سفارش تبلیغ
صبا

 

 

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)
سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

 

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون




 

مقدمه:

بیوسرامیک ها، سرامیک هایی هستند که برای ترمیم و بازسازی بخش های بدن انسان استفاده می شوند.کاربردهای بسیاری برای بیوسرامیک ها وجود دارد که معمولاً مهمترین آنها ساخت امپلنت هایی مانند پروتزهای مفصل ران (hip prostheses) است. (این نوع پروتز ها از جنس آلومیناست). آلومینا یک بیوسرامیک خنثی است زیرا واکنش بسیار کمی با محیط بدن می دهد. مواد بیواکتیو (bioactive Materials) دارای قابلیت پیوند مستقیم با بافت های بدن هستند.
مزیت های این مواد عبارتند از:
1)ایجادپایداری اولیه ی مناسب برای امپلنت
2)افزایش طول عمر مفید امپلنت
3)سرامیک های بیواکتیو نسبت به فلزات مرسوم درساخت امپلنت ها و سرامیک های با استحکام بالا (مانند آلومینا و زیرکونیا) ضعیف ترند. به عنوان یک نتیجه بایدگفت که سرامیک های بیواکتیو در اغلب موارد به صورت پوشش استفاده می شود. از این مواد به صورت پوشش بر روی بسته های با استحکام وتافنس بالا استفاده می شود. یکی از سرامیک های بیواکتیو مهم هیدروکسی آپاتیت (HA) است .استخوان طبیعی کامپوزیتی از ذرات HA است که بوسیله ی الیاف آلی کولاژن (Collagen) تقویت شده اند.
کامپوزیت های لپی اتیلن تقویت شده با هیدروکسی آپاتیت در جهت ساخت موادی با ویژگی های شبیه به استخوان توسعه یافتند.
یکی از مسائلی که در زمینه ی بیو مواد با آن روبرو هستیم آگاهی از نحوه ی بوجود آمدن ویژگی های مکانیکی برتر در استخوان هاست. اگر علاقه مندیادگیری نحوه ی بازسازی استخوان ها هستید، باید در مورد بیولوژی اطلاعات کسب کنید.

بیوسرامیک ها چه موادی هستند؟

تعریف کاملی از بیومواد بوسیله ی انستیتوی ملی سلامت آمریکا (NIH) ارائه شده است. طبق این تعریف: یک بیوماده هر ماده ای غیر از دارو ویا ترکیب ازمواد است که منشع طبیعی یا مصنوعی داشته ومی توان از آن درطی یک بازه ی زمانی به عنوان بخشی از سیستم بهبود دهنده، تقویت کننده ویا جایگزین هر بافت، عضو یا بخشی از بدن استفاده کرد.
این تعریف درسال 1986 ودر کنفرانس بیومواد که در اتحادیه اروپا برگزار شد ساده شد وبه صورت زیر در آمده: بیو ماده یک ماده ی غیر ماندنی (non-viable) است که در یک وسیله ی پزشکی استفاده می شود.
این ماده توانایی میانکش باسیستم بیولوژیک را داراست.
یک بیوسرامیک، سرامیکی است که به عنوان یک بیوماده استفاده می شود. بیوسرامیک ها زمینه ای نسبتاً جدید در بیومواد هستند . این زمینه از بیومواد تا قبل از دهه ی 1970 وجود نداشته است. به هر حال، بسیاری از بیو سرامیک ها امروزه، موادی جدید به شمار می آیند. یکی از مهمترین آنها، آلومینا (Alumona) است. بیوسرامیک ها به طور نمونه بر اساس واکنش پذیری شیمیایی دربدن به زیرگروه هایی تقسیم می شوند. این زیر گروه ها درجدول 1 به صورت لیست آورده شده اند.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

واکنش پذیری نسبی این گروه ها در شکل 1 مقایسه شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

اگر ماده ی تقریباً خنثی که به عنوان بخشی از امپلنت دربدن استفاده می شود. موجب پدید آمدن واکنش های حفاظتی بدن بشوند، امپلنت را با یک پوشش به ضخامت تقریبی یک میکرون کپسوله می کنند. البته باید گفت که این واکنش حفاظتی ممکن است درهنگام استفاده از امپلنت های فلزی وپلیمری نیز اتفاق افتد.هنگامی که از سرامیک های بیواکتیو به عنوان پوشش استفاده می شود، یک حالت پیوند میان بافت وامپلنت پدیدمی آید ویک لایه بوسیله ی فرآیند ترمیم طبیعی بافت بوجود می آید. که این لایه به عنوان یک میانجی میان بافت وامپلنت عمل می کند. سرامیک های بیواکتیو مانند HA را می توان به حالت بالک یا به صورت پوشش در امپلنت ها استفاده کرد. بیوسرامیک های با قابلیت جذب مجدد (Resorbable bioceramics) مانند تری کلسیم فسفات (Tcp) در بدن حل می شوند .این نوع از بیوسرامیک ها بوسیله ی بافت های بوجود آمده در اطراف امپلنت جایگزین می شوند. یکی از ملزومات این نوع بیوسرامیک های با قابلیت جذب مجدد این است که این مواد نباید سمی باشند. شبیه به هیدروکسی آپاتیت، استفاده از Tcp به صورت پوشش از حالت بالک مرسوم تر است.البته Tcp به صورت پودر نیز برای پرکردن فضاهای موجود در استخوان ها استفاده می شود.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

شکل 2 تعدادی از استفاده های بالینی از بیوسرامیک ها را نشان می دهد. این استفاده ها در بخش های مختلف بدن مانند سر وانگشتان و برای ترمیم استخوان ها، مفصل ها ودندان ها هستند. این گونه از ترمیم ها درمواردی که بافت در اثر بیماری ویا صدمه ویا بر اثر سایش از بین رفته است، ضروری می شوند. کاربردهای بسیار دیگری از بیوسرامیک ها وجود دارد مثلاً پوشش های کربنی پیرولیتیک مورد استفاده در دریچه های قلب و شیشه های رادیو اکتیوویژه که در درمان تومورهای خاص از آنها استفاده می شود. درپایان این مقاله توضیح مختصری در مورد این کاربردها می دهیم. در ادامه همچنین به بیان مزیت هاومعایب سرامیک ها درکاربردهای بیو موادی می پردازیم. واین مزیا ومعایب را با فلزات و پلیمرهای مورد استفاده دربیو مواد مقایسه می کنیم وبه این نکته توجه کنید که اگر چه بیومواد موادی هستند که از خود ویژگی های مناسب برای استفاده شدن دربدن نشان می دهندولی این مواد ممکن است از جنبه های دیگر باعث ایجاد مشکلات سلامتی شوند.

مزایا و معایب سرامیک ها

در انتخاب مواد برای یک کاربرد خاص ما تنها یک انتخاب می توانیم انجام دهیم.انتخاب ماده یکی از بخش های اساسی در فرآیند تولید است.وبه طور خاص درشرایطی که هدف ما تولید یک امپلنت یا وسیله ی پزشکی است، این مسأله مهم تر می شود.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

سه گروه اصلی ماده که ما از آنها می توانیم به عنوان یک بخش بارکش استفاده کنیم. عبارتند از : فلزات، پلیمرها وسرامیک ها . جدول 2 لیستی مقایسه ای از خواص فیزیکی مهم سه گروه اصلی بیومواد آورده شده است. جدول 3 رفتار این مواد را در شرایط استفاده بالقوه درامپلنت ها بررسی کرده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

مزیت اصلی سرامیک ها درمقایسه با سایر گروه های بیومواد خاصیت زیست سازگار پذیری آنهاست . برخی از سرامیک ها وقتی درمحیط بدن قرار گیرند، خاصیت خنثی داشته درحالی که برخی دیگر واکنشی کنترل شده با بدن دارند. معایب عمده ی اکثر بیوسرامیک های عبارتند از:
تافنس پایین (که این تافنس پایین بر روی قابلیت اطمینان امپلنت تأثیر می گذارد)

مدول یانگ بالا

یکی از راه های اصلی برای افزایش تافنس سرامیک ها تولید یک ماده ی کامپوزیت است. که دراین کامپوزیت، سرامیک می تواند به عنوان فاز تقویت کننده زمینه ویا هر دو قسمت باشد. یک مثال از این گونه کامپوزیت ها پلی اتیلن تقویت شده با ذرات HA است. این نوع کامپوزیت یک کامپوزیت زمینه پلیمری (PMC) است. تافنس کامپوزیت حاصله از تافنس HA بیشتر است وهمانگونه که در ادامه گفته می شود، تافنس حاصله از این کامپوزیت همخوانی بیشتری با استخوان دارد. (مدول یانگ آن به استخوان نزدیک تر است). بیوسرامیک ها همچنین به عنوان پوشش بر روی زیر لایه های فلزی استفاده می شوند. یک مثال از این نوع مواد، پوشش های بیواکتیو شیشه ای است که بر روی فولاد زنگ نزن استفاده می شود. این نوع کامپوزیت دارای تافنس واستحکام فولاد و خواص سطحی شیشه است.

امپلنت های سرامیکی و ساختار استخوان

ویژگی های لازم برای یک امپلنت سرامیک براساس وظیفه ای که امپلنت در بدن ایفا می کند، ایجاد می شود. برای مثال می توان گفت که عملکرد یک پروتز مفصل ران (THP) با امپلنت گوش میانی متفاوت است.به هر حال برای سرامیکهای مورد استفاده در امپلنت ها دو معیار اصلی وجود دارد.
سرامیک باید با محیط فیزیولوژی بدن زیست سازگاری داشته باشد.
خواص مکانیکی سرامیک باید با بافت محیطی خود همخوانی داشته باشد.
بیشتر امپلنت های بیوسرامیکی با استخوان در تماس هستند.استخوان یک ماده ی زنده است که از سلول تشکیل شده است. ودر داخل آن جریان خون برقرار است. استخوان یک ماده ی کامپوزیت است که از کالوژن (یک ماده ی انعطاف پذیر وبا تافنس بالا ) وکریستال های آپاتیت کلسیم وفسفات (البته به مجموع آپاتیت کلسیم وفسفات، کلسیم هیدروکسی آپلیت می گویند) . دراین ها به اختصار این ماده را HAمی نامیم این HA است که موجب سخت بودن استخوان می شود.
کریستال های سوزنی آپاتیت طولی برابر 40-20 نانومتر وعرضی برابر 3-1.3 نانومتر دارند. این کریستال ها در داخل زمینه ای از فیبرهای کالوژنی قرار دارند . دونوع مختلف از استخوان ها که در موضوع بیوسرامیک ها بیشتر با آنها سروکار داریم عبارتند از :
استخوان اسفنجی (Can Cellaus)
استخوان متراکم (Cortical)
استخوان های اسفنجی دانسیته ی کمتری نسبت به نوع متراکم دارند. هر استخوان بدن ما دارای یک لایه ی متراکم بیرونی از جنس استخوان فشرده است که استخوان اسفنجی را در برگرفته است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

شکل 3 نمایشی از برش طولی یک استخوان بلند است. فضای بازبین بخش متراکم استخوان از مغز استخوان زرد یا قرمز پر شده است.که این بخش، قسمت زنده ی استخوان است. استخوان اسفنجی به دلیل دانسیته ی کمتر، مدول یانگ کمتری نسبت به استخوان متراکم دارد.(شکل 4) هر دونوع استخوان اشاره شده در بالا دارای مدول یانگی بزرگ تر از بافت های اطراف خود مانند تاندون ها و رباط ها هستند.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (1)

تفاوت مدول یانگ میان انواع مختلف بافت های متصل به هم باعث می شود که گرادیان مناسبی از تنش ها به استخوان و بافت وارد شود. خواص مکانیکی یک امپلنت بسیار مهم می باشد. شکل 4 مدول یانگ مواد مورد استفاده در امپلنت های مختلف را مقایسه کرده است. مدول یانگ (E) استخوان متراکم 10- 50 مرتبه کمتر از ?AI?_2 O_3 است. همچنین مدول یانگ استخوان اسفنجی چند مرتبه کمتر از ?AI?_2 O_3 است.
اگر امپلنت دارای مدول یانگ بالاتری نسبت به استخوان باشد، موجب پدید آمدن مشکلی می شود که به آن استرس شیلدینگ (Stress Shielding) می گویند. پدیده ی استرس شیلدینگ باعث سست شدن بخش هایی از استخوان می شود که کمترین بار بر روی آن ها اعمال می شود ویا بار به صورت فشاری بر آن اعمال می شود. (به استخوان باید به صورت کششی نیرو اعمال شود تا سالم بماند) استخوانی که بر روی آن بار اعمال نمی شود یا به صورت فشاری بار بر روی آن اعمال می شود، متحمل تغییرات بیولوژیکی می شود. که این تغییرات باعث جذب استخوان توسط محیط می شود.
از بین بردن استرس شیلدینگ بوسیله ی کاهش مدول یانگ یکی از اولین راه کارها در توسعه ی کامپوزیت های بیوسرامیکی بوده است.
منبع انگلیسی مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton
ادامه دارد...

 






تاریخ : شنبه 91/6/4 | 4:2 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

 

 

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)
سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

 

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون




 

آلومینا و زیر کونیا

آلومینا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)و زیر کونیا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) دو بیوسرامیک نسبتاًً خنثی هستند .این دو ماده در هنگام استفاده شدن در بدن برای اهداف طولانی مدت به صورت اندک دچار تغیرات شیمیایی در مایعات بدن می شوند. آلومینایی با دانستیه وخلوص بالا >99.5y)) در ساخت برخی از امپلنت های مخصوصاً پروتزهای مفصل ران استفاده می شود. درسال 2006 ، بیش از سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) اپروتز مفصل ران (hip Protheses) استفاده شده است که در آن از یک گلوله ی آلومینایی به عنوان بخش بالایی (گوی ران ) استفاده شده است. شکل 1 بخش بالایی یک پروتز مفصل ران را با گلوله ی آلومینایی نشان می دهد اداره ی دارو و غذای آمریکا (FDA) درسال 1982 ، اجازه ی استفاده از آلومینا دراین کاربر را صادر کرده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

اگر چه امپلنت های دندانی ساخته شده از آلومینا از تک کریستال ها ساخته می شوند اما بیشتر امپلنت های آلومینایی از پلی کریستال های با دانه های بسیار ریز ساخته می شوند. این نوع امپلنت ها معمولاً بوسیله ی فرآیند پرس پس از زینترینگ در دماهای بالاسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) تولید می شوند. مقدار کمی MgO ( کمتر از O.5 درصد) به آلومینا افزوده می شود تا از رشد دانه ها جلوگیری کرده واجازه دهد تا دانسیته ی بالا بوسیله ی زینترینگ بدون اعمال فشار پدید آید. جدول 1 لیستی از خواص فیزیکی بیوسرامیک های آلومینا یی آورده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

سازمان استاندارد جهانی (ISO) در مورد آلومینا استانداردهایی ارائه کرده است. ISO6474 استاندارد آلومینای مورد استفاده درساخت امپلنت ها ست .این استاندارد در سال 1994 ارائه شده است. (ISO: سازمان بین المللی استاندارد) البته باید گفت که علاوه بر ISO ، سایر سازمان های استاندارد نیز برای آلومینای مورد استفاده در کاربردهای پزشکی استاندارد خاص خود را دارند. مهمترین ویژگی یک امپلنت این است که طول عمر بیمار را افزایش دهد. به دلیل طبیعت ترد سرامیک ها ،پیش بینی دقیق طول عمر یک امپلنت امکان پذیر نیست. ولی این مسئله واضح است که افزایش نیرو و زمان بارگذاری باعث افزایش احتمال شکست سرامیک می شود. نتایج حاصله از آزمایشات خستگی و . ...نشان می دهد که باید امپلنت های آلومینایی با بالاترین استاندارد موجود ساخته شوند، مخصوصاً اگر امپلنت به عنوان یک امپلنت ارتوپدیک در بیماری جوان استفاده شود.
اگر چه سرامیک های آلومینایی دارای زیست سازگار پذیری مناسبی بوده و مقاومت به سایش خوبی دارند. ولی آنها دارای استحکام خنثی پایینی بوده وتافنس پایینی دارند. این مسئله باعث می شود تا ابعاد امپلنت های آلومینایی دارای محدودیت باشند وقطر اکثر آنها بیش از 32 میلی متر باشد. سرامیک های زیرکونیای دارای تافنس شکست واستحکام خنثی بالاتر ومدول یانگ پایین تری نسبت به سرامیک های آلومینایی هستند. به هر حال درمورد زیر کونیا نیز مسائلی وجود دارد.
استحکام خنثی و تافنس سرامیک های زیر کونیایی درمواجهه با مایعات بدن به میزان اندکی کاسته می شود. این مسئله به دلیل استحاله ی مارتنزیت فاز تتراگونال به مونو کلینیک اتفاق می افتد. یک چنین استحاله ای در محیط های آبکی مشاهده شده است . مقاومت سایشی زیر کونیا از آلومینا کمتر است . درترکیبات سرامیک، سرامیک ، سرعت سایش زیرکونیا می تواند به میزان زیادی از آلومینا بیشتر باشد. البته هنگامی که زیر کونیا با پلی اتیلن با وزن ملکولی بسیار بالا ( VHMWPE) ترکیب شود، سایش مفرط پلیمر اتفاق می افتد.
زیر کویناممکن است دارای درصد پایینی عناصر رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی مانند Th و U باشد، که جداسازی این عناصر مشکل وهزینه بر است.دراین زمینه بزرگترین مشکل این است که این عناصر پرتو ∝ (اتم هیلیوم دوبار مثبت) از خود ساتع می کنند که این پرتوها می تواند بافت های نرم و سخت اطراف خود را تخریب کند.اگر چه این فعل وانفعالات بسیار کم هستند ولی این سؤال وجود داردکه اثرات دراز مدت پرتوهای ساتع شده از سرامیک های زیر کونیایی به بدن چیست؟

شیشه های بیواکتیو

مواد بیواکتیو بین امپلنت وبافت های اطرافش پیوند ایجاد می کنند.
Hench Andersson ( 1993) تعریفی از این مواد به صورت زیر اراته کردند:
یک ماده ی بیواکتیو ماده ای است که با بوجود آوردن یک پاسخ بیولوژیک در سطح خود موجب تشکیل پیوند بین خود و بافت ها می شود.
اولین مطالعات انجام شده در زمینه ی شیشه های بیواکتیو در دانشگاه فلوریدا انجام شد.این تحقیقات سبب تولید تجاری بیوگلاس 45S5 ( bioglass 45s5) شد. بیوگلاس 45S5 یک شیشه ی اکسیدی با ترکیب چند گانه است. که ترکیب مواد تشکیل دهنده ی آن عبارتست از 45% وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.5% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.4 % وزنی CaO و 6% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) .
عناصر اصلی تشکیل دهنده ی شیشه های بیواکتیو امروزی نیز از همین 6 ماده است. (شیشه های بیواکتیو امروزی همگی از جنس شیشه های سیلیکاتی هستند.) به هر حال ساختار بیوگلاس 45S5 از شیشه های سیلیکاتی متفاوت است.شیشه های بیواکتیو دارای ساختار دو بعدی صفحه ای هستند که دارای دانسیته ی پایینی هستند.این ساختار باعث می شود درصد نسبی سیلیس در آنها کم باشد.بیوگلاس ها از لحاظ مکانیکی ضعیف هستند و دارای تافنس شکست پایینی هستند. این دو خاصیت به دلیل ساختار شیشه ای بوجود می آید.
شیشه های بیواکتیو را می توان بسهولت بوسیله ی فرایند های تولید سایر شیشه های سیلیکاتی تهیه کرد.دراین روشها اکسید های اصلی ویا ترکیباتی که پس از تجزیه تولید اکسید می کنند، با نسبت های معین مخلوط می شوند. در دمای بالا ذوب می شود. تا ذوبی هموژن پدید آورند.پس از سردکردن مذاب، شیشه بوجود می آید.به دلیل آنکه از شیشه های بیواکتیو در داخل بدن استفاده می شود. این مسئله ضروری است که مواد اولیه ی مورد استفاده خلوص بالایی داشته باشند وعملیات ذوب در بوته ی پلاتینی (یا آلیاژی از پلاتین) انجام می شود تا میزان ناخالصی ها حداقل میزان ممکنه باشند.
شیشه های بیواکتیو دارای خواص ویژه ای هستند که این خواص آنها را جهت استفاده شدن در بدن مناسب می کند.
مزایا:
واکنس سطحی این مواد نسبتاًً بالاست. که این مسئله منجر به پیوند سریع بافت به ماده می شود. این فرآیند دارای 5 مرحله است.سرعت واکنش ومکانیزم های هر کدام از بخش های این فرآیند بوسیله ی اسپکتروسکوپی FTIR محاسبه شده است. پیوند خوردن بافت به ماده ی بیواکتیو نیازمند رخ دادن واکنش های دیگری است که درحال حاضر مورد بررسی قرار نگرفته اند . امامی توان گفت که فرآیند پیوندخوردن هنگامی شروع می شود که بخش زنده بر روی لایه ی سیلیس ، هیدروکسی کربوآپاتیت جذب شود. علاوه بر این مدول یانگ این مواد در گسترده ی 30- 35MPa است که به مدول یانگ استخوان متراکم نزدیک است.
معایب.
این مواد از لحاط مکانیکی ضعیف اند. استحکام پیوند درحالت کششی به طور نمونه بین 40-60MPa است.علاوه بر این مسئله تافنس شکست این مواد پایین است.
به عنوان نتیجه ای از بحث بالا باید گفت شیشه های بیواکتیو در کاربردهای بار کش (bearing load) استفاده نمی شوند.به جای آن از آنها به عنوان پوشش در فلزات و وسایلی که میزان بار اعمالی بر آنها کم است یا حالت اعمال نیرو فشاری است، استفاده می شود. شیشه های بیواکتیو به دو شکل پودری وکامپوزیتی استفاده می شود. اولین استفاده ی موفق از بیوگلاس 45S5 ، استفاده از آن در استخوان کوچک گوش میانی است. حالت این استخوان در شکل 2 نشان داده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

شیشه های بیواکتیو مخروطی شکل درجراحی های دهانی استفاده می شود. دراین کاربرد شیشه ی بیواکتیو عیوب بوجود آمده درفک ( به دلیل خارج شدن دندان ها ) را پر می کند. امپلنت های تولیدی از شیشه ی بیواکتیو همچنین برای ترمیم استخوان نگهدارنده ی چشم استفاده می شود.
شیشه های بیواکتیو در حالت پودری برای درمان بیماری های دندانی وناتوانی تحرک تارهای صوتی استفاده می شود. همچنین از این مواد در بازسازی استخوان فک نیز استفاده می شود.
منبع انگلیسی مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton
ادامه دارد...





تاریخ : شنبه 91/6/4 | 4:2 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

 

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (3)
سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (3)

 

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون




 

شیشه – سرامیک های بیواکتیو

ما می دانیم که شیشه – سرامیک ها بوسیله ی کریستالیزاسیون شیشه ها تولید می شوند.این کار بوسیله ی کریستالیزاسیون بوسیله ی عملیات حرارتی انجام می شود. برخی از شیشه – سرامیک ها ، ترکیباتی بیواکتیوهستند.رفتار این مواد در بدن بسیار شبیه به رفتار شیشه های بیواکتیو است.گفته می شود که این مواد پیوندی قوی با بافت ایجاد می کنند.

سرابون A-W (Cerabone A-W)

این نوع شیشه – سرامیک از کریستالیزاسیون شیشه ای با ترکیب زیر تولید می شود.
4.6% وزنی MgO، 44.7 % وزنی CaO ، 34%.O وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) ، %6.2 وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) و %O.5 وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) فازهای کریستالی این شیشه – سرامیک اکسی فلئورو آپاتیت به نام فاز A وتباولاستونیت به نام فاز W است. این فاز ها به ترتیب در دمای 870C° و 900C° رسوب می کنند .ترکیب فاز شیشه ای باقیمانده عبارتست از : %16.5 وزنی MgO ، 24.2 % وزنی CaO و 59.2% وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) ویژگی های شیشه – سرامیک A-W در جدول 2 بخش اول مقاله نشان داده شده است.کابردهای این نوع شیشه – سرامیک عبارتست از پروتزهای ستون فقرات ، اسپسی سرهای ستون فقرات ( Vertebral Spacers) و پروتزهای تاج لگن خاصره (iliac crest Prostheses)

کراویتال (ceravital)

این نام به تعدادی از ترکیبات مختلف شیشه و شیشه – سرامیک اشاره دارد که در دهه ی 1970 در آلمان تولید شدند. این نوع از شیشه سرامیک ها برای استفاده های پزشکی توسعه یافتند. تنها جایی که از این نوع شیشه – سرامیک ها به صورت بالینی استفاده می شود در جایگزینی استخوانهای کوچک درگوش میانی است. دراین کاربردها خواص مکانیکی ماده به حدی است که پروتز تنها می تواند حداقل نیروهای اعمالی را تحمل کند.

بیووریت I(I bioverit)

این شیشه – سرامیک از دو فاز کریستالی دریک زمینه ی شیشه ای تشکیل شده است . جزء کریستالین حیاتی که باعث می شود این شیشه – سرامیک قابلیت ماشین کاری داشته باشد، میکاست. برای ایجاد خاصیت بیواکتیوی ، فاز دیگر پدید آمده دراین شیشه – سرامیک آپاتیت است. نوع ومیزان هر فاز به ترکیب شیشه ی اضافی بستگی دارد.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3)

جدول 1 ترکیب نمونه وار یک شیشه – سرامیک بیووریتی I را نشان می دهد. ترکیب 1 از میکای فلئوروفلوگوپیتی و آپاتیت تولید شده است.ترکیب 2 نیز از میکای تتراسیلیسیک و آپاتیت تولید شده است. چندین کاربرد بالینی برای شیشه – سرامیک های با قابلیت ماشین کاری وبیواکتیو وجود دارد این کاربردها عبارتند از اسپی سرهای مورد استفاده در جراحی های ارتوپدیک و امپلنت های گوش میانی

هیدروکسی آپاتیت

خانواده ی مینرالی آپاتیت دارای فرمول عمومی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) است .در هیدورکسی آپاتیت (HA) یا کلسیم هیدروکسی آپاتیت A=Ca ، B=P و X=OH بخش مینرالی دندان واستخوانها از آپاتیت کلسیم و فسفر است که کریستالهایی شبیه به HA دارد.تقریباً 70% وزنی و 50 درصد حجمی استخوان طبیعی از هیدروکسی آپاتیت ساخته شده است.
هیدروکسی آپاتیت دارای کریستال های هگزا گونال است که ثوابت شبکه ای آن عبارتند از : a=o.9432nm و C=O.6881nm
یون های هیدروکسی درموقعیت های گوشه های صفحه ی اصلی ودر فاصله های مساوی در طول ستون هگزاگونال (موازی محور C ) قرار دارند. شش عدد از 10 یون کلسیم دوباره مثبت درسلول واحد با گروه های هیدروکسیل پیوند داده اند. یک گروه از این یون هایسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) تشکیل یک مثلث می دهند. که در دوره یک گروه OH قرار دارند. یکی از این مثلث ها در Z=0.25 ودیگری در Z=0.75 قرار دارند. شش تتراهدرالسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) به صورت آرایش پیچی شکل از Z=0.25 تا Z=0.75 قرار دارند. شبکه ی گروه هایسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) تشکیل یک شبکه ی اسکلت مانند می دهد که باعث پایداری ساختار آپاتیت می شود.
ممکن است در ساختار HA جانشینی هایی بوجود آید یون های جانشین به جای گروه هایسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) موجب تغییر در پارامترهای شبکه وبرخی ازخواص کریستال مانند پایداری آن می شود. اگر گروهسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) در HA باسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) جایگزین شود، آینون ها به یون هایسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) اطراف خود نزدیک می شوند. این مسئله سبب افزایش پایداری شبکه می شود. وبه این دلیل است که گفته می شود یون فلئور باعث کاهش فساد دندان ها می شود. یون فلئور باعث کاهش فساد دندان ها می شود. این یافته ها از مطالعات بر روی فلئور وتأثیراتش بر روی HA نتیجه شده است. معمولاً آپاتیت های زیستی که فازهای مینرالی استخوان ، مینای دندان وعاج دندان را تشکیل داده است. را هیدروکسی آپاتیت (HA) می گویند. در واقع این اجزای بدن با HA خالص از لحاظ استوکیومتری ، ترکیب شیمیایی وکریستالیزاسیون تفاوت دارند. همچنین خواص فیزیکی ومکانیکی این اجزا نیز نسبت به HA خالص متفاوت است. (همانگونه که درجدول 2 نشان داده شده است) .

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3)

آپاتیت های زیستی معمولاً دارای کمبود یونسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) بوده ودر آنها همواره گروه کربناتسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) جایگزینسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3) شده است. به همین دلیل برخی اوقات به آپاتیت های زیستی، کربنات آپاتیت می گویند. (نه هیدروکسی آپاتیت) برای کاربردهای بیومدیکالی HA به یک یا دو حالت وجود دارد.
1)فرم متراکم
2)فرم متخلخل
ما در ادامه به نحوه ی تولید این فرم ها وبرخی از کاربردهایشان اشاره می کنیم.
از بیشتر روش های مورد استفاده در ساخت سرامیک ها می توان برای ساخت آپاتیت متراکم (dense HA) استفاده کرد.ساده ترین روش تولید پرس خشک پودر HA است. در این روش فشار پرس 60-80MPa است. پودر مورد استفاده ممکن است . همچنین با مقدار کمی از یک بایندر مخلوط شود. بایندرهای مناسب برای این فرآیند یک درصد وزنی نشاسته ی غلات و آب ، اسید استریک (Steric acid) در الکل یا هیدروکربن های با وزن ملکولی پایین است. پس از پرس کردن ، سرامیک خام در اتمسفر هوا زینتر می شود. دمای زینترینگ بیش از 1300c° است. نمونه ها معمولاً چند ساعت در دمای ماکزیمم قرار داده می شوند تاعمل زینترینگ مناسب انجام شود.
با استفاده از تکنیک پرس ایزواستتیک ما می توانیم دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر بدست آوریم. (در دمای 900c° به جای 1300C° ). استفاده از دمای پایین تر درعمل زینترینگ نه تنها هزینه ی تولید را کاهش می دهد بلکه از بوجود آمدن سایر فازهای فسفات کلسیم نیز جلوگیری می کنند.
فرآیند پرس ایزواستاتیک گرم همچنین برای شکل دهی سرامیک های HA استفاده می شود. استفاده از این فرآیند موجب تشکیل بدنه های بادانسیته ی یکنواخت تری نسبت به بدنه های تولیدی با پرس تک محوری می شود. وبدنه هایی با استحکام مکانیکی بالاتر بوجود می آورد. معایب پرس گرم وپرس ایزواستاتیک گرم قیمت بالای ادوات آن هاست.
کاربردهای فراوانی برای هیدروکسی آپاتیت متراکم وجود دارد. این نوع آپاتیت به دوفرم بالک وذره ای کاربرد دارد. جدول 3 لیستی از کاربردهای آن آورده شده است. یکی از کاربردهای مهم این مواد در جایگزینی ریشه های دندان است. این امپلنت ها که کمک می کنند تا حفرات آلواره از بین نرود وحالت صورت تغییر نکند.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3)

ویژگی خاص هیدروکسی آپاتیت متخلخل (poraus HA) این است که این ماده اجازه می دهد که بافت در داخل تخلخل هایش رشد کند. این ماده سبب ثابت شدن زیستی (فیکس شدن زیستی) امپلنت می شود.اندازه ی حداقل تخلخل های لازم برای این کار 100 میکرون است.هنگامی که HA متخلخل به عنوان بستر رشد بافت استفاده می شود. این ماده باید از شبکه ی استخوانی تقلید کند. ریز ساختار ایده آل برای بازسازی استخوان متراکم (غشائی) یک ساختار با تخلخل های به هم پیوسته (به میزان 65% ) است، که اندازه ی تخلخل ها بین 190تا 230 میکرون باشند. جایگزین ایده آل برای استخوان اسفنجی می تواند شامل شبکه ی نازکی از تخلخل های به هم پیوسته ی بزرگ (500-600Mm) باشد.
چندین روش برای تولید سرامیک های HA متخلخل وجود دارد. که بیشتر آنها روش هایی ابداعی هستند. در ادامه به برخی از این روش ها اشاره می کنیم:

زینترینگ پودر HA

دراین فرآیند پودر HA ویا یک مخلوط مناسب زینترینگ می شود. ذرات نفتالن مورد استفاده درمخلوط در طی فرآیند حرارت دهی تبخیر می شود. وتشکیل شبکه ای از تخلخل ها را در توده ی ماده می دهد. از روش های مشابهی در تهیه ی مواد متخلخل مختلف مانند فرم های شیشه ای استفاده می شود.

تهیه ی یک ماده ی سیمانی

دراین روش مخلوطی از یک سیمان HA با گرانول های ساکاروز تهیه می شود. (این نوع سیمان ها بوسیله ی آب سخت می شوند) . دراین روش تخلخل ها پس از حل شدن ساکاروز در طی فرآیند گیرش سیمان بوجود می آیند. واکنش یک سیمان HA( درمحیط آبکی) که دراین روش استفاده می شوند در زیر آورده شده است:

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3)

استفاده از یک الگوی طبیعی

روش استفاده از الگوی طبیعی (natural-template method) در سال 1974 بوجود آمده این روش می تواند در HA متخلخل تولید کند . یک الگوی مناسب برای این کار اسکلت مرجان دریایی است که از کلسیم کربنات تشکیل شده است. (یک چنین مرجان هایی در اقیانوس آرام جنوبی یافت می شوند.)
در واکنش تولید HA واکنشی تبادلی میان گروه های کربنات و فسفات انجام می شود. واکنش می تواند به صورت زیر انجام شود:

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (3)

ساختار HA تولید شده بوسله ی واکنش های تبادلی دارای تخلخل های به هم متصل است.هیدروکسی آپاتیت رشد یافته از اسکلت مرجان های پوریتس (PORITES) و گونیوپورا (Goniopora) به ترتیب می توانند ساختار نمدی استخوان های متراکم و اسفنجی را ایجاد می کنند.
منبع انگلیسی مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton
ادامه دارد...

 






تاریخ : شنبه 91/6/4 | 4:1 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (4)

 

سرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4)
سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (4)

 

نویسنده:حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون




 

بیوسرامیک ها درکامپوزیت ها

دلیل اصلی بوجود آمدن کامپوزیت ها، بهبود خواص مکانیکی (دراغلب موارد تافنس) است.خواص کامپوزیت ها معمولاًاز خواص سرامیک های تنها بهترند.درمورد بیوسرامیک ها تلاش می کنیم. تا kicرا افزایش ومدول الاستیک را کاهش دهیم.
اولین کامپوزیت بیوسرامیکی کامپوزیت شیشه ی بیواکتیو / الیاف و فولاد زنگ نزن (compositos Stainless Steel / bioactive glass) است. این نوع کامپوزیت از بیوگلاس 45S5( bioglass 45s5) وفولاد ضد زنگ با شماره ی AISI316L تولید شد. نحوه ی تولید این کامپوزیت در ابتدا بدین نحو بود که یک پیش ساخت از الیاف فلزی غیر مداوم تهیه می شود وسپس این ساختار در داخل شیشه ی مذاب غوطه ور می شد. پس از آن عملیات حرارتی مناسب سبب بهبود خواص مکانیکی آن می شود.
برای انتقال مؤثر تنش ها درمیان زمینه ی شیشه ای والیاف تقویت کننده ی کامپوزیت ، باید پیوندی قوی میان شیشه و فلز وجود داشته باشد.برای تحقق این امر ترشوندگی الیاف فلزی با شیشه را باید تقویت کرد. دراین فرآیند پیش از وارد کردن الیاف به شیشه ی مذاب، سطح فیبر فلزی اکسید می شود تاترشوندگی آن افزایش یابد. آنالیزهای شیمیایی انجام شده بر روی محل اتصال الیاف فلزی وماتریکس شیشه دراین کامپوزیت نشان داد که اتم های سیلیس از داخل شیشه به داخل اکسید نفوذ کرده اند و همچنین اتم های آهن از اکسید به داخل شیشه نفوذ کرده اند.گرادیان شیمیایی بوجود آمده درسطح مقطع محل اتصال باعث پدید آمدن میانکنش های شیمیایی گشته است. که این میانکنش ها موجب بهبود چسبندگی شده است. با فرض آنکه الیاف در جهت اعمال بار مرتب شده اند وهمچنین چسبندگی خوبی میان زمینه واجزاء وجود داشته باشد می توانیم بگوییم که کرنش الاستیک هر دو فاز برابر است واز این رومی توان گفت سرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4)
که دراین فرمول زیر بندهای F,C و M به ترتیب به کامپوزیت، الیاف و زمینه نسبت داده می شود. همچنین V نسبت حجمی هر فاز است. اگر دریک نمونه از این کامپوزیت 45% حجمی الیاف فولادی وجود داشته باشد. و سرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4) وسرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4) می توان σc را محاسبه کرد. این مقدار برابر 262MPa است که این عدد استحکام بسیار بالاتری نسبت به شیشه ی تنها دارد.
یکی از مشکلات بالقوه ی موجود در تولید کامپوزیت ها عدم تطابق ضریب انبساط حرارتیسرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4) بین فازهاست. این تفاوت بین شیشه وفولاد بسیار زیاد است. برای بسیاری از الیاف دیگر مانند Ti ، این تفاوت بیشتر نیز هست. از این رو لازم است تاسرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4) شیشه را بوسیله ی تغییر ترکیب شیسشه بهبود دهیم.
سایر بیوسرامیک های امروزی که مورد توجه هستند عبارتند از:
1)شیشه ی بیواکتیو تقویت شده با Ti
2)شیشه ی A-W تقویت شده باسرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4) 3)پلی اتیلن تقویت شده با TCP
4)پلی اتیلن تقویت شده با HA
پلی اتیلن تقویت شده با هیدروکسی آپاتیت (HA) یک مثال خوب از کامپوزیت هایی است که می تواند خواصی از خودنشان دهد که یک ماده ی تنها آنها را ندارد. این کامپوزیت ها برای جایگزینی استخوانی بوجود آمده اند و دارای خواصی همچون بیواکتیو بودن وداکتیل بودن هستند. همچنین همخوانی مناسبی با مدول الاستیک استخوان دارند.

سرامیک ها  در بیولوژی و پزشکی (4)

شکل 1 نشان می دهد که چگونه با افزایش نسبت حجمی HA به O.5 درکامپوزیت می توان مدول الاستیک درگسترده ی استخوان متراکم پدید آورد. هنگامی که نسبت حجمی HA در کامپوزیت از O.45 بیشتر شود، حالت شکست از نرم به ترد تبدیل می شود. درکاربردهای بالینی نسبت حجمی O.4 ، بهینه است. کامپوزیت لپی اتیلن تقویت شده با HA با نام تجاری هاپکس (HAPEX) تولید می شود. و چندین هزار نفر از بیماران از امپلنت های گوش میانی تولید شده از این کامپوزیت استفاده می کنند. این نوع تکنولوژی در سال 1995 از FDA ایالات متحده ی آمریکا مجوز اخذ کرده است.

پوشش های بیواکتیو

اعمال یک پوشش سرامیکی یا شیشه ای بر روی یک سطح اجازه می دهد تا خواص سطحی وخواص مکانیکی جسم حاصله بهبود یابد. دراین مواد ما هم خواص بالک وهم خواص سطحی مناسب را داریم. سه دلیل اصلی برای اعمال پوشش وجود دارد:
1)جلوگیری از خوردگی ماده
2)زیست سازگار پذیر کردن امپلنت
3)پدید آوردن یک لایه ی غیر بیواکتیو بر روی مواد بیواکتیو درموارد ضروری
چهار ترکیب پوششی – زیر لایه وجود دارد:
1)سرامیک پلی کریستال بر روی سرامیک
2)شیشه بر روی سرامیک
3)شیشه بر روی فلز
4)سرامیک پلی کریستال بر روی فلز
پوشش های بیوسرامیکی معمولاً بر روی زیر لایه های فلزی اعمال می شوند تا هم تافنس شکست بالا و هم خاصیت بیواکتیوی سطحی درامپلنت ایجاد شود. استفاده از پوشش سرامیکی بیواکتیو می تواند سبب پدید آمدن پیوند مناسب میان پروتز وبافت های اطراف شود واز این رو طول عمر پروتز افزایش می یابد. در شرایط مناسب یک پروتز بدون سیمان باید طول عمر بیشتر نسبت به نوع سیمانی داشته باشد.(درپروتزهای سیمانی عمل اتصال پروتز به استخوان بوسیله ی سیمان انجام می شود.)
پوشش های سرامیکی مهم تری کلسیم فسفات و هیدروکسی آپاتیت هستند. تری کلسیم فسفات (TCP) یک بیوسرامیک با قابلیت جذب مجدد (resorbable bioceramic) است. این ماده در دو مزفولوژی α وایت لوکایت (α-whitelockite) وβ وایت لوکایت (β-white lockite ) وجود دارد. فرم β این ماده پایدارتر است. هنگامی که از TCP به عنوان امپلنت در بدن استفاده شود، این ماده بوسیله ی محیط جذب می شود. و بوسیله ی بافت جایگزین می شود. وظیفه ی بیوسرامیک های با قابلیت جذب مجدد، پدید آوردن یک داربست است که بافت بتواند در داخل آن رشد کند. که این نوع بیوسرامیک ها به صورت تدریجی جذب محیط می شوند. درصورت لزوم این مواد می توانند نقش چار چوب استخوانی را ایفا کنند. TCP به صورت بالینی دربسیاری از زمینه های دندانپزشکی وارتوپدی استفاده می شود. نوع بالک این ماده در حالت متخلخل ومتراکم وجود دارد این ماده درجایگزین های فوری ریشه ی دندان (tooth root replacement) و در امپلنت های بازسازی صورت وفک کار برد دارد .به هر حال به دلیل آنکه تری کلسیم فسفات درحالت بالک دارای خواص مکانیکی ضعیفی است ، نمی توان از آن در کاربردهای بارکش استفاده کرد.بنابراین در اغلب موارد TCP به صورت یک پوشش بر روی زیر لایه ی فلزی استفاده می شود.
روش های متداول دراعمال پوشش های HA و TCP روش پلاسما (Plasma Spray) است.این روش یکی از تکنیک های تولید لایه های مانع حرارتی است. در روش پلاسما اسپری ازیک پلاسما ( یک گازیونیزه شده ) برای ذوب کردن HA استفاده می شود. وسپس این ذرات مذاب بر روی سطح مورد نظر اعمال می شود. برای تولید پوشش های HA از ذرات کریستالی HA به عنوان ماده ی آغاز کننده استفاده می شود. (گسترده ی اندازه ی ذرات HA بین 40-20Mm است) . یکی از مزایای استفاده از روش پلاسما اسپری دراین است که زیر لایه ی ما در دمایی نسبتاً ً پایین قرار دارد.(عموماً کمتر از 300c ° )واین در حالی است که دمای پلاسما ممکن است از 10000C° نیز تجاوز کند. بالانرفتن دمای زیر لایه باعث می شود که خواص مکانیکی آن تغییر نکند (مخصوصاً فلزات) ضخامت پوشش معمولا بین 60-40Mm است که میزان تخلخل باقی مانده در آن کمتر از 2 درصد است.
پوشش های هیدروکسی آپاتیت بوسیله ی روش پلاسما اسپری ایجاد می شوند، معمولاً دارای مقادیر قابل توجهی کلسیم فسفات آمورف ومقدار اندکی فاز کریستالی دیگر هستند.عملیات حرارتی پوشش می تواند میزان کریستالینیتی آن را افزایش داده و همچنین موجب بهبود چسبندگی پوشش به زیر لایه شوند. به هر حال این فرآیند معمولاً بر روی زیر لایه انجام نمی شود. زیرا از لحاط اقتصادی به صرفه نبوده و همچنین ممکن است خواص مکانیکی زیر لایه را کاهش دهد.
علاوه بر پلاسما اسپری، سایر روش های مورد استفاده برای اعمال پوششHA عبارتند از :
1)روش رسوب دهی الکتروفورتیک (electrophoretic deposition)
2)روش اسپاترینگ (Sputtering) برای تولید پوشش های بسیار نازک
3)روش پرس ایزواستاتیک گرم برای تولید مواد بادانسیته ی بالا
از رسوب دهی الکتروفورتیک می توان برای پوشش دهی تخلخل هایی که به روش های معمولی مانند پلاسما اسپری پوشیده نشده اند. استفاده کرد. اما چسنبدگی میان ذرات HA و زیر لایه وذرات HA با هم ضعیف است واز این رو پس از رسوب از رسوب دهی نیاز است تا قطعه در دمای بالا زنیترینگ شود.
روش اسپاترینگ برای تولید پوشش های نازک (1Mm) از HA استفاده می شود. فیلم رسوب داده شده دراین روش آمورف است زیرا ذرات پاشیده شده دراین روش انرژی کینتیکی کافی برای باز آرایی حالت کریستالی را ندارند. عملیات حرارتی در دمای 500C° کافی است تا این فیلم آمورف را به صورت کریستالی در آورد. دوام فیلم های نازک اسپاتر شده در بدنه هنوزاثبات نشده است.
روش پرس ایزواستاتیک گرم نیز برای تولید فیلم ها استفاده می شود. اگر یک امپلنت فلزی را با ذرات HA پوشش دهیم . و سپس آن را پرس گرم کنیم، می توانیم پوششی چسبنده وبا دانسیته ی بالا تولید کنیم. برای ایجاد یک فشار یکسان بر روی ذرات HA دراین فرآیند بایدامپلنت را در داخل یک فویل فلزی (فلز گران بها ) قرار دهیم.همانگونه که می دانید با استفاده از روش پرس ایزواساتیک گرم می توانیم از دماهای پایین تری نسبت به روش های غیر ایزواستاتیک ، برای زینتر ینگ استفاده کنیم. استفاده از دمای پایین تر در زینتر ینگ احتمال تغییر خواص مکانیک زیرلایه ی فلزی کاهش می یابد.
چندین شرایط برای استفاده از پوشش های HA در وسایل پروتزی وجود دارد:
1)فاز کریستالی صحیح
2)ترکیب پایدار
3)دانسیته ی بالا
4)چسبندگی خوب به زیر لایه
5)خلوص بالا
6)واکنش ندادن با زیر لایه
پوشش های تولیدی با پلاسمای اسپری اغلباً مخلوطی از فازهای کریستالی و آمورف هستند. که این مسئله ممکن است مطلوب نباشد. چسبندگی پوشش های HA تولید شده به این روش به زیر لایه های فلزی اساساً مکانیکی است. وبنابراین زبری زیر لایه نقش مهمی را ایفا می کند.
منبع:ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton
ادامه دارد...

 






تاریخ : شنبه 91/6/4 | 4:1 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

 

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)
سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون




 
شیشه های بیواکتیو یکی دیگر از پوشش های مهم امپلنتها هستند. این شیشه ها معمولا بوسیله ی یکی از روش های زیر اعمال می شوند:
لعاب زنی (enameling)
اسپری کردن بوسیله ی شعله (Flame Spraying)
روش تشکیل پوشش به روش غوطه وری (Dip Coating)
روش اسپری شعله شبیه به روش پلاسما اسپری است با این تفاوت که گاز حامل یونیزه نشده و دماهای مورد استفاده در این روش به مراتب پایین تر از روش پلاسما اسپری است.
در روش تشکیل پوشش به روش غوطه وری امپلنت فلزی ابتدا اکسید شده سپس به داخل شیشه ی مذاب غوطه ور می شود اکسید کردن امپلنت به این دلیل است که خواص تر شوندگی فلز بهبود یابد.
روش لعاب زنی یک روش سنتی برای تولید پوشش های شیشه ای است. در این روش از یک فرم خاص شیشه به نام فریت ( frit) استفاده می شود. این ماده بوسیله ی سرد کردن سریع شیشه در داخل آب بوجود می آید. فریت که به صورت ذرات درشت است، ابتدا آسیاب شده و سپس بر روی زیر لایه ی فلزی اعمال می شود. به همراه فریت مواد خاصی مصرف می شود که چسبندگی فلز و پوشش افزایش یابد. این مواد خاص با فریت و فلز واکنش می دهند و سبب افزایش چسبندگی شیمیایی می شوند.به هر حال این روش به طور موفقیت آمیز برای اعمال شیشه های بیواکتیو استفاده نشده است و از این رو روش های دیگر جایگزین شده است.

شیشه های رادیوتراپی

شیشه های آلومینو سیلیکاتی ایتریایی (YAS)که شیشه هایی رادیو اکتیو هستند برای پرتو افکنی به تومورهای سرطانی درمحیط بدن استفاده می شوند. اگر چه تومورهای کبدی درحالت اولیه در ایالات متحده ی امریکا نسبتا کمیاب هستند اما این نوع ترمورها بسیار کشنده هستند. و سالانه 3000-4000 مرگ در ایالات متحده ی آمریکا و 1.2 میلیون مرگ در جهان به دلیل این تومورها رخ می دهد. نکته ی مهم تر این است که بیشتر این ترمورها قابل عمل نیستند. زیرا عمل جراحی آنها دارای پیچیدگی فراوانی است. پرتو افکنی تومورها در داخل بدن اجازه می دهد تا با تمرکز پرتو افکنی با کمترین میزان آسیب، تومور را از بین برد. این روش یکی از روش های مهم در درمان این بیماری است. شیشه های YAS به دلایل زیر برای این کار برد مناسبند:
سمی نیستند.
به آسانی رادیو اکتیو می شوند.
در حالی که رادی اکتیو هستند، این مواد از لحاظ شیمیایی نامحلول هستند.
فرآیند سل ژن برای تولید شیشه ای YAS کروی استفاده می شود. خاصیت رادیو اکتیو این نوع شیشه ها به دلیل وجود ایزوتوپ 90Yاست. این نوع ایزوتوپ از خود پرتو β ساتع می کند و دارای نیمه عمر 64.1 ساعت است. میانگین نفوذ پرتو β (الکترون ها) در بدن 2.5 میلی متر است. (ماکزیم نفوذ 10 میلی متر است). برای آنکه ماده ی رادیو اکتیو به محل های وجود تومور برسد1- 15 میلیون گوی کوچک میکرومتری به داخل شریان کبدی ترزیق می شود. در این حالت خون وظیفه ی رساندن این مواد به محل های مورد نظر را دارد. زمان درمان 2-4 ساعت است. اندازه ی قطر گوی های کوچک بین 35-15Mm است. این اندازه به صورتی است که اجازه می دهد تا جریان خون کبد آنها را حمل کند اما به اندازه ای بزرگ هستند که وارد کل جریان خون نشوند. گوی های کوچک وارد شده به کبد در محل تومورها تمرکز می یابند که علت آن این است که توده ی توموری میزان مصرف خون بیشتری نسبت به بافت های اطراف خود دارد. با وجود عناصر رادیو اکتیو در اخل تومور عمل پرتو افکنی به درستی انجام می شود و به دلیل آنکه نیمه عمر ماده ی رادیو اکتیو مورد استفاده 64.1 ساعت است پس از سه هفته اثرات رادیو اکتیویته از بین می رود.
اگر چه استفاده از گوی های کوچک رادیو اکتیو در درمان سرطان جگر در مراحل اولیه ی خود است ولی محصولات تجاری ساخته شده بوسیله ی این تکنولوژی با نام تجاری Therasphere در آمریکا و کانادا تولید می شود. و از این دارو برای درمان سرطان غیر قابل جراحی کبد استفاده می شود. سایر کاربردهای پزشکی این گوی ها در درمان سرطان های کلیه و مغز است.
شکل 1 میکروکره های ساخته شده از شیشه های برات کلسیم لیتیم (LCB) را نشان می دهد.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (5)

این نوع میکروکره ها با عبور شیشه از بین یک شعله ی با دمای بالا تولید شده اند. از روش مشابه با روش عبور از شعله می توان برای تولید میکروکره های شیشه ی YAS استفاده کرد . میکروکره های LCB به داخل میکروکره های توخالی هیدروکسی آپاتیت وارد می شود. این سیستم ها در رسانش داروئی کاربرد دارند.

دریچه های مصنوعی قلب

کربن یک بیوسرامیک مهم است. این ماده هم زیست سازگار پذیر است و هم از لحاظ شیمیایی خنثی است. کربن به فرم های مختلفی وجود دارد. مهم ترین فرم کربن برای کاربردهای بیومدیکالی یک نوع گرافیت پیرولیتیک (Pyrolytic graphite) است. که فرم ایزوتروپیک دما پایین (LTI Carbon) نامیده می شود.
این ماده دارای ساختاری غیر منظم بر پایه ی گرافیت است. (از این رو به آن گرافیت توربو استراتیک (turbostratic Carbon) می گویند. در کربن توربواستراتیک توالی ABABA توده از حالت چرخش رندوم خارج شده یا با لایه هایی نسبت به همدیگر جایگزین گشته است.
کریستال های کربن LTI تنها اندازه ای برابر 10 نانومتر دارند و در ماده ی بالک به صورت رندوم قرار گرفته اند. این ریز ساختار موجب می شود که ماده دارای خواص و ویژگی های فیزیکی ایزوتروپیک باشد. (برخلاف گرافیت که دارای ساختار آن ایزوتروپیک است). دانستیه وخواص مکانیکی LTI به تعداد جاهای خالی کربن درهر لایه و اعوجاج بین صفحات بستگی دارد. دانسیته ی این ماده بین 1400kg/m_3 - 2200 است. ( 2200kg/m_3 دانسیته ی تئوری است).
کربن LTI با دانستیه ی بالا سخت ترین فرم کربن استراتیک است. ما می توانیم استحکام این مواد را با افزودن Si افزایش دهیم. با افزوده شدن Si به این مواد ذرات میکرونی غیر – مداومی از β-sic تشکیل می شود که به صورت اندوم در زمینه کربین پرولیتیک (با دانه های کروی) پراکنده شده اند.
با استفاده از فرآیند رسوب دهی شیمیایی از حالت بخار (CVD) می توان کربن و Sic را به صورت مشخص رسوب داد و آلیاژهایی از Si و LTI تولید کرد. دو واکنش ممکنه عبارتند از :
تجزیه ی پروپان: سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (5)
تجزیه ی متیل تری کلروسیلان: سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (5)
یکی از کاربردهای اصلی کربن LTI در ساخت پروتز دریچه ی قلب است. (شکل 2)

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (5)

این کاربرد یکی از کاربردهای با شرایط بسیار سخت برای مواد بیولوژیک است. اولین استفاده از کربن LTI به عنوان دریچه ی قلب در سال 1969 گزارش شده است. اکثر دریچه های مصنوعی قلب که امروزه استفاده می شوند از جنس کربن پیرولیتیک LTI پالایش یافته با سیلسیم (Si) هستند.

سرامیک دندانی

پرسلان های فلدسپاتیک (پرسلان هایی بر پایه ی فلدسپار) به عنوان پوشش دندان استفاده می شوند. که علت این استفاده مسائل زیبایی است . این پوشش ها معمولا 500 میکرون ضخامت دارند. امروزه این مواد عمدتاً با شیشه ها جایگزین شده اند. (اگر چه نام آنها تغییر نکرده است.) لوسیت (Lucite): فلدسپات پتاسیک) عمدتاً برای بهبود ضریب انبساط حرارتی این پوشش ها استفاده می شده است.دی کور (Dicor) یک شیشه سرامیک است که به وسیله ی کورنینگ (corning) و برای جایگزینی دندان ها توسعه یافت. در این روش دندان بوسیله ی شیشه ریخته گری می شود که در این فرآیند از یک قالب مومی استفاده می شود. سپس شیشه ی ریخته گری شده با اعمال عملیات حرارتی به سرامیک تبدیل می شود. آلومینا نیز برای تولید دندان استفاده می شود. (اگر چه به دلیل وجود تخلخل دندانهای آلومینایی در هنگام استفاده شدن می شکنند). یکی از راه بهبود این مواد پالایش آلومینا با شیشه های دارای لانتانیوم است. روش ترمیم متفاوت با این نوع امپلنت ها در شکل 3 نشان داده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (5)

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

 






تاریخ : شنبه 91/6/4 | 4:0 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

 

پلیمرهای با حافظه شکلی (SMP1 ) مواد هوشمند پلیمری هستند که می توانند تحت تاثیر یک محرک خارجی مانند دما، نور، تغییر در میدان الکتریکی یا مغناطیسی و یا تغییر PH، از یک حالت تغییر شکل داده شده (حالت موقت) به حالت و شکل دائمی خود تغییر شکل دهند. به این صورت که ابتدا شکل اولیه و دائمی ماده با روش های معمول ایجاد می شود، سپس ماده تحت فرایندی مانند حرارت دادن، تغییر شکل دادن و سرانجام سرد کردن به یک حالت موقت تغییر شکل داده می شود. محصول نهایی این شکل موقت خود را تا زمانی که تحت تاثیر یک محرک مشخص خارجی قرار نگرفته است، حفظ می‌کند. مواد جدید قادر به تغییر شکل بین حالت دائمی و موقت تا بیش از 400% هستند.پلیمرهای با حافظه شکلی (SMP1 ) مواد هوشمند پلیمری هستند که می توانند تحت تاثیر یک محرک خارجی مانند دما، نور، تغییر در میدان الکتریکی یا مغناطیسی و یا تغییر PH، از یک حالت تغییر شکل داده شده (حالت موقت) به حالت و شکل دائمی خود تغییر شکل دهند. به این صورت که ابتدا شکل اولیه و دائمی ماده با روش های معمول ایجاد می شود، سپس ماده تحت فرایندی مانند حرارت دادن، تغییر شکل دادن و سرانجام سرد کردن به یک حالت موقت تغییر شکل داده می شود. محصول نهایی این شکل موقت خود را تا زمانی که تحت تاثیر یک محرک مشخص خارجی قرار نگرفته است، حفظ می‌کند. مواد جدید قادر به تغییر شکل بین حالت دائمی و موقت تا بیش از 400% هستند.




در 1930 دانشمندان ترکیبات فلزی ویژه ای را کشف کردند که بالای یک دمای انتقال، اثر “حافظه شکلی” را نشان می‌دادند. از آن زمان آلیاژهای با حافظه شکلی یا SMAs2 ، مانند آلیاژ نیکل-تیتانیوم (نیتینول)، در محرک ها و وسایل پزشکی به کار رفته اند، کاربردهایی از قبیل سیم های ارتودنسی خود تنظیم شونده و استنت هایی3 که برای باز کردن رگ های خونی استفاده می شوند. SMA‌ها با وجود کاربردهای زیادشان، گران، غیر قابل تجزیه و در بسیاری از موارد فاقد زیست سازگاری و مطلوبیت هستند و تنها 8% تغییر شکل برای آلیاژ Ni-Ti وجود دارد. بنابراین مواد دارای حافظه شکلی که در یک دمای خاص شکل خاصی به خود می‌گیرند و با گرم شدن به شکل دیگری منتقل می‌شوند، جدید نیستند. اما تاکنون SMPها یا پلیمرهای با حافظه شکلی در ابزار پزشکی بکار نرفته‌اند یا زیست تخریب پذیری آنها ثابت نشده است. SMPهای جدید بخاطر تواناییشان در تغییر شکل تحت یک محرک از پیش تعیین شده، اخیراً در ابزار زیست پزشکی هوشمند و کاربردهای صنعتی استفاده شده‌اند.



پلاستیک‌های “هوشمند” جدید ترکیبی از دو جزء با خواص حرارتی متفاوت می‌باشند، oligo(e-caprolactone)diol و oligo(p-dioxanone)diolهایی با قابلیت کریستال شدن، که هر کدام به طور جداگانه در کاربردهای پزشکی مانند رسانش دارو بکار می‌روند. کوپلیمر چند بخشی زیست تخریب پذیر، از دو جزء ساختاری تشکیل شده است؛ یک جزء سخت و یک جزء منعطف، که در زنجیرهای خطی به هم وصل شده‌اند. شکل ماده در دمای بالا، شکل دائمی و پایدار ماده می‌باشد.



دسته‌ی مشخصی از پلیمرهای با حافظه شکلی، زیست تخریب پذیر بوده و گزینه‌ای مناسب برای ایمپلنت های موقت می‌باشند. زمانیکه مداوا و ترمیم بافت صورت گرفت، دیگر نیازی به حضور ایمپلنت در بدن نبوده و ایمپلنت به موادی تجزیه می‌شود که بدن می تواند آنها را از بین ببرد. بنابراین جراحی دیگری برای خارج کردن ایمپلنت، به منظور جلوگیری از اثرات منفی مانند التهاب که از حضور ایمپلنت در بلند مدت ناشی می شود، لازم نمی باشد.



جراحان از بخیه‌های جراحی به منظور بستن زخم ها یا کنار هم قرار دادن بافت هایی که بوسیله جراحت یا عمل جراحی بریده شده‌اند، استفاده می‌کنند. بخیه‌ها از لحاظ پایداری زیستی عموماً به بخیه‌های جذبی و غیر جذبی و از منظر طراحی به بخیه‌های جراحی تک‌رشته‌ای و چند‌رشته‌ای (بافته) تقسیم می‌شوند. بخیه‌های مورد استفاده معمولاً معایب قابل توجهی دارند؛ آنها نمی توانند بافت های بریده را کاملاً کنار هم بچسبانند، نخ‌های چند رشته‌ای بدلیل ساختار بافته‌ی خود خطر بیشتری برای انتقال و مهاجرت باکتری ها فراهم می‌کنند. همچنین پزشکان در مورد امنیت گره‌های ضعیفشان نگرانند، که احتیاج به چند گره دارد و زمان بر و مخصوصاً در فرایند اندوسکوپی مشکل است.


استفاده از SMP در بخیه جراحی

با استفاده از بخیه‌های جراحی جذبی بر اساس SMP این امکان وجود دارد که نواقص و معایب فوق برطرف شود و در نتیجه نخ های بخیه ای با کاربرد آسانتر و امنیت بیشتر فراهم می‌شود. بعلاوه، ممکن است بتوان این بخیه‌ها را به گونه ای طراحی نمود که در طول مدت زمان معینی محکم شوند تا نزدیک شدن بافت ها به یکدیگر به شکلی بهینه انجام شود. محققین با گرم کردن لیف ماده‌ی تغییر شکل پذیر خود تا 50oC بخیه‌هایی از SMPها تهیه نمودند. سپس آنها را تا سه برابر طولشان کشیدند و تا دمای اتاق سرد نمودند. این الیاف کشیده شده برای بستن زخم یک موش بصورت شل بکار برده شد. زمانی که بخیه تا 41oC (بالاتر از دمای بدن) حرارت داده می شود، نخ سفت شده و زخم را می‌بندد، و تنها مقدار مناسبی فشار وارد می‌کند (0?1N). پس از ترمیم جراحت، نخ بخیه حل شده و بدون آنکه ضرری داشته باشد، جذب بدن می‌شود.




نخی ساخته شده از پلاستیک های جدید زیست تخریب پذیر دارای حافظه که می‌تواند برای گره زدن یک بخیه هوشمند بکار رود. بعد از یک گره شل، دو طرف بخیه ثابت می‌شود. گره زمانی که به 40 درجه سانتیگراد می‌رسد در مدت20 ثانیه محکم می‌شود.

استنت های ساخته شده از پلیمرهای حافظه دار


امروزه تکنولوژی باز کردن شریان های قلب بوسیله استنت ها بر استفاده از فلزاتی مانند استیل ضد زنگ و آلیاژ کبالت-کرومیوم (CoCr) استوار است، موادی که در بدن به طور دائم باقی می‌مانند و می‌توانند مشکلات زیادی را مانند انسداد ترومبوتیک ایجاد نمایند، حتی زمانی که با پوشش های پیچیده دارویی بکار می روند.

محققین نشان داده‌اند که می توان از SMPها در استنت های پزشکی استفاده نمود. آنها یک لیف بلند از ماده را به شکل مارپیچ در می‌آورند، سپس آن را فشرده نموده و از داخل سوراخی کوچک در بدن، به یک رگ اسنداد یافته وارد‌ می کنند. گرمای بدن سبب انبساط پلیمر به شکل اصلی آن می گردد. در طول زمان استنت در بدن حل می شود.

محققین در انستیتو Georgia در حال ساخت پلیمرهایی هستند که در اثر گرما تغییر شکل می دهند و می توان از آنها برای باز کردن رگ های خونی بسته شده، روبش یاخته‌های عصبی مغز و ساختن ستون فقرات سفت‌تر استفاده نمود. این پلیمرهای با حافظه شکلی می‌توانند موقتاً بصورت چندین برابر کوچکتر یا بزرگتر از حالت اصلی خود فشرده یا کشیده شوند، سپس در اثر گرما، نور یا محیط شیمیایی، به حالت پایدار خود تغییر شکل می دهند. تمرکز این گروه تحقیقاتی روی بهینه سازی این پلیمرها برای کاربردهای متنوع زیست پزشکی بوده است و برای این منظور چگونگی تاثیر تغییر ساختار شیمیایی پلیمرها بر خواص شیمیایی، بیولوژیکی و مکانیکی آنها مورد مطالعه قرار گرفته است. این گروه، پلیمرهای حافظه‌دار‌ی طراحی کرده است که مانند استنت های معمول، می‌تواند فشرده و از سوراخی کوچک در بدن به رگ های بسته وارد شود. سپس گرمای بدن انبساط پلیمر به اشکال دائمی را تحریک می‌کند، در نتیجه بدون ابزار کمکی، استنت در بدن قرار داده می شود.

SMPها در مواردی مانند ماسوره‌ی داخل وریدی، سیم های ارتودنسی خود تنظیم شونده و ابزارهای منعطف برای عمل‌های جراحی با مقیاس کوچک، کابردهای بالقوه‌ای دارند. در این موارد اغلب از آلیاژهای حافظه دار بر پایه فلزاتی مانند نیتینول استفاده می‌شود. همچنین با استفاده از SMPها می توان میزان جراحت لازم برای کاشت ایمپلنت را حداقل نمود، به این صورت که ایمپلنت را به صورت موقت در اندازه های کوچک تغییر شکل می دهند. کاشت ایمپلنت در این اندازه جراحت کمتری به همراه خواهد داشت. پس از کاشت با استفاده از یک محرک، مانند افزایش دما، ایمپلنت به شکل پایدار خود که حجیم‌تر است، در می آید.







وسیله مورداستفاده در عمل thrombectomy. با کمک این وسیله می توان لخته های خونی را که منجر به وقوع کم خونی موضعی می شود، از بین برد. نوک وسیله به شکل دربازکن بطری طراحی شده است.





حذف لخته های خونی در سه مرحله انجام می شود. (a) استنت در شکل موقت خود مستقیما از داخل لخته خونی عبور داده می شود. (b) سپس استنت به وسیله یک لیزر دیودی حرارت داده شده، به شکل اولیه خود در می آید. (c) در نهایت هنگام بیرون کشیدن، استنت لخته های خونی را از بین می برد.


1. Shape memory polymer
2. Shape memory alloy
3. Stent






تاریخ : پنج شنبه 90/11/6 | 8:18 صبح | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

جراحان مرکز پزشکی دانشگاه دیویس کالیفرنیا نشان داده اند که ماهیچه‌های مصنوعی قادرند توانایی پلک زدن بیماران مبتلا به فلج صورت را به آنها بازگردانند. این امر می‌تواند برای هزاران نفری که هر ساله بر اثر وجود صدمات، سکته، جراحت عصب صورت و یا عمل جراحی قادر به بستن پلک خود نیستند، مفید باشد. بعلاوه می‌توان از این روش که در آن از ترکیب الکترود و پلیمرهای سیلیکونی استفاده می‌شود، به منظور ساختن ماهیچه‌های مصنوعی برای کنترل سایر نقاط بدن استفاده نمود. این روش‌های جدید بصورت مقاله ای در نشریه جراحی پلاستیک صورت توضیح داده شده است جراحان مرکز پزشکی دانشگاه دیویس کالیفرنیا نشان داده اند که ماهیچه‌های مصنوعی قادرند توانایی پلک زدن بیماران مبتلا به فلج صورت را به آنها بازگردانند. این امر می‌تواند برای هزاران نفری که هر ساله بر اثر وجود صدمات، سکته، جراحت عصب صورت و یا عمل جراحی قادر به بستن پلک خود نیستند، مفید باشد. بعلاوه می‌توان از این روش که در آن از ترکیب الکترود و پلیمرهای سیلیکونی استفاده می‌شود، به منظور ساختن ماهیچه‌های مصنوعی برای کنترل سایر نقاط بدن استفاده نمود. این روش‌های جدید بصورت مقاله ای در نشریه جراحی پلاستیک صورت توضیح داده شده است.

تراویس جراح پلاستیک صورت دانشگاه دیویس و گروه Otolaryngology (جراحی سر و گردن) می‌گوید: “این اولین گام استفاده از ماهیچه‌های مصنوعی در یک سیستم بیولوژیکی است. اما امکان استفاده از این تکنولوژی در بسیاری از زمینه‌ها وجود دارد.” در مطالعه انجام شده، Tollefson و همکارانش به دنبال گسترش و طراحی دستگاه‌هایی برای استفاده از ماهیچه‌های مصنوعی پلیمری فعال الکتریکی (EPAM) در بدن انسان هستند که به طور تجدید پذیر و ماندگار توانایی پلک زدن را فراهم می‌کند، از چشم محافظت می‌کند و ظاهر صورت را بهبود می‌بخشد. EPAM تکنولوژی نوظهوری است که می تواند برای ترمیم حرکات صورت در بیماران مبتلا به فلج استفاده شود .پلیمرهای فعال الکتریکی مشابه ماهیچه‌های انسان بر اثر تغییر ولتاژ ورودی منبسط و منقبض می‌شوند. برای افراد مبتلا به انواع دیگر فلج، استفاده از ماهیچه‌های مصنوعی می‌تواند توانایی لبخند زدن یا کنترل مثانه را به آنها باز گرداند. صورت‌های احیا شده اولین گام طبیعی در گسترش ماهیچه‌های مصنوعی برای کنترل قسمت‌های دیگر بدن است. Senders می گوید: عضلات صورت به نیروهای نسبتاً کم، بسیار کمتر از نیروی مورد نیاز برای حرکت انگشتان دست و یا خم کردن بازو، نیاز دارند.پلک زدن یک بخش ضروری برای حفظ سلامتی چشم است. پلک سطح چشم را تمیز می‌کند و سبب گسترش اشک در سرتاسر قرنیه می‌شود. بدون این روانکاری، چشم به زودی در خطر ابتلا به زخم قرنیه قرار می‌گیرد که می‌تواند در نهایت موجب کوری شود. پلک زدن غیر ارادی چشم توسط یک عصب جمجمه کنترل می‌شود. در بیشتر بیماران مبتلا به فلج دائم پلک، عصب به علت تصادف، سکته، و یا عمل جراحی برای برداشتن تومور صورت، صدمه می بیند. بسیاری از افراد عصب عامل دیگری در نزدیکی این عصب ندارند که بتواند جایگزین آن شود و به بسته شدن چشم کمک کند. افراد دیگر با سندرم Mobius متولد می‌شوند که مشخصه آن اعصاب رشد نیافته‌ی صورت است. این افراد قادر به پلک زدن و لبخند زدن نیستند. از کار افتادگی پلک در حال حاضر توسط یکی از دو روش درمان می‌شود؛ یکی از آنها انتقال ماهیچه‌های عضلات ساق پا به صورت است. با این حال، این روش به شش تا ده ساعت عمل جراحی نیاز دارد، سبب ایجاد زخم‌های ثانوی می‌شود و اغلب برای افراد مسن و یا بیماران ضعیف نامناسب است. روش‌های درمانی دیگری مانند بخیه وزنه‌های کوچک طلا در داخل پلک وجود دارد. این وزنه به کمک گرانش به بسته شدن چشم کمک می‌کند. این روش در بیش از 90 درصد از بیماران موفقیت آمیز بوده است، با این حال منجر به آهسته‌تر شدن حرکات چشم نسبت به حالت معمول می شود و ممکن است پلک زدن دو چشم با یکدیگر هماهنگ نباشد. همچنین برخی از بیماران هنگام خواب به سختی پلک‌های خود را بسته نگه می‌دارند. هرسال در ایالات متحده، 3000 تا 5000 نفر تحت این عمل جراحی قرار می‌گیرند، در نتیجه ممکن است از درمان‌های جایگزین بهره‌مند شوند.در این مطالعه، Senders و Tollefson از روش جدیدی برای درمان توانبخشی پلک‌ها در سکته‌های دایمی صورت استفاده کردند. در این روش یک حلقه (sling) دور پلک قرار می گیرد. این حلقه به وسیله یک ماهیچه مصنوعی تحریک شده و موجب پلک زدن می شود. این حلقه توسط یک پیچ کوچک تیتانیومی به اسکلت کوچک چشم پیچ می شود. حلقه به ماهیچه مصنوعی متصل است. نیرو و تکانه لازم برای بستن پلک‌ها با استفاده از این حلقه در محدوده نیروی ماهیچه های مصنوعی است.

پلک زدن با کمک ماهیچه مصنوعی پلیمری

یک حلقه دور پلک چشم چپ قرار دارد که به دستگاه ماهیچه مصنوعی پلیمر فعال الکتریکی (EPAM) متصل شده است. منبع تغذیه و ماهیچه مصنوعی درحفره گیجگاهی قرار دارند. هنگامی که چشم راست پلک می زند یک سنسور الکتریکی، سیگنالی را برای فعال کردن EPAM به سمت باطری می فرستد.

ماهیچه مصنوعی مورد استفاده از سه لایه تشکیل شده و در دهه 1990 ساخته شده است. لایه داخلی یک تکه از آکریلیک یا سیلیکون نرم است که با گریس کربن پوشیده شده است. با اعمال جریان الکتریکی، جاذبه‌های الکتروستاتیک سبب می‌شود که لایه‌های بیرونی همدیگر را کشیده و سبب فشرده شدن مرکز نرم می‌شود. این حرکت سبب می شود تا ماهیچه مصنوعی منبسط شود. با قطع جریان ماهیچه منقبض شده، حلقه دور پلک صاف شده و چشم پلک می‌زند. هنگامی که دوباره جریان برقرار می شود، ماهیچه استراحت می‌کند و مرکز نرم دوباره به شکل اولیه خود باز می‌گردد.طبق گفته Tollefson مقدار نیرو و حرکات ایجاد شده توسط ماهیچه‌های مصنوعی بسیار شبیه به ماهیچه‌های طبیعی هستند. منبع باطری قرار گرفته در بدن شبیه به ایمپلانت‌های استفاده شده در گوش است.برای بیمارانی که یک چشم آنها فعال است، یک سنسور سیمی به چشم سالم متصل می‌شود و پالس‌های طبیعی پلک زدن را به ماهیچه مصنوعی منتقل می‌کند. برای بیمارانی که کنترل هیچ یک از چشمان خود را ندارند، یک ضربان ساز شبیه به آنچه در تنظیم ضربان قلب بکار می‌رود، چشمان را با سرعت ثابتی وادار به پلک زدن می‌کند.محققان در حال حاضر این تکنیک را بر اجساد و حیوانات بررسی می‌کنند. آنها برآورد کردند که این تکنولوژی ظرف پنج سال آینده در دسترس بیماران قرار خواهد گرفت.

 






تاریخ : پنج شنبه 90/11/6 | 8:16 صبح | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

محققان پژوهشگاه شیمی و پتروشیمی ایران موفق شده اند با استفاده از پلیمرهای طبیعی ساختاری شبیه پوست بدن ارائه کنند که با قابلیت ترمیم کامل انواع جراحت های پوستی، جایگزین اعمال جراحی پیوند پوست می شود و حتی قابلیت ترمیم کامل پوست در سوختگی های عمیق را داردمحققان پژوهشگاه شیمی و پتروشیمی ایران موفق شده اند با استفاده از پلیمرهای طبیعی ساختاری شبیه پوست بدن ارائه کنند که با قابلیت ترمیم کامل انواع جراحت های پوستی، جایگزین اعمال جراحی پیوند پوست می شود و حتی قابلیت ترمیم کامل پوست در سوختگی های عمیق را دارد.

دکتر مژگان زندی، مدیر گروه پلیمرهای زیست‌سازگار پژوهشگاه شیمی و پتروشیمی ایران، با بیان این مطلب در گفت و گو با خراسان تصریح کرد:  در این روش از بسترهایی برای ترمیم بافت پوست در مهندسی بافت استفاده می شود که کاملا طبیعی است، از عفونت زخم جلوگیری می کند، باعث بهبود زخم می شود و زخم را نیز به طور کامل درمان می کند. این مواد با بدن سازگار است و هیچ حساسیتی ایجاد نمی کند. وی هدف از انجام این پژوهش را ارائه تکنیکی جایگزین و کم خطر برای جراحی اعمال پیوند پوست بیان داشت و افزود:  پیوند پوست عمل بسیار دردناکی برای بیمار است که به بافت های سالم بدن نیز آسیب وارد می کند و بسیار هزینه بر نیز می باشد. علاوه بر این می توان در مواردی که به سطح پوست آسیب های بسیار شدیدی وارد شده است و انجام جراحی پیوند پوست امکان پذیر نیست، از روش جدید بهره برد. این محقق ادامه داد: در پروژه تحقیقاتی ترمیم پوست با پلیمرهای زیست سازگار از «ژلاتین» و «کیتوسان» استفاده شده است که زیست سازگار و تخریب پذیر است و سبب ترمیم لایه میانی پوست می شود. ژلاتین از تجزیه کلاژن به دست می آید و کلاژن هم اغلب از استخوان های گاو تهیه می شود و «کیتوسان» هم یک نوع پلیمر طبیعی است که از بدن سخت پوستان استخراج می شود و همانند ژلاتین، قابلیت ایجاد پیوندهای هیدروژنی را دارد. این پلیمر ساختاری شبیه پوست بدن دارد که سبب بهبود جراحت می شود. وی با اشاره به وظیفه پوست که از ورود عوامل بیماری زا به بدن جلوگیری می کند، گفت: پوست همچنین مانع خروج آب از بدن می شود که به همین منظور در روش ارائه شده از غشای سیلیکونی استفاده کردیم.

دکتر زندی ادامه داد:  در این روش که با بهره گیری از مهندسی بافت انجام شده است، یک ساختار مثلثی متشکل از داربست های طبیعی، سلول های بنیادی و فاکتورهای رشد سلول های بنیادی تشکیل می شود. داربست های پلیمری در واقع بسترهایی است که سلول های بنیادی استخراج شده از بدن در چارچوب آن ها رشد می کند. وی در توضیح فرآیند اجرای روش جدید گفت: سلول های بنیادی توسط متخصصان در پژوهشگاه رویان و انستیتوپاستور از بدن استخراج می شود و در بانک سلولی قرار می گیرد. سپس این سلول در محیط آزمایشگاهی تکثیر می شود. زمانی که تعداد سلول های بنیادی به میزان مناسب رسید، در محیط مشابه بدن روی داربست قرار می گیرد. در این مرحله سلول ها به داربست می چسبند و در حفره های داربست رشد می کنند. وقتی سلول ها رشد کردند و داربست را پوشاندند، داربست روی سطح پوست آسیب دیده بدن قرار داده می شود. پس از گذشت مدت زمان معین (یک تا 2 هفته) بسته به گستردگی زخم ایجاد شده و پوست آسیب دیده یا سوخته، سلول های بنیادی و فاکتورهای رشد در محل شروع به ترمیم آسیب دیدگی ها می کنند و پلیمرهای طبیعی نیز تجزیه می شوند. بدین شکل به مرور زمان پوست طبیعی و سالم جایگزین پوست آسیب دیده می شود. بدین ترتیب دیگر در سوختگی های شدید و یا حوادثی که طی آن حجم بسیار زیادی از پوست از بین می رود، نیازی به پیوند پوست نخواهد بود و پلیمرهای طبیعی با بهبود بخشیدن پوست آسیب دیده، به سرعت آن را ترمیم می کنند. دکتر زندی درباره مزایای استفاده از پلیمرهای طبیعی اظهار داشت: این داربست های پلیمری تخریب پذیر است و پس از مدتی تجزیه می شود. مواد حاصل از تخریب و تجزیه آن ها در بدن هیچ گونه التهاب و عفونتی ایجاد نمی کند. هم چنین به طور هم زمان با تجزیه پلیمرها، پوست ترمیم و پوست طبیعی جایگزین پوست آسیب دیده می شود. مدیرگروه پلیمرهای زیست سازگار پژوهشگاه شیمی و پتروشیمی ایران افزود:  این داربست های پلیمری، ویژگی پوست طبیعی بدن را دارد و تا هنگامی که بازسازی به طور کامل انجام شود، نقش پوست طبیعی بدن را ایفا می کند.

وی با اشاره به قابلیت های این ترکیبات طبیعی بیان داشت: می توان از این ترکیبات در اعضای دیگر بدن نیز استفاده و آن ها را با مواد دیگر تقویت کرد و به عنوان نمونه در بافت های استخوانی مورد استفاده قرار داد.

 






تاریخ : پنج شنبه 90/11/6 | 8:15 صبح | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

 

محققان پزشکی دانشگاه شفیلد انگلستان توانستند پلیمری را طراحی کنند که در حضور باکتری ها نور فلورسانس از خود ساطع نموده و به تبع آن شناسایی و ارزیابی سریع عفونت زخم تحت نور ماورا بنفش امکان پذیر می گردد.

زمانی که این پلیمر در یک ژل قرار داده شده و به زخم مالیده می شود، میزان فلورسانس شناسایی شده گویای شدت عفونت خواهد بود. این محصول این قابلیت را دارند که به متخصص بگویند آیا این زخم به آنتی بیوتیک نیاز دارد یا خیر، و در صورت نیاز بهترین نوع آنتی بیوتیک چه می باشد. همچنین از این ژل می توان برای از بین بردن باکتری در عفونت زخم های سطحی نیز استفاده نمود.

پلیمر طراحی شده حاوی یک رنگدانه فلورسانس بوده و توانایی شناسایی و اتصال به باکتری را دارد. در اثر این اتصال یک تغییر شکل در پلیمر ایجاد شده و یک سیگنال فلورسانس ساطع می شود که تحت لامپ UV قابل شناسایی است. به گفته این محققان، پلیمر PNIPAM اصلاح شده با آنتی بیوتیک وانکومیسین و حاوی رنگدانه فلورسانس اتیدیم برماید، در مواجهه با باکتری گرم منفی یک سیگنال فلورسانس مشهود از خود ساطع می کند. با تغییر پلیمر، باکتری های دیگری نیز قابل شناسایی می شوند.

پلیمر (رنگ آبی) به دور باکتری (رنگ قرمز) جمع می شود

پلیمر (رنگ آبی) به دور باکتری (رنگ قرمز) جمع می شود

محققان پزشکی دانشگاه شفیلد انگلستان توانستند پلیمری را طراحی کنند که در حضور باکتری ها نور فلورسانس از خود ساطع نموده و به تبع آن شناسایی و ارزیابی سریع عفونت زخم تحت نور ماورا بنفش امکان پذیر می گردد.

زمانی که این پلیمر در یک ژل قرار داده شده و به زخم مالیده می شود، میزان فلورسانس شناسایی شده گویای شدت عفونت خواهد بود. این محصول این قابلیت را دارند که به متخصص بگویند آیا این زخم به آنتی بیوتیک نیاز دارد یا خیر، و در صورت نیاز بهترین نوع آنتی بیوتیک چه می باشد. همچنین از این ژل می توان برای از بین بردن باکتری در عفونت زخم های سطحی نیز استفاده نمود.

پلیمر طراحی شده حاوی یک رنگدانه فلورسانس بوده و توانایی شناسایی و اتصال به باکتری را دارد. در اثر این اتصال یک تغییر شکل در پلیمر ایجاد شده و یک سیگنال فلورسانس ساطع می شود که تحت لامپ UV قابل شناسایی است. به گفته این محققان، پلیمر PNIPAM اصلاح شده با آنتی بیوتیک وانکومیسین و حاوی رنگدانه فلورسانس اتیدیم برماید، در مواجهه با باکتری گرم منفی یک سیگنال فلورسانس مشهود از خود ساطع می کند. با تغییر پلیمر، باکتری های دیگری نیز قابل شناسایی می شوند.

پلیمر (رنگ آبی) به دور باکتری (رنگ قرمز) جمع می شود

پلیمر (رنگ آبی) به دور باکتری (رنگ قرمز) جمع می شود

این فناوری می‌تواند کاربرد زیادی در التیام زخم، مقابله با تروریسم و غربالگری بیماران برای عفونت MRSA داشته باشد.

به گفته ی دکتر استیو ریمر، یکی از مسئولین ارشد این طرح، این پلیمرها فواید بسیاری را در مرحله ی اجرا در پی خواهد داشت. به عنوان مثال این پلیمر از استفاده ی بی مورد و بیش از حد از آنتی بیوتیک ها جلوگیری می کند. وی در ادامه اذعان داشت: با این فناوری ما به راحتی می توانیم عفونی بودن و یا نبودن یک زخم عفونی و نوع باکتری را تشخیص دهیم.

هم اکنون فرآیند تعیین دقیق شدت عفونت به زمان زیادی (چندین روز) نیازمند است، اما مسئولان این طرح مدعی شدند با این فناوری نوین این مدت زمان به کمتر از چندین ساعت تقلیل خواهد یافت.

 استفاده از این فناوری در کلینیک های پزشکی و بیمارستان ها بسیار مفید فایده به نظر می آید. به علاوه استفاده از این فناوری در مناطق جنگی که در آنها تاسیسات آزمایشگاهی در دسترس نیست بسیار مفید خواهد بود.






تاریخ : چهارشنبه 90/11/5 | 2:13 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()

 

 

رگ گرفتن یا ایجاد دسترسی وریدی یکی از کارهای لازم و معمول در بیشتر فرآیند های درمانی است. مثلا در خونگیری (برای آزمایشات) یا هنگام وصل سرم یا برای تزریق های وریدی… اما بعضی وقتها و اصطلاحا در بیماران “بدرگ” کار آنقدر سخت می شود که هم جان بیمار و هم پرستار را به لب می رساند. این مساله باعث شد تا یک پزشک اوکلاهمایی به نام رابرت پری دست به کار ساخت ابزاری شود که کار رگ گیری در بیماران را راحت تر کند.

این ابزار که توسط دکتر پری و در کارگاه خانگی اش طراحی و ساخته شده، مانند یک یک فشار سنج است که توسط پمپ بادی پر می شود و یک منطقه دریچه ای برای رگ یابی دارد. حالت قاب مانند اطراف این قسمت باعث می شود پوست در جای خود ثابت بماند و کار رگ گیری به مراتب راحت تر شود.

کارآیی این وسیله در بالین چنان رضایت بخش بوده که توانسته یکی از سریعترین تاییدیه های FDA را به دست بیاورد، یعنی تنها در عرض 17 روز از درخواست تایید که در نوع خود یک رکورد به شمار می آید.

به نظر می آید ساخت و تولید آن هم کار سختی نباشد و امیدواریم هر چه زودتر آن را در مراکز درمانی و بهداشتی ببینیم.

فید نارنجی






تاریخ : شنبه 90/9/26 | 10:22 صبح | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
.: Weblog Themes By BlackSkin :.