استفاده از بیومواد به صورت کاربردی و عملی توسط جی لیستر در دهه ۱۸۶۰ میلادی آغاز شد. به علت ملاحظات مختلفی که در به کارگیری اجسام خارجی (ایمپلنت ها) در بدن وجود دارد، تجربه های پیشین عموماً موفقیت آمیز نبود. یکی از علل اصلی این امر، شناخته شدن بیوماده یا همان ایمپلنت به عنوان یک عضو مهاجم در بدن توسط سلول های ایمنی بود. در این شرایط سیستم دفاعی بدن به عضو خارجی (ایمپلنت) واکنش تدافعی نشان داده و آن را اصطلاحاً پس می زند. اولین ایمپلنت های موفقیت آمیز مدرن در جراحی های تثبیت استخوان شکسته شده، استفاده شدند. لازم به ذکر است که به علت مشابه نبودن مدول این ایمپلنت ها با مدول استخوان و کمتر بودن نسبت به آن، در اثر تنش های فشاری دچار شکستگی می شدند.
در ابتدا برای ساخت ایمپلنت ها، موادی مانند فولادهای وانادیم دار به خاطر ویژگی های خوب در نظر گرفته شدند، ولی این فولادها، در بدن متحمل خوردگی سریع می شدند. پس از معرفی فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای کبالت-کروم در دهه ۱۹۳۰، در تثبیت شکستگی موفقیت بیشتری به دست آمد و جراحی های موفقیت آمیز جایگزینی مفصل انجام شد. به علت پیشرفت های بیشتر در مواد و تکنیک های جراحی، جایگزینی رگ های خون در دهه ۱۹۵۰ میلادی امتحان شد. جایگزینی دریچه قلب و همچنین مفصل سیمانی در دهه ۱۹۶۰ میلادی انجام شد. در سال های اخیر پیشرفته ای بیشتری در شاخه های مختلف کاربردی دیده شده است.
مواد ایمپلنت فلزی
فلزات به عنوان اولین مواد برای تولید انواع ایمپلنت ها، استفاده شده اند. فولاد وانادیم دار شرمن اولین ماده فلزی است که به صورت خاص برای استفاده در بدن انسان توسعه یافت. این ماده برای ترمیم شکستگی استخوان به شکل صفحه و پیچ استفاده می شود. برخی از عناصر فلزی دیگر مانند آهن، برای عملکرد سلول، مفید و ضروری می باشد. مواد فلزی نمی توانند در مقادیر زیاد در بدن تحمل شوند. این مساله به علت سازگاری محدود و تمایل به خوردگی آن ها در مایعات بدن می باشد. محصولات خوردگی می توانند در بافت ها نفوذ کرده و باعث اثرات ناخواسته گردند.
خوردگی، یک واکنش شیمیایی نامطلوب بین فلزات و محیط اطراف آن ها می باشد. بدن انسان، دارای محیطی تهاجمی نسبت به فلزات کاشته شده می باشد. واکنش بین فلزات و مایعات بدن باعث تخریب فلز به اکسیدها و ترکیبات دیگر می شود. بنابراین، باید توجه بیشتری به دوام خوردگی یک کاشت فلزی به عنوان ویژگی مهم کاربردی بودن آن، به عنوان یک ماده زیست سازگار نمود. در ادامه برخی از نمونه های آلیاژهای فلزی زیست سازگار معرفی می گردد:
- آلیاژهای طلا
طلای خالص نسبتاً نرم است. بنابراین، استفاده از این فلز به عنوان یک ماده ترمیمی، محدود به قسمت هایی می شود که در معرض بارگذاری یا فشار بسیار بالا نیستند. به عبارت دیگر، آلیاژهای طلا به علت مقاومت نسبت به خوردگی و ثبات آن ها، در دندان پزشکی مفید هستند. مقاومت خوردگی در آلیاژهای حاوی ۷۵% وزنی طلا و فلزات نجیب دیگر حفظ می شود. به علاوه، آلیاژهای طلا ویژگی های مکانیکی دارند که برتر از طلای خالص می باشد. به عنوان نمونه، اضافه شدن مس در زمینه طلا، استحکام آلیاژ حاصل را به صورت قابل توجهی افزایش می دهد و در نتیجه ویژگی های مکانیکی آن را بهبود می بخشد.
- آمالگام دندانی
آمالگام، آلیاژی است که جیوه یکی از فلزات تشکیل دهنده آن است. دلیل استفاده از آمالگام به عنوان ماده پرکننده دندان این است که جیوه در دمای اتاق مایع است. به این دلیل، می تواند با فلزات دیگر مانند نقره و قلع واکنش دهد و یک توده خمیری شکل را تشکیل دهد، که به آسانی در حفره دندانی فشرده می شود. این توده ی خمیری به مرور زمان سفت و محکم می شود. بنابراین، برای پر کردن حفره دندانی، دندان پزشک، آلیاژ جامد را با جیوه مخلوط می کند. محصول، ماده ای شکل پذیر است و می تواند برای پر کردن حفره آماده شده استفاده شود. آلیاژ جامدی که به عنوان ماده پرکننده دندان به کار می رود حاوی ۳% جیوه، ۶۵% نقره، ۲% مس و کمتر از ۲۶% قلع است.
- تیتانیم و آلیاژهای β و α+β آن
تیتانیم عنصری راهبردی است که خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی جالب توجهی از خود بروز می دهد. استحکام به وزن بالا، چگالی نسبی پایین و مقاومت به خوردگی از جمله این خواص هستند که موجب شده اند این فلز در میان سایر فلزات از برجستگی های قابل ملاحظه ای برخوردار باشد. این فلز دارای فازهای مختلفی است که هرکدام ویژگی های منحصر به خود را بروز می دهند. استفاده از تیتانیم در حوزه زیست پزشکی، به یک امر محرز بدل شده است، زیرا تیتانیم الزامات مورد نیاز را بهتر از هر ماده رقیبی (فولاد زنگ نزن، آلیاژهای CoCr، نایوبیم با خلوص تجاری و تانتالم با خلوص تجاری) برآورده می سازد. از جمله خواصی که برای کاربردهای زیست پزشکی مورد توجه می باشند، می توان به مقاومت به خوردگی، زیست سازگاری، چسبندگی (رویش درونی استخوان)، مدول الاستیسیته (باید تا حد ممکن نزدیک به مدول استخوان که در حدود Gpa ۳۰-۱۰ است، باشد)، استحکام خستگی و فرایندپذیری مناسب (ریخته گری و برقراری اتصال) اشاره کرد.
سه دسته از آلیاژهای تیتانیم (تیتانیم تجاری یا CP، آلیاژهای تیتانیم α+β و آلیاژهای تیتانیمβ) در حوزه زیست پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. به علاوه، وسایلی نیز وجود دارند که از آلیاژهای حافظه دار بر پایه ترکیب TiNi استفاده می کنند. تیتانیم CP و آلیاژ Ti-6Al-4V اولین مواد تیتانیمی مورد استفاده در کاربردهای زیست پزشکی بودند و حتی امروزه نیز این دو ماده بیشترین مصرف را در این حوزه دارند. به دلیل تردید در مورد مشکلات سمیت دراز مدت ناشی از وانادیم، آلیاژهای α+β مثل Ti-5Al-2.5Fe و Ti-6Al-7Nb در دهه ۱۹۸۰ توسعه یافتند. این دو آلیاژ ریزساختار مشابهی با آلیاژ Ti-6Al-4V دارند. سپس در دهه ۱۹۹۰، تعدادی آلیاژهای تیتانیم β توسعه یافتند که دلیل عمده آن استحکام خستگی بالاتر و مدول الاستیسیته کمتر آن ها نسبت به آلیاژهای تیتانیم α+β بود. این دو خاصیت برای کاربردهایی مثل ایمپلنت های اتصال مفصل ران حائز اهمیت است.
در ۱۰ سال گذشته، تلاش های زیادی برای فرمول بندی آلیاژهای جدید β به عنوان مواد ایمپلنت با استفاده از عناصر آلیاژی زیست سازگار(Mo، Zr، Ta، Nb) شده است. مهم ترین مزیت عملکرد آلیاژهای β، استحکام بالاتر و مدول الاستیسیته پایین تر نسبت به آلیاژهای α+β است. مزیت دیگر در مورد ساخت آن است که قطعات ریخته گری دقیق شده از آلیاژهای β که به سختی پایدار شده اند، خواص تقریباً یکسانی با محصولات کار شده و آنیل شده دارند.
- آلیاژ نیکل-تیتانیم (نایتینول)
در سال ۱۹۶۲ بوهلر و همکارانش خاصیت حافظه داری (به توانایی یک ماده برای برگشت به شکل اولیه خود، اثر حافظه داری می گویند، که این قابلیت در اثر اعمال حرارت و در نتیج هی آن، انجام استحاله فازی رخ می دهد) را در آلیاژی از Ti شامل ۵۰% اتمی Ni کشف کردند و آن را نایتینول نامیدند. خواص حافظه دای و سوپرالاستیسیته در آلیاژ های حافظه دار بر اساس استحاله های غیر نفوذی آستنیت-مارتنزیت می باشد. در آلیاژ نیکل-تیتانیم علاوه بر دگرگونی مارتنزیتی، استحاله فازی دیگری نیز اتفاق می افتد. این استحاله های نفوذی می توانند به طور موثری در بهبود اثر حافظه داری آلیاژ به کار گرفته شوند. وجود عناصر آلیاژی باعث تغییر در دماهای استحاله و در نتیجه اثر حافظه داری آلیاژ می شود. از مهم ترین کاربردهای آلیاژهای حافظه دار می توان به استنت های رگی، گیره های ارتوپدی، عضلات مصنوعی برای قلب و سیم های ارتودنسی اشاره کرد.
- استیل ها یا فولادهای زنگ نزن
ابزار و تجهیزات ساخته شده از فولاد زنگ نزن به علت آن که به راحتی استریل می شوند، مقاومت به خوردگی خوبی دارند و تیزی خود را حفظ می کنند، در کاربردهای پزشکی، جراحی و بیمارستانی کاربرد دارند. به عنوان مثال تجهیزات و وسایلی مانند اتوکلاوها، کابینت های نگهداری وسایل، تخت های جراحی و تجهیزات استریل کننده از جمله کاربردهای فولاد زنگ نزن می باشد.
انواع فولادهای زنگ نزن مورد استفاده در پزشکی و ایمپلنت ها عبارتند از:
فولادهای زنگ نزن فریتی
این دسته از فولادهای زنگ نزن که عملیات حرارتی ناپذیر بوده و قابلیت سخت شدن ندارند، کاربرد قابل توجهی در پزشکی نداشته و بیشتر در ساخت ظروف نگه دارنده موادغذایی و شیمیایی کاربرد دارند.
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی
این فولادها دارای ۱۱ تا ۱۸ درصد کرم بوده و از ناحیه آستنیتی با سرعت سرد می شود که در نتیجه باعث تشکیل فولاد زنگ نزن مارتنزیتی و مغناطیسی می شود. این فولاد دارای قابلیت سخت شدن می باشد و برای تهیه ابزار جراحی و برش استفاده می شود.
فولادهای زنگ نزن آستنیتی
افزودن نیکل باعث جلوگیری از دگرگونی فاز آستنیت به مارتنزیت طی سرمایش سریع آلیاژ می گردد. به طوری که تا دمای اتاق فاز آستنیت پایدار باقی می ماند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی ۳۰۲ و ۳۰۴ که دارای ۱۸% کرم و ۸% نیکل است و به ترتیب دارای ۰٫۱۵% و ۰٫۰۸% کربن می باشند، در ساخت سیم های ارتودونسی کاربرد فراوان دارند. همچنین فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶ با حداکثر ۰٫۰۳% کربن، در ساخت ایمپلنت های بدن استفاده می شود.
مطالب مرتبط:
- مروری بر جنبه های خوردگی فلزات مصرفی برای ایمپلنت بدن – قسمت اول
- پیشرفت های اخیر آلیاژهای پایه تیتانیم برای کاربردهای زیست پزشکی
- بیومواد، انواع و کاربرد آن ها + هندبوک علم بیومواد
- مواد مورد استفاده در دندان پزشکی یا مواد دندانی
- آمالگام دندانی از چه موادی تشکیل شده است؟
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.