امید اشکانی دوشنبه 21 مهر 1393 01:33 ب.ظ نظرات ()



چكیده:

در خلال سه دهه گذشته انقلابی دراستفاده وکاربرد سرامیک ها به منظور بهبود کیفی عمربشر به وقوع پیوست، که دراین تحقیق،استفاده و کاربردهای سرامیک ها به عنوان بیومواد مورد بررسی قرارگرفت. اغلب کاربردهای بیوسرامیکها را میتوان مرتبط با اسکلت بدن،استخوانها،مفاصل،دندانها وقسمتهایی از سیستم قلب وگردش خون به ویژه دریچه های قلبی عنوان کرد. ونیز ترکیب خاصی از شیشه ها نیز به گونه درمان شناسی جهت درمان غده ها بکار می رود.آنها می توانند به صورت تک بلور(یاقوت کبود)، بس بلور( آلومین یا هیدروکسی آپاتیت)، شیشه ( شیشه زیستی)، سرامیک- شیشه ( سرامیک- شیشهA/W) یا مواد مرکب ( پلی اتیلن- هیدرواکسی آپاتیت) باشند. که در بسیاری ازاین کاربردها، سرامیک ها در شکل ماده ای تکه ای با شکل ویژه مصرف می شوند که به آنها کاشتـــنی، عضو مصنوعی یا وسایل اندام مصنوعی گفته می شود.

کلمات کلیدی: بیو مواد- بیو سرامیک- دریچه های قلبی- هیدرواکسی آپاتیت- عضو مصنوعی

مقدمه:

طی سه دهه اخیر،تحولی اساسی دراستفاده وکاربرد سرامیکها به منظور بهبود کیفی عمر بشر پدید آمد وتوسعه وگسترش طراحی وساخت این نوع سرامیکها برای درمان بیماری وبازسازی صدمات وارد به بدن وترمیم اعضاء به وقوع پیوست. سرامیکهایی که به این منظور استفاده میشوند به بیوسرامیکها موسوم هستند. هنگامی که برای اولین بار مشخص گردید که از خواص ویژهء مواد سرامیکی می توان برای تهیه مواد بهتری جهت کاربردهای کاشتنی خاص بهره برداری نمود، قلمرو وزمینه بیوسرامیکها به طور وسیع و کلان گسترش یافت. اغلب کاربردهای کلینیکی بیوسرامیکها مرتبط با سیستم اسکلت بدن،استخوان،دندانها،مفاصل وبازسازی وبسط وافزایش بافت نرم و سخت بدن است.

امروزه گذشته از بیوسرامیکهای خنثی،موادی باخواص ویژه توسعه یافته اند که امکان کاربرد و استفاده از آنها در محلی که پیوند با بافت نرم یا سخت مورد نیاز است، جایی که تجزیه و اضمحلال کنترل شده مورد نظراست، محلی که قلمرو اعمال بار است، مکانی که بسط وافزایش بافت باید صورت گیرد یا محلی که خواص ویژه سرامیکها می تواند با خواص فلزات یا پلیمرها تلفیق شود تا مواد کاشتنی با مزیت هر دو ماده فراهم گردد، میسر است.

مواد زیست فعال را میتوان به دو گروه اصلی تقسیم کرد. گروه اول شامل شیشه های زیست فعال وسرامیکهای شیشه ای است که پس از کاشتن آنها در بدن، هیدرواکسی آپاتیت بیولوژیکی در سطح آنها رشد و توسعه می یابد وگروه دوم هم سرامیکـــــــهای کلسیم فسفات را دربر میگیرد که معمولااز ماده متشکله جدید شیمیایی گسترش پیدا میکنند. مواد هر دو گروه مذکور در محل هایی که تحت بارمکانیکی پایین است به صورت پودر یا جامد تکه ای مصرف میشوند و در جایی که تحت بارگذاری زیاد است به شکل پوشش یا به صورت ماده مرکب مورد استفاده قرار می گیرند و برخی از آنها هم به ویژه برای کاربردهای استحکام بالا طراحی شده اند. تمایل و علاقمندی به پوشش دادن بر روی فولاد زنگ نزن منجر به تثبیت اجزاء کاشتنی در درمان بیماریهای استخوان و شکسته بندی بدون استفاده از سیمان شد. امروزه پوشش دادن بر روی تیتانیم و کسب موفقیتهای کلینیکی در کاربرد کاشتنی دندانی نیز فراهم شده است.از آنجا که رفتار بیوسرامیکها در کاربردهای کوتاه مدت وبلند مدت قابل پیش بینی وپیشگویی است، کاربردهای کلینیکی این مواد به طور فزاینده ای رشد وتوسعه یافته است.


نویسنده چکیده و مقدمه : مهندس آرش زهتاب نایبی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

-------------------------------------------------------------------

برای خواندن مقاله دوم بر روی ادامه مطلب کلیک کنید.

بیو مواد و سرامیک ها

در طی چند دهه اخیر،بیوسرامیک ها با داشتن ویژگی هایی چون زیست سازگاری ،غیرسمی بودن وپایداری در محیط فیزیولوژیک بدن ،تحول چشمگیری در دنیای پزشکی به وجود آورده اند.استفاده از این مواد به منظور ترمیم و یا جایگزین بافت های آسیب دیده نظیر مفصل،ران ،زانو،کتف و دیگر کاربردهای ارتوپدی و نیز در جایگزینی دریچه های معیوب قلب و یا ایمپلنت های دندانی موجب شده است تا بیو سرامیک ها طیف گسترده ای از متریال مورد استفاده در پزشکی را در برگیرد.
بیوسرامیک هابه واسطه ویژگی های خاص مکانیکی و فیزیکی در کاربردهایی چون ایمپلنت های بافت سخت ،بر پلیمرها و فلزات برتری دارند.به عنوان مثال در دندانپزشکی نوعی از سرامیک هابا ترکیب فلوروآپاتیت و ذرات ریز شیشه زیستی به عنوان ماده جایگزین دندان کاربرد دارند و ویژگی های نوری و مکانیکی این مواد باعث می شود تا علاوه بر اینکه زیبایی و شفافیت دندان طبیعی به نظر برسد، نسبت به سایر مواد،مقاومت به سایش بیشتری در برابرتنش های ناشی از سایر دندان ها نشان دهد .
از دیگر محاسن این مواد آن است که هنگامی که در بدن فرد به عنوان ایمپلنت و یا حتی پوشش سطحی یک ایمپلنت فلزی به کار می روند،می توانند رشد استخوان ها را شبیه سازی کنند ،ساختمان بافت را ارتقاء دهندو نیز از سیستم ایمنی بدن دفاع نمایند .
بیوسرامیک ها در جراحی ها به عنوان پوشش ایمپلنت های گوناگون کاربرد دارند،زیرا پوشش سرامیکی ،سطحی سخت تر از فولاد ضد زنگ به وجود می آورد و با بالابردن امکان لغزش،موجب کاهش سایش ایمپلنت می شود.از مهمترین گونه های این مواد می توان به بیوسرامیک هایکلسیم فسفاتی (CaP) اشاره کرد که در شکل های مختلف (قطعه ،دانه ،سیمان، اجزای کامپوزیت و ...)با منشأ متفاوت (طبیعی،بیولوژیکی و سنتتیک) و ترکیبات گوناگون به صورت تجاری و برای کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی در دسترس قراردارند.ترکیبات کلسیم فسفات درطبیعت و سیستم های زیستی (ماهی ها ، مرجان ها،استخوان گاو و ...)به فراوانی یافت می شوند و در سیستم های بیولوژیک نقش برجسته ای ایفا می کنند.به عنوان مثال کربنات هیدروکسی آپاتیت (CHA) با ساختارهای کریستالی و غلظتهای متفاوت ،فازهای معدنی دندان (مینا ، عاج ،سمنتوم و ...) و استخوانها را تشکیل می دهد.همچنین انواع ترکیبات کلسیم فسفاتی در هنگام کلسیم دار شدن های غیر طبیعی و پاتولوژیک در فرد ظاهر می شوند که سنگ های کلیه ، آهکی شدن و رسوب کلسیم در بافت های نرم (قلب ، رگ و ریه ) از این نمونه اند.بنابراین نگاه به بیوسرامیک های کلسیم فسفاتی به عنوان یک متریال بالقوه در کاربردهای گوناگون ضروری است.
با توجه به آماری که در هشتمین نشست بین المللی سرامیک ها در پزشکی اعلام شد مقالات مرتبط با حوزه کلسیم فسفات و خصوصاً هیدروکسی آپاتیت 40 تا 70 درصد کل مقالات را شامل می شود که روز به روز در حال گسترش است. اکنون مختصری به چگونگی کاربرد بیو سرامیک های کلسیم فسفاتی می پردازیم .
موفقیت های کلینیکی زمانی حاصل می شود که به طور همزمان به دو فاکتور پایداری فصل مشترک بافت و ایمپلنت ، و تطابق رفتار مکانیکی ایمپلنت با بافت جایگزین شده دست یابیم .کلسیم فسفات هایی که منافذ ریز دارند،برای پوشش ایمپلنت ها ی فلزی استفاده می شود و نیز به عنوان متریال پر کننده در فضایی که تحت بار نیست ،قرار می گیرد تا رشد استخوان از درون آنها صورت گیرد. رویش درونی بافت از میان منافذ ،توسعه ی ناحیه بین بافت و ایمپلنت و درنتیجه افزایش مقاومت در برابر حرکات ایمپلنت در بافت را به دنبال دارد . در استخوان طبیعی ،پروتئین ها جذب طبقه کلسیم فسفاتی می شوند ، به همین ترتیب بیومتریال کاشته شده نیز با سلول های استخوانی فعل و انفعالاتی خواهد داشت.همچنینبیومتریالهایی با قابلیت جذب مجدد(Resorbable) طراحی می شوندتا با گذشت زمان رفته رفته تنزل یافته و با بافت میزبان جایگزین شوند ،کلسیم فسفات های متخلخل مانند تری کلسیم فسفات به عنوان مواد قابل جذب در مواردی که به استحکام مکانیکی بالا نیاز نیست مانند ترمیم استخوان فک و سر استفاده می شود.در سطح ایمپلنت ،مواد بیواکتیو یک لایه فعال بیولوژیکی تشکیل می دهند که در نتیجه در شکل پیوند بین بافت های طبیعی و بیو مواد تأثیر می گذارد . مواد بیواکتیو شامل شیشه یا شیشه –سرامیک ها که منشأ اکسید سیلیسیم آپاتیتی دارند ویا به عنوان مثال هیدروکسی آپاتیت سنتیک متراکم و کامپوزیت های پلی اتیلن – هیدروکسی آپاتیتی در کاربردهای ارتوپدی (پیوند استخوان ،پروتزها ، فضاسازی بین مهره و ...)استفاده می شوند .حال به بررسی فاکتورهای طراحی و ساخت یک نمونه (به عنوان مثال استخوان مصنوعی )می پردازیم .انتخاب دقیق و مناسب متریال مورد استفاده به عنوان مهم ترین بخش طراحی حائز اهمیت است .همچنین برای طراحی می توان از نرم افزار های خاصی بهره برد.این نرم افزار های برای طراحی بهینه شکل ایمپلنت و نیز برای شبیه سازی رفتار مکانیکی ایمپلنت با بافت الگو به کار می روند .یک تکنیک ریاضی ریاضی هم به نام آنالیز المان محدود برای تعیین توزیع فشار روی ایمپلنت با بافت الگو به کار می رود.
نمونه های اولیه قبل از ساخت نهایی تحت آزمایشات گوناگون نظیر تست های کلینیکی قرار می گیرند .بخش اعظمی از مواد خام اولیه را پودر های سرامیکی با ترکیب ویژه وخلوص بالا تشکیل می دهند.افزودنی هایی نظیر چسب ، روانساز و سایر مواد شیمیایی برای کمک به پروسه ی شکل دهی به مواد خام اضافه می شوند.پودر اولیه همچنین ممکن است به کمک زینترینگ احتیاج داشته باشد.زینترینگ به مواد سرامیکی کمک می کند تا در در طول زینترینگ و در بعضی مواقع در دماهای پایین تر از آن به درستی متراکم شوند.پس از تشخیص نوع بیو متریال مورد استفاده ماده مورد نظر وارد پروسه ی ساخت می شود.استخوان مصنوعی را می توان با استفاده از دو روش ساخت :مرحله آماده سازی سنتی سرامیک و روش شیمیایی سل ژل . در روش سل ژل می توان از سوسپانسیون با ذرات بسیار ریز و یا محلولی با پرگرسرهای شیمیایی استفاده کرد. از آنجا که روش سنتی آماده سازی متداول تر است به بررسی جزئیات آن می پردازیم .
مرحله اول ،آماده سازی ماده خام است.این ماده به طور مستقیم قابل استفاده نیست وباید پودر سرامیک سنتیک تهیه شود.معمولاً با طی مراحل سنگ شکنی و آسیاب به سایزدلخواه پودر نمی رسیم و می توان از روش های مکانیکی و یا شیمیایی خاصی استفاده کرد. در روش مکانیکی ،پودر سرامیکی و افزودنی ها به دقت وزن می شوند و سپس در انواع ماشین های مخلوط کن توسط رول های دورانی مخلوط می شوند.به عنوان مثال بال میل از یک استوانه چرخشی پر از مخلوط و یک واسطه کروی (گلوله) برای پراکندن مواد و کاهش سایز ذرات استفاده می کنند.یک سابنده نیز شامل مهره های ریز و یک همزن چرخشی برای انجام رساندن این پروسه مورد استفاده قرار می گیرد.
بعد از مرحله اختلاط و رسیدن به سایز مناسب پودر،مواد سرامیکی با استحکام و پلاستیسیته بالا آماده شکل دهی می باشند.روش های گوناگونی می تواند برای این منظور استفاده شود ؛ از جمله قالب گیری تزریقی ، گرم یا سرد کردن و یا پرس کردن در قالب گیری تزریقیمخلوط در سیلندر گرمایی بارگزاری می شود .در این هنگام از سختی آن کاسته شده و مخلوط نرم می شود.یک پیستون فولادین به مخلوط گرم نیرو وارد کرده و آن را به فرم قالب فلزی سرد شده تبدیل می کند.گرم و سردکردن ها موجب تجمع مواد در یک سیلندر با فشار بالا شده و سپس مواد با شکلی خاص به بیرون فرستاده می شود.پرس کردن نیز با فشردن در قالب فولادین صورت می گیرد و یا مواد در یک قالب لاستیکی ، تحت فشار بالا و یکنواخت گاز یا آب قرار می گیرند.
روش دیگر پرس ،که پرس گرم نامیده می شود شامل فرم دهی وگرمایش با استفاده از قالب گرمایی است.پس از شکل دهی ، استخوان سرامیکی واردمرحله خشک کردن می شود و باید تحت چندین عملیات حرارتی قرار گیرد.ابتدا خشک کردن مواد برای از بین رفتن رطوبت ،با استفاده از کوره یا محفظه خشک کن انجام می گیرد و سپس یک کوره برای حرارت دادن موتد در دماهای بالا جهت حذف مواد آلی و متراکم کردن ماده به کار می رود.چرخه گرمایش به وضعیت ماده وابسته است و باید سرعت گرم کردن به طور مناسب طراحی شود تا مانع شکست نمونه شود.بعد از این مرحله ممکن است به یک یا دو مرحله پایانی نیاز باشد که با توجه به کاربرد نمونه مشخص می شود.برای رسیدن به ابعاد و ظاهر دلخواه از سنباده و پولیش نیز استفاده می شود.سنباده یا پولیش کردن مواد سخت تر معمولاً نیاز به ابزار الماس دارد.مته کاری نیز در کاربردهایی که نیاز به شکل دهی خاص منافذ باشد ، لازم است.اگر اتصال به دو یا چند جزء دیگر نیاز باشد،از روش لحیم کاری و یا چسب زدن نیز بسته به جنس نمونه استفاده می شود.در تمام پروسه ساخت ،کنترل کیفیت هر مرحله برای افزایش کارایی محصول مهم است.در صورتی که تمامی مراحل طراحی و ساخت با موفقیت گذرانده شود،ایمپلنت سرامیکی آماده است تا در بدن بیمار کاشته شود.بدین ترتیب بیومتریال سرامیکی جایگزین بافت آسیب دیده فرد می شود
.