انجمن علمي مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه آزاد اسلامي واحد كرج

نویسه جدید وبلاگ

سرامیک‌ها سازگارترین مواد جهت استفاده در بدن انسان هستند

بیوسرامیک‌ها به عنوان یک زیرمجموعه از مواد سرامیکی، به طور مستقیم به سلامتی انسانها مربوط هستند؛ لذا صرفنظر از منافع اقتصادی، به توجهی ویژه نیاز دارند. دکتر صولتی، رئیس پژوهشکده سرامیک پژوهشگاه مواد و انرژی، ضمن معرفی مواد سرامیکی و بیوسرامیکی، آنها را مناسب‌ترین مواد جهت کاربرد در محیط فیزیولوژیک بدن دانست و دلیل این امر را زیست‌سازگاری مطلوب این مواد در کنار خواص مکانیکی مناسب آنها ذکر کرد. متن زیر حاصل‌ گفتگوی شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران (ایتان) با وی در رابطه با این مواد است:

سوال: آقای دکتر ضمن تشکر از وقتی که در اختیار ما قرار دادید، لطفاً در ابتدا یک تعریف و تقسیم‌بندی کلی از سرامیک‌ها و حوزه‌های کاربرد این مواد داشته باشید. دکتر صولتی: سرامیک‌ها را می‌توان به صورت مواد غیرآلی و غیرفلزی تعریف نمود که این یک تعریف بسیار اجمالی است و برای بعضی مقاصد کافی نیست ولی جایگاه سرامیک‌ها را نسبت به سایر مواد مهندسی مشخص می‌سازد. با توجه به این تعریف، تعدادی از ترکیبات را از حوزه بسیار وسیع مواد خارج کرده و بدین ترتیب، حجم عمده‌ای از مواد جامد باقیمانده را سرامیک می‌نامند.

عموماً سرامیک‌های مهندسی را از نظر ترکیبی به دو دسته کلی تقسیم‌بندی می‌نمایند:

1) سرامیک‌‌های اکسیدی

2) سرامیک‌های غیراکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی به این علت که حجم عمده‌ای از مواد سرامیکی را تشکیل می‌دهند در یک گروه مستقل قرار گرفته‌اند و سرامیک‌های غیراکسیدی نیز می‌توانند خود شامل ترکیبات کاربیدی، نیتریدی، سیلیسیدی، بوریدی، فسفیدی و موارد دیگر باشند.

مواد سرامیکی چون دامنه بسیار وسیعی از ترکیبات را از لحاظ خواص و حوزه کاربرد شامل می‌شوند، لذا خواص و کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند. به عنوان مثال برای خواص الکتریکی، سرامیک‌هایی با خواص عایق کامل تا رسانای نستباً کامل و ابررسانا وجود دارند. به همین صورت برای خواص مغناطیسی می­توان خصوصیات مغناطیسی کامل تا پارامغناطیس را از این مواد انتظار داشت. محدوده خواص نوری مواد سرامیکی نیز از کدر بودن کامل تا شفافیت کامل را در برمی‌گیرد و همچنین در مورد سختی، سرامیک‌‌هایی به نرمی گرافیت تا سختی الماس وجود دارند. در موارد دیگر خواص و کاربردها نیز وضعیت مشابهی برای سرامیک‌ها وجود دارد.

سوال: به نظر شما بیوسرامیک‌ها به عنوان زیرمجموعه‌ای از حوزه بسیار وسیع مواد سرامیکی باید چه خصوصیات و ویژگی­هایی داشته باشند؟ دکتر صولتی: بیوسرامیک‌ها را می‌توان آن بخش از مواد سرامیکی دانست که کاربرد آنها در حوزه محیط‌های فیزیولوژیک مثل بدن انسان است.

محیط بدن نسبت به مواد بیگانه، محیطی بسیار سخت‌گیر می‌باشد به گونه‌ای که ورود یک ماده به محیط فیزیولوژیک یا محیط زنده با چالش‌های بزرگی روبرو است و بنابراین مسائل بسیار دشواری جهت طراحی و کاربرد بیومواد بر سر راه یک مهندس بیومواد وجود خواهد داشت.

وظایف دشوار زیر را می­توان از یک بیوسرامیک در حین کارکرد در محیط زنده انتظار داشت:

1) در محیط زنده بدن خود را حفظ نماید و از بین نرود.

2) به بافت‌های زنده اطراف خود آسیبی نرساند.

3) عملکرد خاصی را در محیط بدن از خود نشان دهد.

4) عملکرد ماده مورد نظر با سازوکارهای طبیعی بدن هماهنگ باشد.

اتفاقات بسیاری در حین استفاده از ماده خارجی در بدن ممکن است رخ دهد که بهترین آنها وقتی است که تنها خود ماده آسیب ببیند و بدترین اتفاق آن است که ماده به بافت اطراف خود آسیب برساند که اغلب مجموعه‌ای از این دو حالت اتفاق می‌افتد.

حالت ایده‌آل و مطلوب برای کاربرد بیومواد در بدن زمانی است که ماده کاملاً زیست­سازگار بوده و بدون اینکه خود از بین برود، ضمن عملکرد مطلوب، به بافت اطراف خود نیز آسیبی نرساند.

سوال: عموماً چه تقسیم­بندی­هایی برای بیوسرامیک‌ها به عنوان یک زیرمجموعه مهم از بیومواد مرسوم است؟ دکتر صولتی: بیوسرامیک‌ها را معمولاً از چند زاویه می‌توان دسته‌بندی نمود. یکی از مهمترین روش­های تقسیم‌بندی بیوسرامیک‌ها صرفنظر از ماهیت و جنس آنها، بر اساس واکنشی است که محیط فیزیولوژیک بدن با آنها انجام می‌دهد که این یک پارامتر بسیار مهم است. بر این اساس بیوسرامیک‌ها را به سه دسته تقسیم‌بندی می‌کنند:

1) بیوسرامیک‌های تقریباً خنثی: موادی هستند که با محیط بدن واکنشی نمی‌دهند و از لحاظ شیمیایی خنثی هستند. مثل اکسیدآلومینیوم، اکسیدزیرکونیوم و کربن که این سرامیک‌ها به دلیل خنثی بودن شیمیایی، زیست­سازگار می‌باشند.

2) بیوسرامیک‌های فعال: موادی هستند که با بدن واکنش می‌دهند که این واکنش‌ها مخرب نیست، بلکه مثبت بوده و سازگار با بدن می‌باشد. به عنوان مثال می‌توان به کلسیم­فسفات‌ها و در راس آنها به هیدروکسی آپاتیت اشاره نمود که مهمترین کلسیم­فسفات زیست­سازگار و شاید به نوعی مهمترین بیوسرامیک باشد.

3) بیوسرامیک‌های جذب­شونده: این دسته از مواد که بیشتر برای تعمیرات و پشتیبانی‌های موقت مورد استفاده قرار می‌گیرند به دلیل ترکیب شیمیایی خاص خود، می‌توانند در محیط‌های آبی مثل محیط بدن به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه شوند ضمن اینکه مواد حاصل از تجزیه آنها در بدن خنثی و بی­اثر هستند. به عنوان مثال می‌توان تری­کلسیم­فسفات را نام برد که این بیوسرامیک می‌تواند به عنوان یک داربست موقت برای زمان مشخصی در بدن مورد استفاده قرار گیرد

.
از دیدگاه نحوه تثبیت قطعات کاشتنی مورد استفاده در بدن نیز می‌توان بیوسرامیک‌ها‌ را به دو دسته تقسیم‌بندی نمود:

الف) بیوسرامیک‌ با تثبیت شکل­شناختی یا مورفولوژیکال: این دسته از بیوسرامیک‌ها با محیط اطراف خود واکنشی نمی‌دهند و تثبیت آنها در بدن بر اساس اصطکاک و در هم فرورفتگی خواهد بود.

ب) بیوسرامیک با تثبیت بیولوژیک: این گروه از بیوسرامیک‌ها با محیط اطراف خود واکنش می‌دهند و به بافت اطراف خود می‌چسبند که ممکن است پیوند شیمیایی صورت گیرد و یا تخلخل‌ها پر شود که به این صورت داخل بدن تثبیت می­شوند.

سوال: به عنوان آخرین سوال اگر بخواهیم مقایسه‌ای بین مواد مختلفی که به عنوان بیومتریال مورد استفاده قرار می‌گیرند انجام دهیم، بیوسرامیک‌ها چه جایگاهی دارند؟ دکتر صولتی: تجربه و بررسی‌های علمی و فنی نشان داده است که سرامیک­ها به طور ذاتی زیست­سازگارترین مواد موجود می‌باشند که دلیل این امر را باید در ماهیت ترکیبات سرامیکی نسبت به دو دسته دیگر مواد یعنی فلزات و پلیمرها جستجو کرد.

بیشتر پلیمرها صرفنظر از خواص مکانیکی ضعیف، با بدن سازگار نبوده و در محیط‌های فیزیولوژیک، پایداری شیمیایی مطلوبی ندارند.

فلزات علی‌رغم اینکه خواص مکانیکی مطلوبی دارند ولی در تماس با بافت‌های زنده بدن دچار خوردگی الکتروشیمیایی می‌شوند که این به دلیل ماهیت این دسته از مواد است که دارای الکترون آزاد می‌باشند. حتی فلزاتی که خنثی به نظر می‌رسند اثرات نامطلوبی در داخل بدن دارند و بدین ترتیب بیشتر فلزات از دیدگاه زیست­سازگاری گزینه­های مناسبی جهت استفاده در بدن نیستند.

در مورد سرامیک‌ها داستان به گونه‌ای دیگر است. بعضی از مزایای سرامیک‌ها از دید زیست­سازگاری نسبت به مواد دیگر عبارتند از:

1) عموماً سرامیک‌ها از عناصری تشکیل می‌شوند که آن عناصر به صورت طبیعی در محیط بدن وجود دارند که از آن جمله می‌توان به کلسیم و فسفر اشاره نمود.

2) پیوندهای تشکیل­دهنده ترکیبات سرامیکی نوعاً کوالانسی و یونی می‌باشند و به جز موارد بسیار اندکی مثل گرافیت، در این ترکیبات الکترون آزادی وجود ندارد و بنابراین اغلب این مواد ضعف خوردگی الکتروشیمیایی ندارند.

3) وقتی سرامیک‌ها در معرض تخریبات بیولوژیک از جانب بدن قرار می‌گیرند می‌توانند از لحاظ شیمیایی تا مدتهای زیادی دوام بیاورند که این زمان می‌تواند در حد مدت عمر یک انسان باشد.

4) اگر بدن بتواند بنا به دلایلی بیوسرامیک را تخریب کند، خطر محصولات ناشی از تخریب سرامیک‌ها به مراتب کمتر از خطر فلزات و پلیمرها در بدن است.

بنابراین از مجموع این دلایل می‌توان گفت سرامیک­ها سازگارترین و مناسب‌ترین مواد برای استفاده در بدن و محیط فیزیولوژیک می‌باشند.

نویسنده: حسین عبداللهی

برگرفته شده از : mhmetall.persianblog.ir         

• نوشته شده در ۲۸ خرداد ۱۳۸۸   |   
• نظرات - ۱   |   
• نظر بدهید

عنوان نظر
متن نظر
نام
ایمیل

---

نویسه جدید وبلاگ

بررسی و تحلیل روش اجزاء محدود و به کارگیری آن در شبیه سازی انتقال حرارت جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی

محسن اسمعیلی [1] –علی سالمی گلعذانی [2]

• نوشته شده در ۱۸ اردیبهشت ۱۳۸۸   |   
• نظرات - ۶   |   
• نظر بدهید

عنوان نظر
متن نظر
نام
ایمیل

---