از سوسپانسيون با ذرات بسيار ريز و يا محلولي با پرگرسرهاي شيميايي استفاده كرد. از آنجا كه روش سنتي آماده‌سازي متداول‌تر است، به بررسي جزئيات آن مي‌پردازيم. مرحله اول، آماده سازي ماده خام است. اين ماده به طور مستقيم قابل استفاده نيست و بايد پودر سراميك سنتتيك تهيه شود. معمولا با طي مراحل سنگ شكني و آسياب به سايز دلخواه پودر نمي‌رسيم و مي‌توان از روش‌هاي مكانيكي و يا شيميايي خاصي استفاده كرد. در روش مكانيكي، پودر سراميكي و افزودني‌ها به دقت وزن مي‌شوند و سپس در انواع ماشين‌هاي مخلوط كن توسط رول‌هاي دوراني مخلوط مي‌شوند. به عنوان مثال ماشين بال ميل از يك استوانه‌ي چرخشي پر از مخلوط و يك واسط كروي براي پراكندن مواد و كاهش سايز ذرات استفاده مي‌كند. يك سابنده نيز شامل مهره‌هاي ريز و يك همزن چرخشي براي به انجام رساندن اين پروسه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بعد از مرحله اختلاط و رسيدن به سايز مناسب پودر، مواد سراميكي با استحكام پلاستيكي آماده شكل‌دهي مي‌باشند. روش‌هاي گوناگوني مي‌تواند براي اين منطور استفاده شود؛ از جمله قالب‌گيري تزريقي، گرم يا سرد كردن و يا پرس كردن در قالب‌گيري تزريقي مخلوط در سيلندر گرمايي بارگذاري مي‌شود. در اين هنگام از سختي آن كاسته شده و مخلوط نرم مي‌شود. يك پيستون فولادين به مخلوط گرم نيرو وارد كرده و آن را به فرم قالب فلزي سرد شده، تبديل مي‌كند. گرم و سرد كردن‌ها موجب تجمع مواد در يك سيلندر با فشار بالا شده و سپس مواد با شكلي خاص به بيرون فرستاده مي‌شود. پرس كردن نيز با فشردن در قالب فولادين صورت مي‌گيرد و يا مواد در يك قالب لاستيكي، تحت فشار بالا و يكنواخت گاز يا آب قرار مي‌گيرند. روش ديگر پرس،كه پرس گرم ناميده مي‌شود شامل فرم دهي و گرمايش با استفاده از قالب گرمايي است. پس از شكل‌دهي، استخوان سراميكي وارد مرحله خشك كردن مي‌شود و بايد تحت چندين عمليات حرارتي قرار گيرد. ابتدا خشك كردن مواد براي از بين رفتن رطوبت، با استفاده از كوره يا محفظه‌ي خشك كن انجام مي‌گيرد و سپس يك كوره براي حرارت دادن مواد در دماهاي بالا جهت حذف مواد آلي و متراكم كردن ماده به كار مي‌رود. چرخه‌ي گرمايش به وضعيت ماده وابسته است و بايد سرعت گرم كردن به طور مناسب طراحي شود تا مانع شكست نمونه گردد.‌بعد از اين مرحله، ممكن است به يك يا دو مرحله پاياني نياز باشد كه با توجه به كاربرد نمونه مشخص مي‌شوند. براي رسيدن به ابعاد و ظاهر دلخواه از سنباده و پوليش نيز استفاده مي‌شود. سنباده يا پوليش كردن مواد سخت‌تر معمولاً نياز به ابزار الماس دارد. مته‌كاري نيز در كاربردهايي كه نياز به شكل‌دهي خاص منافذ باشد، لازم است. اگر اتصال به دو يا چند جزء ديگر نياز باشد، از روش لحيم‌كاري و يا چسب زدن نيز بسته به جنس نمونه استفاده مي‌شود. در تمام پروسه ساخت، كنترل كيفيت هر مرحله براي افزايش كارايي محصول مهم است. در صورتي كه تمامي مراحل طراحي و ساخت با موفقيت گذرانده شود، ايمپلنت سراميكي آماده است تا در بدن بيمار كاشته شود. بدين ترتيب بيومتريال سراميكي جايگزين بافت‌هاي آسيب‌ديده فرد مي‌شود.‌ نيلوفر بهراميان دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي پزشكي دانشگاه علوم و تحقيقات تهران‌ منبع:http://www.ettelaat.com

كاربرد بيو متريال سراميكي در مهندسي پزشكي‌

مطالب مشابه :

آگهی استخدام شركت مهندسي قدس نيرو براي پروژه هاي صنايع نفت و گاز

دانلود دفترچه سوالات و پاسخنامه كليدي كنكور سراسري گروه آزمايشي علوم رياضي و فني (رياضي فيزيك) سال93

قيمت یک آپارتمان 50 متری در تهران 93

پرسشنامه MMPI یک تست بالینی چند وجهی در روانشناسي

دانلود رایگان 23 نمونه آماده قرارداد پیمانکاری ساختمان (مهندس حسن فراهانی)

معماری نمادین

روش هاي توليد چرخ دنده ها

كاربرد بيو متريال سراميكي در مهندسي پزشكي‌

روزملي كارآفريني ومهارتهاي فني وحرفه اي