نویسنده : فاطمه حاجی محمدی
پلیمر حافظه شکلی یا حافظه دار:
پلیمرهای حافظه شکلی (SMPs ) دسته مهمی از مواد هوشمند هستند که با توجه به ویژگی های برجسته ای چون وزن سبک، فشار بازیابی زیاد، هزینه کم و سهولت تولید نسبت به آلیاژهای حافظه شکلی، توجه بسیاری را در سال های اخیر جلب کرده اند.
پلیمرهای حافظه قابلیت این را دارند که پس از ایجاد حالتی موقتی و یا تغییر شکل به حالت اصلی و دائمی خود بازگردند و این تغییر نیز توسط یک محرک خارجی همانند تغییرات دمایی صورت می‌گیرد.
پلیمرهای حافظه شکلی قابلیت تغییر شکل و تثبیت به شکل موقت دارند. آن ها تنها پس از تغییر کوچکی در شرایط محیط، مانند گرما، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، pH ،نور، یونها، حلال، میدان صوتی، آنزیم، آب و غیره شکل دائمی اصلی خود را بازمی یابند.
این قابلیت ناشی از تلفیق ساختار و شکل شناسی پلیمر با فناوری پردازش و برنامه ریزی استفاده شده است که اصطلاحا به اثر حافظه شکلی ساده می شود. پلیمرهایی که اثر حافظه شکلی را نشان میدهند، دسته مهمی از مواد مصرفی در پزشکی، به ویژه برای استقرار در جراحی های کوچک تر هستند. این ویژگی منحصر به فرد موجب شده است تا پلیمرهای حافظه شکلی موادی مناسب و سودمند برای کاربردهای مختلف در فناوری، از جمله ساخت وسایل پزشکی هوشمند باشند.
– برای مطالعه بیشتر درباره پلیمر های هوشمند اینجا کلیک کنید
تاریخچه پلیمر های حافظه شکلی:
اصطلاح حافظه شکلی، اولین بار توسط Vernon در سال ۱۹۴۱ برای نوعی ماده دندانپزشکی ساخته شده از رزین استر متاکریلیک اسید دارای حافظه کشسانی پیشنهاد شد.
این ماده قابلیت بازیابی شکل اصلی خود را در اثر گرما داشت. در ادامه، در سال ۱۹۵۱ نخستین آلیاژ حافظه شکلی تهیه شد. با وجود تاریخچه طولانی در این زمینه، اولین پلیمر حافظه شکلی با مشخص شدن قابلیت جمع شوندگی گرمایی فیلم ها و تیوب های پلی اتیلنی شبکه ای شده در سال ۱۹۶۰ تهیه شد.
در سال ۲۰۰۲ ،Lendline و همکاران نشان دادند، می توان از این ترکیبات به عنوان نخ بخیه در عمل های جراحی استفاده کرد. این نوع نخ بخیه قابلیت آن را دارد تا بدون اعمال نیروی دست، خود به خود و تحت اثر حافظه شکلی، باعث بسته شدن محل زخم شود.
مزایای پلیمر های حافظه شکلی:
پلیمرهای حافظه شکلی نسبت به آلیاژها مزایای بسیاری دارند که از جمله آن ها می توان مواردی نظیر هزینه کم، سبک بودن، دوام زیاد، مقاومت به خوردگی، عایق الکتریکی، آسانی فراورش، دمای انتقال قابل تنظیم، قابلیت تحمل فشار کششی تا چند صد درصد و نیز امکان طراحی و تهیه ترکیبات زیست سازگار و غیرسمی را نام برد.
انواع پلیمر های حافظه شکلی:
۱- پلیمر های حافظه دار دارای شبکه های فیزیکی:
هم بسپار های بلوکی خطی: انواعی از پلیمرهای حافظه داری که در این دسته قرار می‌گیرند عبارتند از پلی اورتان که از ذرات یونی و یا گران روی مذاب تشکیل شده اند و توسط متدهای پیش پلیمری ساخته می شوند. انواع دیگری از هم بسپار های بلوکی نیز وجود دارند که دارای اثر حافظه دار می‌باشند همانند هم بسپار های بلوکی پلی اتیلن ترفتالات و پلی اتیلن اکسید، هم بسپارهای بلوکی شامل پلی استایرن و پلی بوتادین و هم بسپار های ۳ بلوکی ABA که از (poly(2-methyl-2-oxazoline و پلی تترا هیدرو فوران ساخته می شود.
۲- سایر پلیمرهای ترموپلاستیک:
پلی نوربورنن های بدون شکل و خطی و یا پلیمر های ترکیبی ارگانیک و غیر ارگانیک که از واحدهای سازنده پلی نوربورنن به وجود آمده‌اند نیز با بخش هایی از POSS جایگزین می شوند و ماده نهایی از اثرات حافظه دار برخوردار است.
۳- پلیمرهای حافظه دار مجهز به شبکه های شیمیایی:
مهم ترین محدودیت پلیمرهای مجهز به شبکه‌های فیزیکی برای تولید انواعی از پلیمرهای حافظه دار در این مورد می باشد که تغییر شکل در آن ها در طی برنامه ریزی حافظه ای غیرقابل بازگشت بوده و این موضوع نیز ناشی از خزش است. امکان سنتز شبکه پلیمری توسط بسپارشی با چندین شبکه ساز چند کارکردی و یا با شبکه‌های پلیمر های خطی و یا شاخه ای وجود دارد. در نهایت موادی غیر قابل انحلال به وجود می‌آیند که در انواعی از حلال ها متورم می شوند.
۴- پلی اورتان های شبکه ای:
این ماده را می‌توان با استفاده از مقدار زیادی از دی ایزوسیانات ها و یا شبکه سازهایی همانند گلیسرین و تری متیلول پروپان تولید کرد. استفاده از شبکه ساز های کووالانسی باعث بهبود خزش و افزایش دمای بازیابی ماده می شود.
۵- ترموپلاستیک های مجهز به حافظه شکلی:
معمولاً پلیمرهای دارای حافظه شکلی به صورت سنتی محدود به پلاستیک های ترمو ستینگ میشوند اما انواعی از پلیمرهای تمام پلاستیک همانند پلی اتر اتر کتون هم می توانند در این دسته قرار بگیرند.
۶- پلیمر های حافظه دار حساس در برابر نور:
انواع پلیمرهای حافظه دار که با استفاده از این روش تغییر شکل می دهند از فرآیندهایی همانند شبکه سازی نوری و یا جداسازی نوری به منظور تغییر دمای انتقال شیشه‌ای استفاده می‌کنند. شبکه سازی نوری با استفاده از یک طول موج نور انجام می گیرد و این در حالی است که طول موج دوم نوری به صورت بازگشتی پیوندهای به وجود آمده را از هم جدا می کند. اثر به وجود آمده می تواند باعث شود که ماده حالتی بین یک الاستومر و یک پلیمر سخت داشته باشد. نور نیز اثری بر تغییرات دمایی ندارد فقط میزان چگالی شبکه سازی در ماده را تغییر میدهد. به عنوان مثال گزارش‌های موجود نشان می دهند که پلیمرهای شامل گروه های سینامیک می‌توانند با استفاده از اشعه فرابنفش به اشکالی از پیش تعیین شده تبدیل شوند و سپس با قرار گیری مجدد در معرض این پرتوها به شکل اولیه خود باز گردند با این تفاوت که پرتوهای مورد استفاده قرار گرفته برای بار دوم دارای طول موج کمتر از ۲۶۰ نانومتر هستند. انواعی از مواد به محرک های نوری واکنش نشان می دهند همانند سینامیک اسید و سینامیلیدن استیک اسید.
۷- پلیمر های حافظه دار حساس به نیروی الکتریسیته:
استفاده از نیروی برق به منظور فعال سازی اثر حافظه شکلی در انواعی از پلیمرها برای مواردی مناسب است که نمی‌توان در آن ها از حرارت استفاده کرد و در واقع این حوزه یکی از مواردی است که هم اکنون مورد مطالعه قرار گرفته است.
به تازگی از پلیمرهای حافظه دار رسانا به همراه لوله های نانو کربنی، الیاف کربنی، کربن سیاه و یا پودرهای فلزی نیکل استفاده شده است. اثر یاد شده در این نوع از پلیمرها به میزان زیادی بر محتوای فیلر و درجه تغییرات سطحی نانو لوله های کربنی وجود دارد.
یکی دیگر از تکنیک هایی که مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است شامل به کارگیری انواعی از ذرات نانو می باشد که دارای خواصی همانند حالت پارامغناطیسی و تغییرات سطحی هستند. زمانی که این مواد در ماتریس پلیمری قرار می‌گیرند مرحله انتقال و گذار شکلی فعال خواهد شد.
کاربرد پلیمر های حافظه شکلی:
از جمله کاربردهای پلیمرهای حافظه شکلی می توان به استفاده در روش های نوین دارورسانی، مهندسی بافت، کمک به حذف بسیاری از عمل های جراحی مانند درمان آنوریسم مغزی، تهیه ساده قطعات قابل کاشت داخل بدن، ترمیم بافت های نرم و غیره اشاره کرد.
۱- سامانه دارو رسانی:
امروزه دارورسانی کنترل شده به یکی از اهداف اصلی در طراحی مواد هوشمند برای کاربردهای پزشکی مبدل شده است Neffe و همکاران به تازگی شبکه های پلیمرهای حافظه شکلی تجزیه پذیری را به وسیله پخت با UV ،از پیش ماده های اولیگو تهیه کردند.
پژوهش گران پیشبینی کردند، این پلیمرهای حافظه شکلی با قابلیت رهایش دارو برای ساخت مجرای مصنوعی حالب با فعالیت باکتریایی یا به عنوان داربست برای مهندسی بافت قابل استفاده خواهند بود.
۲- مهندسی بافت
مهندسی بافت زمینه ای است که روی توسعه جایگزین های زیستی به منظور ترمیم، حفظ و بهبود عملکرد بافت تمرکز می‌کند. در فرایند مهندسی بافت، سلول ها روی داربست به منظور تشکیل بافت، کشت داده می شوند. سپس، بافت تشکیل شده در ناحیه مورد نظر داخل بدن کاشته می شود. کاشت موفق یک بافت مهندسی شده به مقدار قابل توجهی وابسته به نقش داربست سه بعدی دارد که سلول ها روی آن کشت داده شده اند. از ویژگی های منحصر به فرد پلیمرهای حافظه شکلی قابلیت استفاده از آن ها برای کاربردهای مهندسی بافت است. زیرا، داربست های ساخته شده از پلیمر حافظه شکلی می تواند در حداقل اندازه خود (شکل موقت) به ناحیه بافت آسیب دیده انتقال داده شود. سپس تحت تاثیر دمای بدن به شکل اصلی خود (اندازه اصلی) بازگردد که دقیقا مطابق با اندازه بافت مورد نظر است. اخیرا، شبکه پلیمر حافظه شکلی تجزیه پذیر بی شکل دارای اتصالات عرضی از یک درشت مولکول ستاره ای شکل توسعه یافته است.
۳- استفاده از پلیمرهای حافظه شکلی در تجهیزات پزشکی:
۳-۱- استنت های عروق مصنوعی:
استنت ها لوله های توری فلزی از جنس ویژه هستند که پیش از استفاده، به شکل جمع شده و توان عبور در درون هر نوع مجرا و رگ و لومن را دارد. آن ها هنگام قرار گرفتن در محل مد نظر قابلیت بازشدن و افزایش حجم به ابعاد مورد نیاز پزشک را دارند. دست‌یابی به استنت شویش دارو موفقیتی در فناوری مربوط به استنت ها محسوب می شود.
تهیه استنت های صرفا برپایه پلیمر، دارای مزایای بسیاری، به ویژه استفاده از اثر حافظه شکلی است. استنت های پلیمری حافظه شکلی همان مزایای انواع فلزی را دارند، با این تفاوت که نسبت به نوع قبلی کمتر توسط بدن پس زده می شوند.
Wache و همکاران در سال ۲۰۰۳ موفق به تهیه و سنتز نوعی استنت پلیمری حامل دارو با خاصیت حافظه شکلی شدند. نمونه اولیه این استنت با استفاده از پلی‌یورتان گرمانرم، پس از تزریق و اکسترود شدن، در شرایط آزمایشگاهی آزمایش شد.
Baer و همکاران گزارشی را در ارتباط با کاربرد پلیمرهای حافظه شکلی در تهیه عروق و استنت های فعال شده با لیزر ارائه کردند. نویسندگان در مطالعه اول، پلیمرهای حافظه شکلی را برای افزایش تطابق آن ها به هدایت استنت از راه عروق پرپیچ و خم پیشنهاد کردند. در مطالعه دوم، پلی‌یورتان گرمانرم در عروق مدل آزمایش شد و با گرمادهی لیزری استقرار یافت. استقرار کامل استنت ها، به دلیل از بین رفتن فرایند هم رفتی در شرایط جریان ممکن نبود. با این حال، بخش قابل توجهی از کار به بررسی مقدار گرما و قدرت مورد نیاز برای فعال کردن استنت ها با لیزر، بدون آسیب رساندن به عروق اطراف آن اختصاص داده شد. مهم تر اینکه پژوهشگران، امکان پذیری و اثربخشی استنت پلیمری خالص ساخته شده از مواد با حافظه شکلی را نشان دادند. این استنت با موفقیت در بدن ۱۵ نفر کار گذاشته شد و به مدت ۶ ماه تحت کنترل و نظارت قرار گرفت. در نهایت، هیچگونه عارضه قلبی مهمی در هیچ یک از موارد مشاهده نشد.
۳-۲- سیم های حذف لخته خون:
از روش های حذف لخته خون ایجادشده در مسیر عروق و جلوگیری از انواع سکته، حذف مکانیکی لخته است. بدین ترتیب، لخته به یک باره برداشته شده و بدن سریع تر به حالت عادی خود بازمی گردد. از این رو، Maitland و همکاران در سال ۲۰۰۲ ، پلیمرهای حافظه شکلي پلی‌یورتانی گرماسخت را مطالعه کردند بدین منظور، پلیمر حافظه شکلی به شکل سیمی تهیه شد که بتواند لخته را سوراخ کند. پلیمر حافظه شکلی که حالت موقت آن صاف است، وارد لخته خون می شود سپس با گرمایش به وسیله لیزر، این سیم به حالت دائمی سیم پیچ یا فنر تبدیل می شود در این حالت، سیم می تواند مانند قالب به لخته گیر کند و باعث خارج شدن لخته شود.
۳-۴- سوزن های دیالیز:
به‌کارگیری سوزن تعدیل کننده از پلیمر حافظه شکلی، مثال ایده آلی برای نشان دادن چگونگی استفاده از پلیمرهای حافظه شکلی به منظور ارتقای فناوری های پزشکی فعلی و نوین است. در این باره، پلیمر حافظه شکلی تمام سامانه مورد نظر را تشکیل نمی دهد، بلکه تنها بخش کوچکی از آن را تشکیل می دهد. در دیالیز از دو سوزن استفاده میشود، یکی مسیر ورودی را تعریف می‌کند و دومی مسیر خروجی دیالیز به شمار میرود. به طور کلی، هنگام دیالیز عوارض ناشی از تنش در گردش خون ناشی از سوزن دیالیز مشاهده می شود. برای این منظور، تعدیل کنندهای را از راه سوزن دیالیز عبور می دهند که بتواند بر اثر گرمایش توسط دمای بدن منبسط شود و پس از تکمیل فرایند دیالیز، بتواند مجددا به حالت اولیه و منقبض خود بازگردد. بدین منظور، پلیمرهای حافظه شکلی یکی از بهترین گزینه های موجود هستند. محاسبات دینامیک سیالات و تصویرهای آزمایش گاهی نشان می دهند، تنش برشی دیواره با استفاده از این تعدیل کننده کاهش می‌یابد.
۴- دستگاه های ارتوپدی
۴-۱- بازسازی بافت نرم:
بازسازی بافت نرم، مانند ترمیم رباط یا آسیب تاندون، روش های ارتوپدی معمول هستند که عموما در پزشکی ورزشی دیده میشوند. به عنوان مثال، ترمیم رباط صلیبی قدامی از شایع ترین آسیب های مربوط به زانوی ورزشکاران است. در بازسازی بافت نرم، اکثرا فناوری تثبیت برای ترمیم، برپایه دستگاه های پیچ مانند است. در سال ۲۰۰۸ ،Yakacki و Gall برای ترمیم بافت های نرم، پلیمرهای حافظه شکلی را مطالعه کردند. آنها یک قطعه پلیمری با قابلیت اثر حافظه شکلی را وارد حفره ایجاد شده در استخوان کردند بدین منظور، ابتدا نمونه را تا بیش از دمای انتقال شیشه ای گرما می دهند، سپس آن را می‌کشند تا قطر کمتری داشته باشد. آن را به همین شکل سرد می‌کنند تا شکل موقت تثبیت شود. سپس آن را وارد بدن می‌کنند تا نمونه تهیه شده امکان منبسط شدن مجدد به حالت اولیه با گرمایش به وسیله دمای بدن را داشته باشد. این انبساط به اندازه ای است که کل حفره ایجاد شده را می پوشاند. در روش های قبلی که از پیچ های فلزی استفاده میشد، برای تثبیت پیچ عموما اندازه آن را بزرگتر از حفره انتخاب می‌کردند که همین مسئله باعث آسیب بافتی می شد. مهمترین مزیت پلیمرهای حافظه شکلی در این کاربرد، سهولت نصب و کارگذاشتن آن است. افزون بر این، پلیمرهای حافظه شکلی میتواند برای توزیع نیروهای تثبیت به طور یکنواخت، به یک‌باره فعال شود. همین مسئله آسیب بافتی را به نوبه خود بیشتر کاهش میدهد. همچنین، پلیمرهای حافظه شکلی می توانند متناسب با شرایط بیماران خاص به وسیله مطابقت دادن نیروی بازیابی شعاعی با کیفیت استخوان فرد مربوط استفاده شوند.
۵- سیم های ارتودنسی:
ارتودنسی حوزه ای است که در آن پلیمرها هم به لحاظ ایجاد زیبایی و هم اثر حافظه شکلی مربوط بسیار مورد توجه هستند. بر این اساس، در یک طرح پژوهشی در باره پلیمرهای حافظه شکلی نوعی پلی‌یورتان در تهیه سیم های ارتودنسی استفاده شد در این مطالعه، مدل دندان در شرایط آزمایشگاهی برای آزمایش اصلاح دندان منحرف شده، استفاده شد. نتیجه این پژوهش، تهیه سیم های ارتودنسی پلیمری بود که ضمن زیباتر بودن نسبت به نمونه مشابه فلزی آن ها، بسیار کمتر قابل رویت بود. این مسئله برای بیماران دهان و دندان بسیار حائز اهمیت است.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.