بایومتریال و انواع پروتزهای مورد استفاده در بدن انسان

[Peyman 16150]

توجه : برداشت از مطالب این تاپیک تنها با ذکر منبع آن مجاز می باشد. ( http://www.noandishaan.com )

 

 

مقدمه

 

بیومتریال یا ماده زیستی - پزشکی یک ماده مصنوعی است که برای جایگزین سازی یا تعویض بخشی از بدن انسان یا موجود زنده یا به منظور کارکردن در تماس نزدیک با بافت زنده استفاده می شود. به عبارت دیگر بیو متریال ماده ای است که در بدن موجود زنده بی اثر و از نظر داروشناسی خنثی است و برای کاشتن در سیستم های زنده یا استفاده همراه با آن ها طراحی گردیده است. موارد استفاده از بیومتریال در جایگزین سازی و تعویض اعضاء و اندام هایی از بدن است که بر اثر بیماری یا آسیب، کاربری خود را از دست داده اند، تا از این طریق جراحت یا بیماری اعضاء مذکور التیام پذیرد، کاربری و عمل آنها اصلاح شود و ناهنجاری یا وضعیت غیر طبیعی آن ها تصحیح گردد.

 

بیومتریال های مصرفی در چهار گروه فلزات و آلیاژها، پلیمرها، بیوسرامیک ها و کامپوزیت ها دسته بندی می شوند و رفتار و خواص شیمیایی، فیزیکی- مکانیکی و امثال آن و نیز زیست سازگاری آن ها اهمیت اساسی دارد. زیست سازگاری شامل پذیرش کاشتنی مصنوعی توسط بافت بدن و به طور کلی توسط بدن انسان است. ماده زیست سازگار ساختار اطراف خود را تحریک نمی کند و حساسیت ایجاد نمی نماید، به ایجاد واکنش متقابل چون آماس و التهاب از طرف بافت اطراف دامن نمی زند، واکنش های حساسیت زایی را تحریک نمی کند و سبب ایجاد سرطان نمی شود.

 

 

 

امروزه کاربرد مواد پلیمری در ساخت پلاستیک های مورد مصرف در تکنولوژی پزشکی بی نهایت متنوع است. از مفصل ران و لگن و پای کامل مصنوعی گرفته تا دندان مصنوعی و تجهیزات کمک بینایی نظیر عدسی چشمی یا لنز و ... . همچنین توسعه اخیر در مورد کارگذاری لوازم کمک پزشکی ساخته شده از پلاستیک های ویژه که بدون اثر جانبی به تدریح جذب بدن می شوند و نیازی به برداشت آن توسط عمل جراحی نیست و نیز کاربرد نخ های فوق العاده مقاوم در مقابل پارگی و اغلب در ابعاد میکروسکوپی و از جنس پلی استر، پلی آمید و یا پلاستیک های مشابه که در جراحی چشم، برای بخیه قرنیه استفاده می شود، نشان دهنده پیشرفت های حاصله در زمینه استفاده از مواد پلاستیکی در مهندسی پزشکی می باشد.

 

 

 

در این مجموعه بدون بیان نکات تخصصی ساخت بایو متریال ها، کاربرد این مواد در ساخت اندام های مصنوعی بدن به اختصار مورد بررسی قرار می گیرد.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

تاریخچه

 

فعالیت های اولیه در زمینه کاربرد مواد و قطعات خارجی در بدن انسان مربوط به شکسته بندی و ترمیم استخوان های شکسته بوده که در این راستا وسایل فلزی مختلفی از جنس آهن، طلا، نقره، پلاتین، آلومینیوم، کبالت، فولاد زنگ نزن، سرب و ... مورد استفاده قرار می گرفت. البته بسیاری از این فلزات همواره مشکلات حادی را برای محیط بدن ایجاد کرده و باعث انجام واکنش های بافتی نامطلوبی می شوند.

 

 

 

در سال 1829 لورت ( Levert ) از آزمایش بر روی سگ ها نتیجه گرفت که از میان جمیع عناصر، فقط پلاتین حداقل تحریک کنندگی را نسبت به بافت های بدن دارد. فلزاتی مانند مس، نیکل، روی، فولاد و منیزیم در بدن انسان خورده می شوند اما در مورد طلا، نقره، آلیاژ کبالت، سرب و آلومینیوم این مشکل چندان حاد نیست. در عین حال سرب ماده ای بسیار سمی و نرم است و طلا و نقره نیز برای اکثر کاربردها ضعیف هستند. آلومینیوم نیز فلزی نرم بوده و در مجاورت سیالات بدن تجزیه می شوند. البته برخی فلزات و آلیاژهای دیگر نظیر ویتالیوم و تانتالیم که به ترتیب کاربرد دندانپزشکی و جراحی داشتند نیز معرفی شدند که بدلیل ضعف خواص مکانیکی و روش های پیچیده تولید، چندان استقبالی از آن ها صورت نگرفت.

 

نخستین ماده گرمانرمی که به عنوان پروتز جراحی استفاده شد، پلی متیل متا آکریلات یا پلیمر آکریلی بود. این ماده تا سال 1930 کاربرد زیادی نداشت و فقط در صنعت هواپیمایی به عنوان شیشه استفاده می شد. استفاده پزشکی آن برای اولین بار در پروتز دندانی بود و بعدا˝ در جراحی مفصل استخوان ران استفاده شد. پس از سال 1950 انواع دیگری از پلیمرها اعم از پلاستیک، لاستیک و الیاف، از جنس موادی نظیر پلی اتیلن، پلی اتیلن ترفتالات، پلی تترا فلوئورو اتیلن، پلی دی متیل سیلوکان، پلی اکریلو نیتریل، پلی آمیدها، پلی وینیل الکل و ... در بدن انسان مورد استفاده قرار گرفت. هم اکنون نیز کوشش های تازه ای در جهت استفاده از موادی مانند پلی پروپیلن، رزین های پلی استال، رزین های اپوکسی، لاستیک طبیعی، پلی یورتان ها، پلی هیدروکسی اتیل متا آکریلات، پلی آلکیل سیانو آکریلات و ترکیب های پلی الکترولیت در بدن انسان صورت گرفته است.

 

 

 

در پست بعد به انواع مواد مورد استفاده در بدن انسان پرداخته می شود.

 

 

[Peyman 16150]

مواد پلیمری مورد استفاده در بدن انسان

 

ماده مورد استفاده در بدن انسان باید وظیفه خود را در یک مدت زمان لازم از چند دقیقه تا طول عمر بیمار انجام دهد و از واکنش هایی که به بافت آسیب می رساند و یا خواص مطلوب ماده را کاهش می دهد، اجتناب شود. در کل شرایط لازم برای ماده مورد استفاده در بدن انسان مطابق جدول و به صورت ذیل است:

 

1. سازگاری بین ماده و محیطی که با هم در آن قرار می گیرند.

2. ویژگی های مکانیکی و فیزیکی مطلوب برای عملکرد مناسب در بدن.

3. آسان بودن تهیه و تولید اجزاء آن.

 

 

 

استفاده از مواد خارجی در بدن انسان ممکن است به دو صورت کلی زیر باشد:

 

1. ساختن و کارگذاشتن یک قسمت مصنوعی در جای خالی همان قسمت از بدن که به صورت یک عضو مصنوعی به جای عضو طبیعی بدن مانند چشم، دست، پا و دندان ها کار گذاشته می شود.

2. قرار دادن یک ماده جامد از قبیل بافت یا دارو در بدن. مانند قرار دادن عدسی مصنوعی داخی چشم، به کار بردن فلز یا استخوان یا بافت برای ترمیم ضایعات بدنی و بالاخره به کاربردن سوزن رادون یا قرص های هورمونی در بدن که برای طولانی شدن اثر درمانی آن ها به کار می روند و ... .

 

در جدول زیر ویژگی و کاربرد مهم ترین پلیمرهای مورد استفاده در بدن انسان آورده شده است.

 

 

 

[Peyman 16150]

واکنش بدن انسان به مواد پلیمری

 

اثر مواد پلیمری روی بدن انسان را از دو دیدگاه بررسی می کنند: یکی اثر مواد پلیمری روی بافت ها و دیگری روی خون. وقتی که ماده ای از طریق جراحی در بدن کارگذاشته می شود به ناچار تغییراتی در بافت های بدن ایجاد می شود و مفید خواهد بود که بعد از جایگذاری مواد پلیمری ، کار طبیعی بافت ها دوباره آغاز شود. در جدول زیر واکنش موضعی بافت ها نسبت به تعدادی از مواد پلیمری مورد استفاده در بدن انسان تشریح شده است.

 

 

 

 

مواد پلیمری مورد استفاده در بدن انسان ( بخصوص برای سیستم های قلبی و رگی ) چندین اثر روی خون دارند. مهم ترین اثر این مواد لخته زایی یا انعقاد خون است. همچنین اثر دیگری مانند همولیز خون ( تخریب عناصر یاخته خون ) ، پیر شدن سریع سلول های قرمز خون، تجزیه پلاکت خونی و جذب پروتئین های پلاسما نیز مشاهده شده است.

 

 

 

[Peyman 16150]

زوال مواد پلیمری در بدن انسان

 

پلیمرها همانند مواد فلزی از محیط اطرافشان تاثیر می پذیرند. در مورد پلیمرها، عمل تجزیه به صورت تغییرات شیمیایی در زنجیره های مولکولی می باشد. تحت تاثیر شرایط محیطی گوناگون، ممکن است طول مولکول ها تغییر یابد، تعدادی از گروه های وصل شده به زنجیرهای اصلی آزاد بشوند و یا تعداد دیگری اضافه شوند و... . در واقع یکی از مشکلات استفاده از مواد پلیمری در داخل بدن انسان، تغییر خواص مکانیکی آن، به خصوص افت استحکام کششی است.

 

 

به طور معمول عوامل تجزیه این مواد پلیمری داخل بدن فعال نیستند، چون دمای بدن در حدود 37 درجه سانتیگراد ثابت می باشد و تجزیه حرارتی اکثر پلیمرها در این دما ممکن نیست، هیچ پرتوی فرابنفشی وجود ندارد ( به جز برای پروتزهای چشمی و پوستی ) بنابراین تجزیه نوری هم رخ نخواهد داد، اکسیژن و ازن هم که این مواد را در داخل بدن تهدید کند، وجود ندارد. بنابراین تجزیه مواد پلیمری در بدن انسان می تواند فقط در اثر هیدرولیز، واکنش با عوامل اکسیدی بدن و یا در اثر آلودگی های میکروبی بدن اتفاق افتد.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

اعضای مصنوعی بدن

 

بر اساس آمار هرساله در آمریکا نزدیک به 135000 نفر آمریکایی ناچار به تعویض مفصل سر استخوان ران به لگن خاصره می شوند. در کنار آن، حدود 110000 نفر نیز هستند که زانوی خود را تعویض می کنند. اما این پایان کار نیست، زیرا علاوه بر جایگزینی این دو عضو، هر ساله در آمریکا ده ها هزار عضو دیگر با هزینه تقریبی نزدیک به دو میلیارد دلار، جای خود را به اعضای مصنوعی می دهد. در جدول زیر به برخی از این پروتزها اشاره شده است.

 

 

در ادامه برخی از پروتزهای پرکاربرد بدن - خصوصا˝ از لحاظ مواد سازنده آن ها - به اختصار مورد بحث قرار می گیرد.

 

 

 

[Peyman 16150]

پروتزهای چشمی

 

عدسی های چشمی از آنجایی که در تماس مستقیم با چشم هستند، باید کاملا˝ با بافت چشم سازگار باشند. این عدسی ها که از پلاستیک های آب دوست ساخته می شوند، توانایی جذب حداکثر چهل درصد آب را دارند. این گونه عدسی ها در حالت معمولی سخت هستند و زمانی که بر روی لایه نازک اشک چشم شناور می شوند، رطوبت چشم را جذب کرده و تبدیل به ماده ای نرم و منعطف می شوند. عدسی های مورد استفاده، فشاری بر روی چشم اعمال نمی کنند و حتی توسط چشم های حساس نیز تحمل می شوند و همچنین اکسیژن و سایر گازها را از خود عبور می دهند.

 

در طی سالیان اخیر گزارش های متعددی در ارتباط با اثرات زیان بخش نور ماوراء بنفش بر روی بافت چشم از جمله شبکیه، در مجلات پزشکی به چاپ رسیده است. بخشی از نور فرابنفش خورشید که طول موج آن کمتر از 286 نانومتر است توسط جو زمین جذب می شود. قرنیه چشم می تواند تا طول موج 300 نانو متر را جذب کند و بخش اعظم طول موج های مابین 300 تا 400 نانومتر نیز توسط عدسی چشم انسان جذب خواهد شد. بنابراین شبکیه تا حدودی از اثرات پرتو ماوراء بنفش مصون می ماند. البته اگر لنز چشمی بکارفته از جنس پلی متیل متا آکریلات باشد، تاثیری بر تابش اشعه فرابنفش بر چشم نخواهد داشت، زیرا بیش از 90 درصد این اشعه را از خود عبور می دهد. گرچه کارشناسان به فکر افتادند تا با افزایش یک افزودنی جاذب اشعه فرابنفش و یا با اتصال یک کروموفور (رنگساز) جاذب اشعه به پلی متیل متا آکریلات، ویژگی جذب اشعه فرابنفش را در آن پدید آورند، اما هنوز مشخص نیست که کدام روش نسبت به دیگری برتری دارد.

 

پلی متیل متا آکریلات (Poly Methyl Metha Acrylate: PMMA) ماده ای است شفاف با ضریب انکسار بالا، محکم و مقاوم و کاملا˝ خنثی در بدن انسان که خوشبختانه به هر شکل و قوامی در می آید. بهترین نوع PMMA نوع Perspex C.Q. است که استفاده از آن برای کراتوپروستز (پ.ن.1) و قرنیه مصنوعی پیشنهاد می شود. در ایران استفاده از ماده PMMA به صورت عدسی داخل کره چشم سابقه 8 ساله دارد و بیمارانی که چند سال قبل در چشم آن ها از این ماده به عنوان عدسی داخل کره چشم پس از عمل جراحی آب مروارید استفاده شده است خوشبختانه در قید حیات هستند.

 

 

کراتوپروستز و قرنیه مصنوعی

 

 

در حال حاضر عدسی های درون چشمی را از موادی مانند سیلیکون هايدروژل و پلی سولفون می سازند. در زیر دو نوع از این گونه لنزها معرفی شده اند:

 

1. لنز سيليکون هايدروژل نوع Galifilcon A شرکت جانسون اند جانسون، که در واقع سومين لنز سيليکون هايدروژل دنيا است. ضريب اکسيژن آن 86 Dk/t (پ.ن.2) واحد است و توسط FDA (Food & Drug Administration)، فقط برای مصرف روزانه تاييد شده است. اين لنز دارای ماده ای است به نام Hydraclear که طبق گفته های توليد کنندگان آن، باعث لطافت و نرمی اين لنز و آسايش بيشتر چشم می شود. درصد آب آن 47 است و Dk (پ.ن.3) آن برابر است با 60 واحد. طول عمر مفيد اين لنز، بصورت دو هفته مصرف روزانه معرفی شده است.

 

2. لنز Precision UV : نام پليمر سازنده Vasurfilcon A و ضريب اکسيژن آن 28 (Dk/t) واحد است. درصد آب آن 74 است و Dk لنز برابر است با 39 واحد. طول عمر مفيد اين لنز به تایید FDA : سه ماه از تاريخ باز شدن درب بسته بندی آن(تعويض فصلی)

 

 

لنز سيليکون هايدروژل نوع Galifilcon A

 

 

پی نوشت:

 

1- KeratoProsthesis : در صورت مناسب نبودن وضع چشم و قرنیه برای پیوند، از مواد مصنوعی بجای قسمت مرکزی قرنیه استفاده می کنند که تحت عنوان کلی کراتوپروستز نامیده می شوند.

 

2- . Dk/t يا Oxygen Transmissibility عبارتست از معياری برای ميزان عبور اکسيژن از لنز ساخته شده و کاملاً وابستگی دارد به طراحی و ضخامت لنز.

 

3- Dk يا Oxygen Permeability عبارتست از معياری برای ميزان عبور اکسيژن از ماده اوليه ای که در لنز بکار رفته و هيچگونه وابستگی به طراحی و ضخامت لنز ندارد.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

رگ های مصنوعی

 

رگ های مصنوعی (Vascular Grafts) پیوندی را می توان بر اساس نوع ماده سازنده، شیوه ساخت و قطر آن ها طبقه بندی کرد. برای رگ های با قطر زیاد (12 تا 38 میلی متر) معمولا˝ از پلی اتیلن ترفتالات (Poly Ethylene Tereftalite : PTE) یا همان داکرون استفاده می شود. برای قطرهای متوسط (5 تا 10 میلی متر) علاوه بر داکرون از پلی تترا فلوئورواتیلن (Poly Tetra Flour Ethylene: PTFE) با نام تجاری گورتکس (Gore -Text) و مواد طبیعی استفاده می شود. برای قطرهای کوچک (کمتر از 4 میلی متر) سایر رگ های بدن استفاده می گردد.

 

از نظر میزان مصرف، نصف بازار مربوط به پیوندهای با قطر زیاد و نصف دیگر مربوط به قطرهای متوسط می باشد. تقریبا˝ تمام رگ های با قطر زیاد از داکرون ساخته می شوند. 75 درصد از این رگ ها دوشاخه و بقیه ساده هستند. از رگ های دوشاخه برای جایگزینی قسمت های پایینی آئورت که شاخه ای است استفاده می شود. حدود 70 درصد از رگ های با قطر متوسط از گورتکس، 25 درصد از داکرون و 5 درصد از رگ های طبیعی، هستند. هم اکنون تنها یک درصد از رگ های با قطر کم از مواد مصنوعی ساخته می شوند.

 

رگ های مصنوعی جنس داکرون به روش بافتن حلقوی (Knitting) و بافتن تاروپودی (Weaving) ساخته می شوند. رگ های با قطر بزرگ در دو نوع متخلخل و غیر متخلخل ساخته می شوند. تخلخل این رگ ها تابع تعداد الیاف، قطر آنها و وجود یا نبودن یک لایه پرکننده کولاژن (Collagen - پروتئین ژلاتین دار در استخوان ها و پوست) و یا آلبومین است.

 

تخلخل باعث رشد سلول در داخل رگ مصنوعی شده و چسبندگی رگ به بافت مجاور آن را زیاد می کند. رگ هایی با سوراخ های 10 تا 25 میکرون بهترین شرایط رشد سلول را فراهم می آورند. قابلیت عبوردهی مایع در رگ با واحد در دقیقه نشان داده می شود و این اندازه گیری درفشار 120 میلی لیتر جیوه و با آب انجام می گیرد. بیشتر رگ های مصنوعی قابلیت عبوردهی 5300 - 2300 را دارند.

 

 

 

رگ های مصنوعی ساده و دوشاخه بزرگ و متوسط

 

 

پارامترهای مهم دیگری که باید در انتخاب یک رگ مصنوعی در نظر گرفته شوند، زیست سازگاری (Bio Compatibility)، خون سازگاری، سختی رگ، عمر خستگی و راحتی کار کردن با آن است. این پارامترها تابع جنس الیاف و شیوه قرار گرفتن آن ها در رگ می باشند.

 

 

 

[Peyman 16150]

مفصل های پلیمری

 

هر سال در حدود 270000 عمل جراحی جهت پیوند مفصل های مصنوعی به منظور اتصال استخوان ران به استخوان لگن، در دنیا صورت می گیرد و علاوه بر آن عمل جابجایی و پیوند در بسیاری از مفصل ها و استخوان های دست و پا به طور وسیعی صورت می گیرد. در کشورهای پیشرفته دنیا که از سطح بهداشت بالایی برخوردار هستند، به علت زیادتر بودن متوسط طول عمر افراد و در نتیجه زیادتر شدن احتمال آسیب دیدگی و فساد استخوان ها در سنین بالا، همواره نیاز به این نوع اعمال جراحی زیادتر است. یکی از نکات قابل توجه در این نوع اعمال جراحی پیوندی یا ترمیمی، گران بودن بهای مفصل های مصنوعی است. هر مفصل مصنوعی با توجه به نوع آن، قیمتی در حدود 700 دلار یا بالاتر دارد.

 

در سال 1946، برادران جودت (Judet Brothers)، ماده پلی متیل متا آکریلات را برای ساخت مفصل سر استخوان ران معرفی کردند. در سال 1951، والدیوس (Walldius) توانست یک پروتز کامل فلزی را - برای اولین بار - به عنوان مفصل زانو، مورد استفاده قرار دهد. در همین زمینه، نخستین تجربه ها با ماده پلی تترا فلوئورو اتیلن PTFE (تفلون) در سال 1985 توسط ژان کارنلی (John Charnley) صورت پذیرفت. اما از آنجا که تفلون در بدن به سرعت فرسوده می شود، کارنلی در سال 1962 ماده پلی اتیلن چگالی بالا (High Density Poly Ethylene: HDPE) را به عنوان یک جایگزین مناسب برای محل کارگذاری مفصل سر استخوان ران معرفی کرد.

 

هم اکنون عمومی ترین نوع پلی اتیلن، ماده ای با وزن مولکولی فوق العاده زیاد (UHMW-PEUltra High Molecular Weight Poly Ethylene: ) می باشد. پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا، دارای گرانروی ذوب بالایی است که بهره گیری از روش های فرآیند متفاوت از شیوه هایی که برای فرآیند پلی اتیلن با وزن مولکولی کم رایج است را ایجاب می کند. در این رابطه پودر پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا – که دارای درجه خلوص بسیار بالاست – را به صورت تخته های تفت جوشی شده پرس می نمایند، و این گونه تخته ها به عنوان ماده اولیه جهت ساخت قطعات پیوندی به کار می روند. علاوه بر PE ، موادی نظیر سرامیک- پلی اتیلن، سرامیک – سرامیک و فلز – فلز نیز برای ساخت پروتزهای ران و زانو استفاده می شوند.

 

مفصل های مصنوعی امروزی معمولا˝ شامل یک آلیاژ فلزی با کیفیت بسیار خوب هستند که به یک سطح حامل متصل شده اند و سطح مزبور از مواد پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده زیاد ساخته شده است و ترکیبی از ویژگی های قدرت، سختی و مقاومت در مقابل فرسایش را در خود دارند. علاوه بر این، مواد مزبور در مقابل زنگ زدگی، فرسایش و دگرگونی حاصل از مواد شیمیایی داخل بدن بسیار مقاوم است. سر مفصل ران عمدتا˝ از آلیاژهای کروم و کبالت و یا سرامیک های اکسید آلومینیوم ساخته می شود. بخش عمده ای از حفره مفصل ران نیز از جنس تیتانیوم با آستر پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا تشکیل شده است. قطعاتی که از این نوع مواد ساخته می شوند با استفاده از چسب های آکریلیک به استخوان متصل می شوند. شکل زیر مفصل مصنوعی انتهای ران به لگن را نشان می دهد.

 

 

 

ادامه دارد ....

 

 

[Peyman 16150]

ادامه مفصل های پلیمری

 

در شکل زیر پروتز مفصل سر استخوان ران (هیپ) و نحوه جایگذاری آن در درون استخوان ران نشان داده شده است.

 

 

 

تجربه و مطالعه نشان می دهد که در ساخت پروتز زانو، PE نقشی به مراتب مهم تر از ساخت پروتز مفصل سر استخوان ران (هیپ) دارد. دلیل این امر این است که عملکرد مفصل زانو به مراتب پیچیده تر از هیپ است، و نیازهای طراحی و مواد، با پلی اتیلن سازگاری بیشتری دارد.

 

 

 

استخوان یک عضو زنده است و در نتیجه نسبت به باری که بر آن تحمیل می شود، حساس است، به طوری که مدل و فرم خود را نسبت به بار تحمیل شده تعییر می دهد. این تغییر فرم طبیعی استخوان ها و نبود این ویژگی در فلزات سخت، به هنگام استفاده از آن ها در ساخت مفصل های مصنوعی می تواند مسئله ساز باشد. در ساخت مفاصل مصنوعی همسنگ بودن مدول مکانیکی مواد سازنده با مدول طبیعی استخوان ها (مدول یانگ - پ.ن. 1) ، از اهمیت زیادی برخوردار است. لذا تحقیقات انجام گرفته در این زمینه بر ساخت موادی متمرکز شده است که مدول سفتی آن ها معادل مدول سفتی قسمت های کورتیکال استخوان (پ.ن.2) باشد. برای رسیدن به این هدف استفاده از مواد کامپوزیت یا پلاستیک تقویت شده تحت بررسی قرار گرفت و دو گروه از موادی که مدول مکانیکی آن برابر مدول مکانیکی طبیعی استخوان بود شناسایی شدند.

 

هر دو گروه مواد حاوی کامپوزیت های تقویت شده با آپاتیت (پ.ن.3) هستند و سفتی آن ها با استفاده از درصدهای مناسبی از ماده مزبور، تنظیم گردیده است. گروه اول این کامپوزیت ها که بر اساس زمینه ای از پلی اتیلن چگالی بالا (HDPE) ساخته شده اند، پایداری طولانی مدت در بدن داشته و در حال حاضر به منظور طراحی انواع مفصل های قابل جایگزینی با نوع طبیعی آن ها، مورد بررسی و استفاده قرار گرفته اند. لازم به ذکر است که مواد پلی اتیلن چگالی بالا دارای خواص سایشی مناسبی برای پروتزهای مفاصل استخوان ران می باشد. این مواد برای کاربردهای با تنش زیاد استفاده نمی شود. پلی اتیلن چگالی بالا دارای خواص خوب مقاومتی نسبت به اغلب اسیدهای شیمیایی می باشد.

 

گروه دوم کامپوزیت های در حال توسعه موادی هستند که در آن ها نوعی پلی استر به نام پلی هیدروکسی بوتیرات (Poly Hydroxy Butyrate: PHB) به کار رفته است. امتیاز این پلیمرها در دگرشوی (پ.ن.4) آن ها به وسیله سلول های بدن انسان است و به همین دلیل موارد استفاده فراوانی در تولید وسایل تثبیت کننده برای ترمیم شکستگی ها پیدا نموده است.

 

 

 

پی نوشت ها:

1. مدول یانگ استخوان معمولا˝ بین 18 تا 28 GPa در طول محور بلند آن و 7 تا 12 GPa در مقطع آن می باشد.

2. Cortical: کورتیکال، قشراستخوان است که دیواره متراکم استخوان های بلند را تشکیل می دهد. قسمت های کورتیکال از نظر مکانیکی آنیزوتوپ هستند، به این معنی که در جهت های مختلف دارای خواص مکانیکی مختلفی هستند.

3. آپاتیت یا نمک های کلسیم هیدروکسی یکی از مواد معدنی طبیعی بدن است که در خالص ترین حالت خود در مینای دندان ها وجود دارد. این ماده با وجود سفتی زیاد، سختی بسیار کمی دارد و به راحتی ترک خوردگی پیدا می کند.

4. دگرشوی، دگرگونی مواد به مشتقات جانبی بی آزار، پس از یک دوره چند ماهه را گویند. با پیشرفت دگرشوی، عضو پیوندی ضعیف شده و انعظاف پذیر می گردد و در نتیجه فشار وارد بر ماهیچه، به مرور و با بهبود استخوان، به این ناحیه منتقل می شود.

 

 

 

[Peyman 16150]

قلب های پلاستیکی

نخستین قلب مصنوعی که در عمل به کار رفت جارویک 7 نام داشت که دیگر کاربرد ندارد. این دستگاه بادکنکی بود، یعنی با فشار هوا، قلب بیمار را وادار به تپش می کرد و لوله اش که از دیواره سینه به داخل می رفت باعث عفونت می شد. علاوه بر این مشکلاتی نظیر سروصدا، حمل و نقل و از همه بدتر لخته شدن خون که باعث حمله قلبی می شود، همواره دارنده آن را آزار می داد.

 

دریچه مصنوعی مدترونیک – هال که نخستین بار در سال 1977 به بازار عرضه شد، به منزله نسل سوم دریچه های مصنوعی قلب بود که از سه جزء تشکیل شده بود: محفظه ای از جنس تیتانیوم یک پارچه، دیسک شناور از جنس کربن و حلقه درزدار متشکل از نوعی پارچه بافته شده از الیاف پلی تترا فلوئورواتیلن (تفلون) .

 

گزینش الیاف پلی تترافلوئورواتیلن به عنوان ماده اساسی حلقه درزدار به دلایل متعدد صورت گرفت. این نوع الیاف بر خلاف مواد دیگر که در گذشته مورد استفاده قرار گرفته بودند، از تجمع و انباشتگی سلول های جدید در ناحیه دریچه متحرک جلوگیری به عمل می آورد. افزون بر این انعطاف پذیری حلقه درزدار به جراح امکان می دهد تا دریچه را به سهولت به محل مورد نظر پیوند بزند، و بدین ترتیب از نشت خون از فضای میان حلقه درزدار و بافت قلب جلوگیری به عمل آورد. همچنین سوزن جراحی به سهولت در حلقه درزدار نفوذ می کند و از تلاش پزشک جراح به هنگام دوختن حلقه به دیواره داخلی قلب می کاهد.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

یاخته های مصنوعی

یاخته های مصنوعی اصولا˝ ساختارهای میکروسکوپی مصنوعی هستند که اندازه آن ها تقریبا˝ برابر اندازه یاخته های طبیعی است و پاره ای از فرآیندهای زیستی یاخته های طبیعی را تقلید می کنند. نخستین یاخته مصنوعی در سال 1957 توسط توماس چنگ (Tomas Chang) ساخته شد. سلول های ساخته شده قطری کمتر از یک میلیمتر داشته و حاوی هموگلوبین بسته بندی شده در غشای پلاستیکی بودند. از لحاظ نظری یاخته های مصنوعی کپسول های ریزی هستند که می توانند مواد را به مکان مورد نیاز در بدن برسانند بدون اینکه واکنش دستگاه ایمنی بدن را برانگیزند.

 

یاخته مصنوعی از لحاظ نظری می تواند محتوی هر چیز باشد: اکسیژن، دارو، آنزیم، پادتن، شیره یاخته ای و یا حتی خود یاخته. با وجود این تا کنون در کاربرد جاری پزشکی، این گوی های کوچک صرفا˝ حاوی زغال بوده اند. زغال سم خون افرادی را که دچار برخی مسمومیت های دارویی شده اند می زداید. این کار هموپرفوزیون ( Haemo Perfusion) نام دارد. پزشکان در این فرایند خون بیمار را از ستونی از یاخته های مصنوعی پر از زغال می گذرانند. با گذر خون از این ستون، غشای یاخته های مصنوعی که نفوذ پذیریشان انتخابی است، سم های خون را از خود عبور می دهند و به درون یاخته می کشند تا در آن جا جذب زغال شود. در عین حال این غشاء جلوی فرار زغال و آلوده کردن خون را که تازه پالایش یافته می گیرد.

 

یاخته های مصنوعی را می توان از سه راه اساسی ساخت: دو راه فیزیکی و یک راه شیمیایی. انتخاب شیوه ساخت بستگی به این دارد که یاخته ها را برای چه کاری می سازیم و می خواهیم در خود چه داشته باشند. با روش های فیزیکی می توان هر بار یک یاخته بزرگ به قطر یک میلیمتر و یا میلیون ها یاخته کوچک به قطر 8 میکرومتر یا کمتر ساخت. کلا˝روش های فیزیکی ارزان تر از روش های شیمیایی هستند.

 

برای ساختن یک سلول مصنوعی به صورت فیزیکی از روشی موسوم به " قطره " استفاده می کنند. در این روش محتوای یاخته قطره قطره بر روی سطح محلول پلیمری (به صورت لایه ای روی روغن پارافین) چکانده می شوند. همراه با افتادن این قطره ها به درون محلول، غشایی دور آن ها تشکیل می شود. با هم زدن مخلوط، قطره های محفوظ در غشاء به درون روغن می روند و سفت می شوند. سپس مایع آلی را که بسپار در آن حل شده است جدا می کنند و یاخته ساخته شده را در محلول آبی کلروسدیم معلق می سازند. برای تولید میلیون ها یاخته مصنوعی میکروسکوپی به جای چکاندن یک قطره درون محلول بسپار و روغن، امولوسیون قطره های ریز در مایعی روغنی درست می کنند. وقتی محلول بسپار به امولوسیون افزوده شود، قطره های ریز را می پوشاند. سرانجام یاخته ها را پاک می کنند و درون محلول آبی انبار می کنند.

 

اگر یاخته مصنوعی از راه شیمیایی ساخته شود، ماده ای محلول در آب مانند دیامین که از اجزای نایلون است به مایع روغنی و محتوی یاخته افزوده می شود و محلول امولوسیون می گردد. سپس یک ماده شیمیایی محلول در روغن مانند دیاسید را که آن نیز از اجزاء نایلون است، در حلال آلی حل می کنند و به مخلوط می افزایند، با برخورد دیامین و دیاسید، واکنش شیمیایی یعنی بسپار شدن رودرو رخ می دهد و غشاء نایلونی دور محتوای یاخته تشکیل می شود. سپس حلال آلی را جدا و یاخته های پاک شده را درون محلول آبی می گذارند.

 

 

یاخته های مصنوعی معلق در محلول

 

 

[Peyman 16150]

دندان مصنوعی

در زمينه دندانپزشکی پروتزها معمولا˝جايگزين دندان های از دست رفته مي شوند، ولی تنها این مورد نيست و در مواردی که قسمتی از فک به دلايلی مثل سرطان و تصادفات و غيره از بين مي رود توسط پروتز های مصنوعی ساخته شده جايگزين مي گردد. برای جايگزينی دندان های از دست رفته، از سه نوع پروتز استفاده مي شود: پروتز های متحرک، ثابت و ايمپلنتها که خود نوعی از پروتز ثابت ميباشد.

 

 

یکی از مواد پر مصرف پلیمری در ساخت دندان مصنوعی - که در سال 1935 توسط اتو رم (Otto Rohm)، شیمیدان آلمانی، به ثبت رسید - پلی متیل متا آکریلات (PMMA) که به آن پلکسی گلاس نیز می گویند، نام دارد. از PMMA همچنین برای روکش کردن دندان ها استفاده می شود و ماده ای برای جایگزینی آمالگام (پ.ن.1) که بعد از سال ها استفاده از آن رو به کاهش است، محسوب می شود.

 

امروزه مدل دندان های انسان استفاده فراوانی در کارآموزی های عملی دانشجویان دندانپزشکی دارند. این مدل ها شامل تک تک دندان ها و همچنین آرواره های بالا و پایین می باشند که از جنس رزین اپوکسی ساخته می شوند و برای ایجاد یک حالت طبیعی در آن ها، دو آرواره را با استفاده از یک مفصل فنری به هم وصل می کنند. استحکام فوق العاده و مقاومت حرارتی بالای این دندان های مصنوعی به دانشجویان اجازه می دهد با استفاده از مته های دندانپزشکی و با زاویه ای بسته، آن ها را سوراخ کنند. زیرا که رزین اپوکسی به مته دندانپزشکی آسیبی نمی رساند.

 

 

پی نوشت ها:

 

1. آمالگام آلیاژ جیوه با فلز یا آلیاژ دیگری است. آمالگام دندان مخلوط جیوه با آلیاژهای مرکب از نسبت های متغییر نقره، قلع و مس، که به خوبی پخش شده باشند، می باشد. هم اکنون پس از گذشت یکصد سال، مصرف گسترده این ماده به دلیل خطرات احتمالی آن به خصوص سمی بودن و اثرات بیولوژیکی آن بر بدن انسان، رو به کاهش است.

 

 

 

:icon_gol: