0
04136674922

مروری بر جنبه های خوردگی فلزات مصرفی برای ایمپلنت بدن – قسمت سوم

اگر چه در بین مواد زیستی – پزشکی یا بیومواد (Biomaterials) مصرفی در بدن، فلزات و آلیاژها از دیرباز جایگاه ویژه ای داشته اند و استفاده از آن ها برای ترمیم، جایگزینی یا تعویض اندام ها و اعضای بدن به گذشته دور بر می گردد اما همواره سازگاری زیستی و پیامدهای مصرف آن ها در بدن مورد بحث و بررسی بوده است. خوردگی فلزات، ایجاد محصولات خوردگی، آزاد شدن یون های فلزی در بدن و به طور کلی چگونگی بر همکنش بین فلز و بافت و نتایج آن از جمله عوامل تعیین کننده سازگاری زیستی فلز یا آلیاژ محسوب می شود. به همین دلیل اطلاع از جنبه های خوردگی فلزات و ارزیابی و سنجش رفتار خوردگی آن ها با آزمون های آزمایشگاهی و آزمون های در بدن می تواند مبنای مناسبی برای پیش بینی سازگاری زیستی و مناسب بودن آن ها برای کاربردهای پزشکی در بدن باشد. در این نوشته از عصر مواد ضمن معرفی اجمالی فلزات مصرفی برای ایمپلنت بدن، جنبه های خوردگی و پیامدهای آن در حصول موفقیت یا عدم موفقیت ترمیم یا درمان مورد بحث قرار گرفته و به نتایج برخی از پژوهش های به انجام رسیده اشاره شده است. پیشنهاد می شود قبل از مطالعه این قسمت، قسمت اول این نوشته را از این لینک و قسمت دوم آن را از این لینک بخوانید.

 

 

 

رفتار خوردگی و سازگاری تیتانیم و آلیاژهای آن

 

مطالعه رفتار بیولوژیکی عناصر فلزی نشان داده است که ترکیب مواد زیستی پزشکی باید برای به حداقل رساندن واکنش های متقابل بافت، با دقت طراحی شده باشد. واکنش های بافت موضعی یا واکنش های آلرژیکی ناشی از آن که به دلیل حضور ایمپلنت های های فلزی ایجاد می شوند از آزاد شدن يون های فلزی از ایمپلنت، پدید می آیند. این آزاد شدن يون ها به آهنگ خوردگی آلیاژ و حلالیت محصولات خوردگی اولیه وابسته است. در یک تحقیق و مطالعه خوردگی در بدن، مشخص گردید که وانادیوم، نیکل و کبالت عناصر سمی هستند، در حالی که تیتانیم و آلیاژهای آن، آلیاژهای کبالت، کروم، مولیبدن، نیکل، فولاد زنگ نزن، تانتالیم، زیرکونیم، نیوبیوم و پلاتین گروه مواد زیستی-پزشکی فلزی مقاوم به خوردگی را تشکیل می دهند. البته توجه به میزان حلالیت محصول خوردگی در بافت، انتخاب مواد مذکور را محدود می کند. تیتانیم و آلیاژهای آن، تانتالیم، نیوبیوم و زیرکونیم اکسیدهای نامحلول تولید می کنند. در جدول زیر واکنش بافت اطراف ایمپلنت های فلزی مختلف ارایه شده است. به منظور مقابله و پاسخ به مشاهدات و نتایج اولیه حاصل از مطالعات درباره خوردگی فلزات و آلیاژها، توسعه دو نوع آلیاژ تیتانیم شامل تیتانیم-۶ درصد آلومینیوم-۷ درصد نیوبیوم و تیتانیم-۵ درصد آلومینیوم-۲۵ درصد آهن صورت پذیرفت و نیوبیوم و آهن جایگزین وانادیوم در آلیاژ تیتانیم-۶ درصد آلومینیوم-۴ درصد نیوبیوم گردید زیرا گزارش شده است که واناديوم سمی است و سبب ظهور واکنش متقابل بافت می گردد. آلیاژهای مذکور هنوز حاوي آلومینیوم می باشد در حالی که پیشنهاد شده است که اثر آلومینیوم در رابطه با بافت استخوانی و اختلال سلسله اعصاب هنوز محتمل الوقوع و غير قابل پیش بینی محسوب می شود. متعاقب تولید آلیاژهای نیوبیوم دار، آلیاژهای بتاتیتانیم بر مبنای سیستم تیتانیم-موليبدن گسترش یافت و آلیاژهای تیتانیم-۱۲ درصد مولیبدن-۶ درصد زیرکونیم-۲ درصد آهن و تیتانیم- ۱۵ درصد مولیبدن- ۵ در صد زیرکونیم- ۳درصد آلومینیم و تیتانیم-۱۵ درصد مولیبدن-۳درصد نیوبیوم-۳ درصد اکسیژن تولید گردید. البته حضور مقدار زیادی مولیبدن در این گونه آلیاژها ممکن است بالقوه خطر ساز باشد زیرا همان طور که ذکر شد، نتایج مطالعات در حیوانات نشانگر واکنش های شدید بافت در اثر حضور مولیبدن بوده است.

 

بنابراین در ادامه کار، ترجیح داده شد تا حذف مولیبدن در آلیاژهای تیتانیم- ۱۵درصد زیرکونیم-۴ درصد نیوبیوم-۲ درصد تانتالیم-۰٫۲ درصد سرب و نیز تیتانیم-۱۵درصد قلع-۴ درصد نیوبیوم-۲ درصد تانتالیم-۰٫۲ درصد سرب در دستور کار قرار گیرد. بدیهی است عناصر قلع و سرب سازگاری زیستی کاملی ارایه نکردند و سرانجام توسعه و گسترش آلیاژ تیتانیم-۱۳ درصد نیوبیوم -۱۳ در صد زیرکونیم که دارای مقدار زیادی از عناصر زیست سازگار همچون نیوبیوم و زیرکونیم بود، صورت گرفت تا جوابگوی جنبه سازگاری زیستی مورد نظر باشد. گروهی از پژوهشگران نیز احتمال استفاده از آلیاژهای دوتایی تیتانیم – زیرکونیوم را بررسی کرده اند.

 

به تازگی آلیاژهای تیتانیم – نیوبیوم – زیرکونیم – تانتالیم که استفاده از عناصر برای تهیه آن ها فقط به عناصر زیست سازگار محدود شده بود، امکان به حداقل رساندن واکنش متقابل بافت را به خوبی فراهم ساخت. همان گونه که قبل از این ذکر شد، سازگاری زیستی یک آلیاژ فلزی با مقاومت خوردگی و نیز سازگاری زیستی محصولات خوردگی آن آلیاژ ارتباط دارد. اطلاعات حاصل از پژوهش های به انجام رسیده درباره خوردگی فلزات نشان می دهد که تیتانیم و آلیاژهای آن مقاومت خوردگی عالی دارند اما دقت و توجه کافی باید صورت گیرد تا ترکیب شیمیایی آن ها بینه گردد. آلیاژهای بتاتیتانیم عموماً رفتار خوردگی مطلوبی نشان می دهند. البته مقاومت خوردگی این گروه از آلیاژها نیز به ترکیب آلیاژ و محيط خورنده وابسته است.

 

برای مثال، آزمون های پولاریزاسیون آندی دلالت بر این دارد که اکسید محافظ آلیاژ تیتانیم-۱۲ درصد مولیبدن-۶ درصد زیرکونیم-۲ درصد آهن از نظر پتانسیل شکستگی رویین شدن مشابه آلیاژ تیتانیم-۶ درصد آلومینیم-۴ درصد وانادیم است. در حالی که چگالی جریان خوردگی آلیاژ تیتانیم-۵ درصد مولیبدن-۵ درصد زیرکونیوم-۳ درصد آلومینیم کمتر از چگالی جریان خوردگی تیتانیم خالص تجارتی است.

 

سنجش های الکتروشیمیایی آلیاژ تیتانیم-۱۳ درصد نیوبیوم-۱۳ درصد زیرکونیم هم نشانگر توانایی تیتانیم، نیوبیوم و زیرکونیم در ایجاد لایه رویین بسیار محافظ بود که در مقایسه با آلیاژ تیتانیم-۶ د صد آلومینیوم-۴ درصد وانادیم در پتانسیل بسیار کمتری فراهم می شد.

 

نیوبیوم و زیرکونیم رویین شدن ایده آلی ظاهر می سازند و تمایلی ندارند که شکستگی شیمیایی لایه رویین ایجاد گردد و آهنگ حل شدن این عناصر در حالت رویین حداقل است. در حقیقت، نیوبیوم و زیرکونیم در تشکیل آنی لایه رویین بسیار محافظ بر روی آلیاژهای تیتانیم مشارکت دارند و همانند آلومینیم و وانادیم که به شکل یون فلزی حل شده در محیط آزاد می گردند، عمل نمی کنند.

 

باید انتظار داشت که ترکیب اکسیدهای سطحی و با توزیع آن ها بر رفتار خوردگی آلیاژهای مصرفی در بدن تاثیر بگذارد. بنابراین مشخصه یابی دقیق این گونه سطوح ضروری است تا اطلاعات صحیح درباره خوردگی و تفسیر کافی برای بهینه سازی زیست سازگاری آلیاژهای تیتانیم حاصل گردد. آلیاژهای تیتانیم مواد بسیار مناسبی برای ایمپلنت های تحت بار می باشند و برای تهیه انواع مختلف ایمپلنت های بدن توام با موفقیت به کار رفته اند. البته این گونه آلیاژها مثل سایر فلزات، توانایی بسیار کمی برای ترویج رشد استخوان دارند و از طرف دیگر مقاومت خوردگی-سایشی آن ها ضعیف است.

 

استفاده از پوشش تیتانیم نایتراید (TiN) بر روی تیتانیم و آلیاژهای آن یکی از راه حل های اساسی در این رابطه بوده و در این زمینه پژوهش های گسترده صورت گرفته و مطالعاتی از طریق آزمون های آزمایشگاهی و آزمون در بدن به انجام رسیده است. پروتزهای مفصل ران که گوی یا کله گی آن ها با تیتانیم نایتراید پوشش داده شده، انتخاب و جایگزین بسیار مطلوبی محسوب می شود.

 

 

 رفتار خوردگی آلیاژهای پایه کبالت

 

این نوشته در حال تکمیل است …

ارسال دیدگاه