تاپیک جامع بیو سرامیکها

[جینگیلبرت]

در این تاپیک درباره بیو سرامیکها و فرمول و مواد تشکیل دهنده و فناوریهای ساخت و کاربردها بحث و بررسی و تحقیق انجام خواهد شد.

 

[جینگیلبرت]

آرشیو مقالات سرامیک:

http://www.www.www.iran-eng.ir/showthread.php/126767

 

[جینگیلبرت]

ایمپلنتهای دندانی

جستجوی راهی برای جای گزینی دندان های از دست رفته از هزاران سال پیش آغاز شده است. باستان شناسان آرواره هایی از انسان های پیشین یافته اند که نشان می دهد دندان هایی از جنس صدف جای گزین دندان های از دست رفته شده اند. در این سال ها ایمپلنت هایی از جنس طلا، نقره، تانیالیوم، کروم و کبالت امتحان شده اند.
امروز ه ایمپلنت های دندان از جنس تیتانیوم هستند که با عمل جراحی در استخوان زیر لثه برای جایگزینی ریشه دندان قرار می گیرند.

ایمپلنت های دندانی انواع مختلفی دارند:
• Subperiosteal
در این نوع ایمپلنت، داربستی تیتانیومی ساخته شده و بر روی سطح استخوان آلوئول قرارمی گیرد. به مرور زمان بدن فرد بافتی همبند تولید می کند که سبب چسبیدن این فلز به استخوان می شود. این داربست فلزی برای هر بیمار متناسب با لثه ها و به وسیله قالب گیری یا اسکن ساخته می شود.
• Transostea
اگر فک پایینی فرد لاغر باشد می توان از این نوع ایمپلنت استفاده کرد که توسط یک عمل جراحی در امتداد فک پایینی قرار گرفته و تا آلوئول نفوذ می کند.
• Endosteal
این ایمپلنت نیز در آلوئول قرار می گیرد که در هر دو مورد فک بالایی و پایینی کاربرد دارد و خود به چند دسته تقسیم می شود:
- Blade form:
با یک عمل جراحی این ایمپلنت نیز توسط چند تکیه گاه در طول یک شکاف قرار می گیرد.
- Cylinder form: این نوع ایمپلنت بدون دندانه است و باید محل قرار گیری آن را از قبل در استخوان آماده کرد تا فقط به درون محل هل داده شود.
- Screw form: این نوع ایمپلنت کاملا دندانه دار است و این حالت پیچی شکل به ثابت شدن در استخوان کمک می کند. انتهای آن در دو نوع موازی یا تیز ساخته می شود.
- Transitional:
این نوع ایمپلنت نازک بوده و برای مصارف ناگهانی است. با استفاده از CT اسکن می توان تصویری سه بعدی از استخوان ها برای هر چه بهتر انجام شدن ایمپلنت به دست می آورد. در بالای ایمپلنت hex قرار دارد که می توان درونی یا بیرونی باشد. در داخل ایمپلنت کانالی مارپیچی قرار داد که برای نگه داشتن پروتز تاج دندان است. پروتز تاج دندان در حقیقت توسط یک تکیه گاه روی hex قرار گرفته و ثابت می شود.
قسمت ثابت ایمپلنت همان بدنه آن است که از جنس تیتانیوم ساخته شده است. این قسمت باید در استخوان فک مورد نظر قرار گیرد. برای آن که بر روی ایمپلنت رشد بافت نداشته باشیم باید از Healing abutment (پایه درمانی) استفاده کنیم که باعث رشد طبیعی بافت می شود. از این پایه یا کلاه درمانی مدتی بعد از انجام ایمپلنت استفاده می شود و پس از آن وارد مرحله آخر یا ترمیم می شویم.
در این مرحله قالب گیری نهایی انجام می شود و در آخر نمونه دندانی در انتهای آن قرار می گیرد.پس از از دست دادن دندان، استخوان های فک در آن ناحیه تحصیل رفته و شکل آن دگرگون می شود. استفاده از ایمپلنت، پیچ های فلزی از تحلیل رفتن فک جلوگیری می کنند و از آنجا که این قسمت از ایمپلنت که درون بافت قرار می گیرد از تیتانیوم ساخته شده هیچ عوارضی نخواهد داشت. اما برخی بیماران برای استفاده از ایمپلنت دندانی مناسب نیستند به طور مثال افراد سیگاری به دلیل شایع بودن بیماری های لثه به علت مصرف سیگار، گزینه مناسبی برای این نوع ایمپلنت نیستند. همچنین افرادی که به دلیل تومور یا سایر ضایعات فکی مجبور به درمان با اشعه شدند کاندیدای خوبی نیستند.
ابتلا به بیماری های لثه و پریودنتال نیز بیمار ار از لیست حذف می کند. همچنین ابتلا به دیابت کنترل نشده بیماری های عفونی که باعث ضعف سیستم ایمنی بدن می شوند باعث از بین رفتن شانس پروتز دندانی می شوند.

ایمپلنت Osteocure معمولا برای اعمال جراحی ترمیمی و ضایعات استخوانی- غضروفی پر کردن سوراخ‌هایی که در استخوان ایجاد می‌شوند مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ایمپلنت قابلیت جذب داشته و دارای ساختمانی منفذ دار است که اجازه رشد طبیعی به بافت را می‌دهد. کیت ایمپلنت osteocure شامل ایمپلنت‌های سیلندری، تجهیزات تحویل و چاقوی قطع زوائد است. اندازه‌های استاندارد این ایمپلنت برای سوراخ‌هایی با عمق 5 تا 12 میلی متر طراحی شده اما ایمپلنت‌های بلند تری برای حالت‌ های خاص نیز وجود دارد.
با توجه به سایز ضایعه و ناحیه مورد نظر ایمپلنت‌ها با قطرهای مختلفی وجود دارند که با رنگ‌های مختلف کد گذاری شده‌اند. هنگامی که محل ضایعه به حد کافی قابل دید شد غلاف مته مستحکم و نازکی به قوس تالار وارد می‌شود به حالتی که کل ضایعه را در بر گیرد. در زمان کاشت یک مسدود کننده با سایز مناسب به دسته غلاف مته وصل می‌شود تا کاشت را ساده تر کند. غلاف مته به آرامی با خم کردن وسیله به خارج و داخل به سطح غضروفی وارد می‌شود. هنگامی که غلاف مته کمی پیش رفت، مسدود کننده از انتهای آن برداشته می‌شود. عمق می‌تواند به راحتی روی غلاف مته اندازه گیری شود چرا که با واحد اندازه گیری میلی متر، کالیبره شده است. باید غلاف مته به حالت عمود بر ناحیه مفصلی قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که پیوند، پس از کاشت در حالت تراز باقی می‌ماند. سپس کلاهک فلزی برداشته می‌شود در حالی که غلاف مته در عمق مورد نظر باقی می‌ماند. در مرحله بعد مته مربوطه به غلاف وارد می‌شود و ناحیه ضایعه با عمق طراحی شده، سوراخ می‌شود. عملیات ایجاد حفره تا هنگامی که تماس مته و غلاف قطع شود، ادامه پیدا می‌کند. در مرحله بعد هر دو خارج می‌شوند. حال ماده ایمپلنت پیوندی سیلندری از طریق تجهیزات وارد می‌شود. در یک سر ابزار تحویل پیستون و در سر دیگر ماده ایمپلنتی دیده می شود. پیستون به ناحیه ضایعه وارد شده و محکم فشار داده می‌شود و هم اندازه با حفره ایجاد شده ماده پیوندی از سر دیگر وسیله بیرون می زند که توسط چاقوی قطع زوائد، بریده می‌شود. سپس ابزار تحویل از سر دیگر به ناحیه ضایعه وارد می‌شود و از طریق فشردن سیلندر ایمپلنت به ناحیه وارد می‌شود و این ناحیه کاملا بامان پیوندی فشرده، پر می شود. با کاشت این ایمپلنت، داربست استخوانی ایجاد شده به خون، سلول‌های مغز استخوان و پیشرو اجازه انتقال به حفره را می‌دهند. این داربست استخوانی، از نظر مکانیکی محیطی حفاظت شده برای درمان و رشد سلول ها فراهم می‌آورد. سولفات کلسیم بین 6 هفته تا 6 ماه بعد حل می‌شود و بافت جدید در حفره ایجاد می‌شود. بین 6 تا 12 ماه بعد پلی مر دوباره جذب شده و بافت به تدریج جایگزین می‌شود تا 12 ماه بعد مان پلیمر پیوندی کاملا جذب شده و ناحیه معیوب دارای بافتی جدید می‌شود.
ايمپلنت پاشنه پا
انحراف پاشنه پا از زاویه نرمال می‌تواند در هر سنی ایجاد شود. بهتر است حالت‌های انحراف استخوان پا در دوران کودکی تصحیح شود چرا که در این سن استخوان‌ها نرم تر و غضروفی تر هستند و بهتر به تصحیح ایمپلنتی پاسخ می‌دهند. پس ممکن است تصحیح اشکال استخوانی بدون جراحی نیز ممکن باشد اما در دوران بزرگسالی با سخت شدن استخوان‌های پا و تاندون تیبیا کار مشکل می‌شود. جراحی تصحیح اشکال استخوانی در نواحی کف پا با از بین بردن قوس کف پا، منجر به تغییراتی در شکل مکانیکی بدن می شود تا آن جا که به پا، زانوها و لگن نیز فشار می آورد. صاف شدن قوس کف پا باعث کم شدن حالت تعادل، پایداری و ایجاد درد در حالت ایستاده می شود که این درد تنها محدود به کف پا نمی‌شود. ممکن است بیمار با شکایت از درد زانو و کمر به پزشک مراجعه کند. به علاوه با انحراف استخوان پاشنه به سمت خارج، حالت ظاهری پا نیز به شدت تغییر می‌کند، ضمن آن که انعطاف پذیری مفاصل نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. ایمپلنت Velix جراحی نسبتا غیر تهاجمی دارد. بدین ترتیب که با ورود ایمپلنت به ناحیه سینوس تارسی، استخوان های میانه پا به حالت نرمال بر می‌گردند.
ایمپلنت تالوس (TOV)Velix برای تصحیح انحراف استخوان کالکانئوس Valgus استفاده می‌شود. این ایمپلنت مخروطی شکل است تا با سینوس تارسی مطابقت پیدا کند و توخالی است تا نحوه کار گذاشتن ساده تر باشد. این ایمپلنت از آلیاژ تیتانیوم با کیفیت قابل کاشت در بدن و در 5 سایز طراحی شده است. این سایزها به صورت رنگ اختصاصی برای هر کدام و برای هماهنگی با تجهیزات مربوطه در نظر گرفته شده که این تجهیزات شامل پروب، سایزر، قلاب و پیچ گوشتی مخصوص می شود.
باید توجه داشت که به اعصاب کالکانئوس آسیب وارد نشود. یک شکاف کوچک بدون آسیب به رباط‌ها کافی است و احتیاجی به تارسکتومی وجود ندارد. در مرحله بعد پروب TOV در ناحیه سینوس تارسی وارد می شود. با چرخاندن این پروب در این ناحیه جایی کافی باز می شود. سیم راهنما از طریق این پروب وارد ناحیه شده و تا پوست پیش می رود. البته تا جایی که آسیبی به پوست وارد نشود. سپس پروب خارج شده و کوچک ترین سایز از طریق سیم راهنما به ناحیه سینوسی تارسی وارد می شود. اگر تصحیحی که مد نظر است ایجاد نشود سایز را با سایز بعدی بزرگ تر جا به جا می کنیم تا زمانی که کالکانئوس به حالت عمودی برگردد یا 2 تا 3 درجه انحراف ایجاد شود. سپس سایز مناسب انتخاب شده، خارج می‌شود تا TOV مربوط به آن جایگزین شود و به وسیله پیچ گوشتی ایمپلنت 6 وجهی، تا آن جا پیش رود که جا سازی ایمنی حاصل شود. رشته TOV از نوع برشی نیست. در زمانی که ایمپلنت به پیش می رود، پیچ گوشتی ایمپلنت را به ناحیه سینوسی تارسی هدایت کرده و می‌لغزاند. اما اگر پس از آن جراح بخواهد ایمپلنت را برگرداند پیچ گوشتی لزوما قادر به ایجاد حرکت معکوس در ایمپلنت نخواهد بود. پس از این مرحله، TOV جاسازی شده است. با ورود این ایمپلنت به ناحیه سینوس تارسی انحراف موجود در ناحیه کالکانئوس با ایجاد زاویه انحراف مناسب در بین استخوان ها تصحیح می‌شود.
ایمپلنت TOV دارای یک رشته داخلی است که می‌تواند برای قلاب رشته ای بازیابی مورد استفاده قرار می‌گیرد یعنی می‌تواند مکانیسمی را ایجاد کند که ایمپلنت از پهلو کشیده شود. برای بازیابی ایمپلنت، محل مرکز ماسوره TOV با استفاده از سیم راهنما مشخص شده و سپس از پیچ گوشتی استفاده می‌شود. با استفاده از پیچ گوشتی، سیم راهنما گرفته و قلاب در ماسوره جا می‌افتد. سپس قلاب به داخل ایمپلنت TOV فرو رفته و در جهت ساعتگرد چرخانده می شود و بدین ترتیب TOV به محل مورد نظر تغییر مکان پیدا می‌کند.
پاسخ فوری که پس از کاشت این ایمپلنت دیده می شود، استحکام استخوان قوزک پا است. معمولا جراح پس از آن که تاندون ها و لیگامنت‌ها با ساختمان جدید و تصحیح شده پا تنظیم شدند ایمپلنت را که پس از بازیابی قوس، دیگر تبدیل به جزئی اضافی شده بر می‌دارد.

زئولیت بیوسرامیک هزاره سوم

در سه دهه اخير استفاده اقتصادي از زئوليت در صنايع مختلف جايگاه ويژه اي را به خود اختصاص داده است. شناسائي كاني زئوليت مربوط به دو و نيم قرن پيش است، كه كاني شناس سوئدي Fredreck Cronstedt براي اولين بار در سال 1756 زئوليت را در شكل متبلور تشخيص داد. از آنجا كه اين كاني در اثر حرارت در دماي زياد به جوش مي آمد، واژه زئوليت از واژه اي يوناني ‌ به معني سنگ جوشان اقتباس شده است،كه نام آن را از دو كلمه(Zein‌)جوشان و (Lithos) سنگ به معني سنگ‌هاي جوشان گرفته‌اند.

زئـــولـيــت هــا كــانــي هــاي آلــومـيـنــوسـيـلـيـكــات متخلخل آبداري هستند كه داراي عناصر فلزي، قـلـيـايـي و قـلـيـايـي خـاكـي بـه ويژه سديم ، پتاسيم ، مـنـيــزيــم ، كـلـسـيـم ، اسـتـرانـسـيـم و بـاريـم هـسـتـنـد. زئوليت ها از چارچوب هاي ساختماني سه بعدي متشكل از چهار وجهي هاي 4SiO ساخته شده اند كه در آن تمام اتم هاي اكسيژن هر چهار وجهي، با چهاروجهي هاي مجاور به اشتراك گذاشته شده اند.


چنين آراي

شي از چهار وجهي هاي سيليكاتي نـسـبـت كـلـي Si : O را بـه 1 : 2 كـاهـش داده اسـت(شـكـــل 1).
در ســـاخــتــمـــان زئـــولــيـــت هــا، اگــر در چهاروجهي هاي Si به عنوان كاتيون مركزي قرار گـيـرنـد ، همانند كوارتز 2SiO ، از نظر الكتريكي خـنـثـي خـواهـنـد بـود . چـنـانـچـه در ايـن سـاخـتمان تعدادي از يون هاي Si چهار ظرفيتي توسط Al سه ظرفيتي جايگزين شود ، اين جايگزيني باعث مي شود تا چارچوب زئوليت دچار كمبود يك بار مثبت يا در حقيقت داراي بار منفي شود. بنابراين از طريق قرار گرفتن كاتيون هاي يك ظرفيتي يا دو ظرفيتي (عمدتاً K+€ +2Ca€ 2Mg+ و + Na) در ساختمان زئوليت، زئوليت از نظر بار الكتريكي خنثي مي شود. كاتيون هاي مبادله شونده در درون شبكه زئوليت پايدار نبوده و در مجاورت كاتيون هاي ديگر با غلظت بالا عمل تبادل انجام مي دهند. در مجاورت كـاتـيون هاي متعدد هر زئوليت رفتار متفاوتي را از خود نشان مي دهد. براي مثال جذب كاتيوني كلينوپتيلوليت به شرح زير است:‌
+>Ba>Sr>Na>Ca>Fe>Al>Mg>Li4Cs>Rb>K>H+, NH
اغلب زئوليت هاي حاوي Si ‌كم يا متوسط ( نسبت Si ‌به Al ‌به ترتيب برابر 5/1 به 1 و 2 به 5/1) در محلول هاي اسيدي با pH ‌پائين تر از 3 متلاشي مي شوند. بعضي گونه هاي حاوي مقادير زياد Si ‌مثل كلينوپتيلوليت و موردنيت در pH حدود 2 و براي دوره هاي كوتاه تر حتي در pHپائين تر از 2 نيز پايدار هستند.
امـروزه بالغ بر 50 نوع زئوليت طبيعي كشف و 150 نوع زئوليت مصنوعي توليد شده است. با وجود كشف ذخاير عظيمي از انواع كاني هاي زئوليت طبيعي در جهان هنوز اين ماده معدني ارزشمند نتوانسته است جايگزين زئوليت هاي مصنوعي شود.
كاربردهاي زئوليت در پزشكي و داروسازي
در پـنــج ســال گــذشـتــه پـژوهـش هـاي زيـادي بـر روي كـاربـردهـاي مـهـنـدسـي پـزشـكـي زئوليت هاي طبيعي انجام شده است، كه براي مثال: استفاده از اين مواد براي درمان بيماري سرطان است به طوري كه آزمايشات نهايي بر روي موش ها نتايج مطلوبي را در كاهش اندازه تومورها نشان مي دهد.
زيست سازگار بودن برخي زئوليت ها (نظير كلينوپتيوليت) و ساخت كليه مصنوعي و داربست هاي بافت استخوان توسط آن‌ها در سال هاي اخير، اين ماده را به عنوان يك بيومواد مطرح كرده است. از جمله كاربردهاي پزشكي ديگر زئوليت ها مي توان به مواردي مانند تـولـيـد اكسيژن خالص براي اتاق عمل، داروهاي ضد اسهال، ضد ديابت، ساخت خمير دندان ها و استفاده از آن ها به عنوان بيوسنسور ها و زخم پوش ها اشاره كرد (شكل 2). ‌

زئوليت خواص جذبي براي كاربردهاي كليه مصنوعي را نيز دارد. زئوليت ها به عنوان *****هاي مايعات همودياليز، براي جذب سموم ادراري اخيرا در كشورهاي پيشرفته مورد استفاده قرار گرفته اند. دانشمندان توانسته اند اوره، اسيد اوريك، كراتينين و ايندوكسيل سولفات را از مايعات همودياليز در سيستم چرخه اي دياليز بوسيله زئوليت ها جدا كنند، كه در اين خصوص برخي نتايج تا 10% بهتر از روش مرسوم همودياليز بوده اند.
يـكـي ديـگـر از كـاربرد هاي با اهميت زئوليت، استفاده از اين مواد سراميكي براي كنترل خونريزي و ترميم زخم است. زئوليت به خاطر داشتن ساختار متخلخل (شامل كانال هاي ميكرو و ماكرو) قابليت جذب بالا نسبت به سيالات محيطي دارد و از طرفي بار سطحي منفي آن پتانسيلي براي جلوگيري از خونريزي است. ارتش ايالات متحده در سال 2005 موفق به ساخت زخم پوشي از زئوليت شد كه در كمتر از 5 ثانيه شديدترين خونريزي ها را كنترل مي‌كند. آن ها اين محصول را در جريان جنگ با عراق و افغانستان آزمايش و استفاده كردند. اين محصول نسبت به نمونه هاي مشابه پليمري خود كارايي بيشتري داشته و پس از انعقاد چون به صورت پودر سراميكي است به راحتي از روي زخم شسته مي شود و بر خلاف رقباي پـلـيـمـري خـود، هنگام حذف از روي زخم مجددا باعث خونريزي نمي شود. با توجه به تلفات ‌جاده اي در كشورمان (حدود 30000 نفر در سال) و با علم بــــــــــه ايـــــنـــــكــــــــــه تـــــعــــــــــداد زيــــــــــادي از ايـــــــــن افـــــــــراد، به علت كمبود امكانات در سيستم حمل مجروحان بـــه بــيــمـــارستان آن هـــا بـــر اثــر خــونــريــزي نــاشــي از جراحات جان خود را از دست داده و يا دچار نقص عضو مي شوند، لذا استفاده از اين مواد هموستاز در امداد هاي اوليه بسيار موثر خواهد بود.
‌ولي بي گمان استفاده از زئوليت براي ساخت ســامــانــه هــاي دارو رســانـي يـكـي از بـزرگـتـريـن و جديدترين كاربردهاي پزشكي اين ماده است به طوري كه نحوه جذب و رهايش داروهايي نظير: مـتــرونـيــدازول، ســولـفــامـتــوكـسـازول، آسـپـريـن و ايـبـوپـروفـن، از انـواع زئـولـيـت هـا در 2 سـال اخـيـر بــررســي شــده اســت. از زئــولـيـت هـا مـي تـوان در رهايش دارو، براي كنترل ميزان جذب داروي رها شده، به صورت فيزيكي و شيميايي استفاده كرد و اين به دليل ساختار فيزيكي ويژه زئوليت ها است. اتصال دارو در حامل هاي معدني با قصد رهايش تركيب فعال با سرعت كنترل شده يك پيامد بزرگ سودمند براي هر دو علم مواد و پزشكي است. با اســتــفــــاده از مــخــلــــوط مـــواد ســـازنـــده داروهـــا بـــا كلينوپتيلوليت، تحولي شگرف در توليد داروهاي انـسـانـي صـورت گـرفـتـه اسـت. داروهـاي سـاخـته شــده بــر پــايــه كـلـيـنــوپـتـيـلـولـيـت بـراي كـودكـان بـه صــورت شـكــلات، شـيـريـنـي و بـيـسـكـويـت تـهـيـه مـي شـونـد تـا بـا اسـتـقـبـال بـيـشتري از جانب آن ها روبرو شوند.
تـعـــــــدادي از داروهـــــــاي خـــــــوراكــــــي نـــظـــيــــــر: مترونيدازول، سولفامتوكسازول و آسپرين باعث ايجاد برخي از مشكلات معده اي و روده اي شديد مي شوند و همچنين برخي از داروها (مثل ويتامين ها) كه محل جذب آن ها در روده است، به pH اسيدي دستگاه گوارش حساس هستند، بنابراين نياز به حامل‌هايي كه اين داروها را از قسمت ابتدايي دستگاه گوارش عبور و ميزان اثرات منفي آن ها را كاهش دهند، احساس مي‌شود. از آنجاكه زئوليت هاي طبيعي نظير كلينوپتيلوليت، خود نيز به عنوان آنتي اسيد استفاده شده اند و همچنين در pH هاي اسيدي قوي ساختارشان را حفظ مي كنند، لذا پژوهش هايي در مورد واكنش اين داروها با زئوليت هاي طبيعي انجام شده و نحوه قرار گرفتن اين داروها در داخل حفرات و ميزان رهايش دارو از اين زئوليت ها بررسي شده است.
مـطـالـعـات كـلـيـنـيـكـي و دارو سـازي اثـبـات مـي كـنـد كـه زئـولـيـت كـلـينوپتيلوليت سبب آسيب هاي بيولوژيك به انسان نمي شود. اين ماده به عنوان مواد خام در صنعت دارو سازي در شكل هاي مختلف دارويي استفاده مي شود. جذب داروها در ماتريس كلينوپتيلوليت طبيعي امكان حمل و رهايش آهسته مقدار تجويز شده دارو را باعث شده و عوارض ناشي از اين دارو ها را كم مي كند.
در حال حاضر ظرفيت توليد جهاني زئوليت مصنوعي حدود 5/2 ميليون تن در سال است ولي مصرف زئوليت طبيعي از چند صدهزار تن تجاوز نمي كند، ولي آمار جهاني رشد ده درصد را براي زئوليت طبيعي و حدود چهار درصد را براي زئوليت مصنوعي پيش بيني مي كند. اين ارقام براي مصارف آينده جهاني زئوليت طبيعي نويد بخش است. البته اكثر كشورهاي صنعتي، فاقد ذخاير قابل توجه زئوليت طبيعي هستند. در نتيجه براي حفظ بازار توليدات زئوليت مصنوعي تلاش مي كنند و از طرفي قيمت كم زئوليت طبيعي نسبت به زئوليت مصنوعي سبب شده كه در پاره اي از كاربردها، زئوليت طبيعي جايگزين زئوليت مصنوعي شده و راه را براي توسعه آن در بازار هموار كند. كشور ما نيز با دارا بودن بخش عظيمي از سنگ هاي آتشفشاني، شرايط مطلوبي براي تشكيل ذخاير بزرگي از زئوليت را دارد. لازم به ذكر است كه زئوليت به عنوان يك ماده معدني در كشور ما ناشناخته بود و نخستين بار در ده سال اخير، وجود ذخاير بزرگي در مقياس جهاني از آن، توسط محققان كشور شناسائي و كاربرد آن در صنعت و كشاورزي معرفي شده است. هرچند كه در كشف و شناسائي ذخاير انبوه زئوليت در كشور موفقيت چشمگيري به دست آمده است ، ولي دسترسي به استفاده هاي كاربردي به سادگي ميسر نيست، چون اغلب كشورهاي صنعتي جز در مواردي محدود، كاربرد آن را در انحصار داشته يا بعنوان Patent استفاده مي كنند. لذا انـجـام تـحـقـيـقـات بـيشتر بر روي اين مواد فراوان و ارزشمند در آينده براي پيشرفت علم مهندسي پزشكي در كشورمان مفيد خواهد بود.

 

[جینگیلبرت]

بیو سرامیکهای مورد استفاده در دندانسازی

مفاهیم زمینه ای در علم سرامیک و شکست

برای آشنایی با مواد سرامیکی ، بهتر است به دو مفهوم توجه کنیم که در این مقاله سعی داریم که این مفاهیم را توضیح دهیم . اولین مفهوم این است که تنها سه بخش عمده از مواد سرامیکی داریم که در صنعت دندانسازی مورد استفاده قرار می گیرند . این سه گروه به شرح زیر هستند :
1 ـ مواد شیشه ای ( glass materials )
2 ـ شیشه های پر شده با ذرات ( particle-filled glasses )
3 ـ سرامیک های پلی کریستال ( polycrystalline ceramics )
که خواص و ویژگی های هر یک از این گروه ها را مورد بحث قرار می دهیم .
دومین مفهوم این است که هر یک از این مواد سرامیکی به طور بالقوه می توانند به صورت ترکیبی ( کامپوزیتی ) عمل کنند که این بدین معناست که این مواد می توانند به صورت ترکیبی از دو یا چند گروه بالا مورد استفاده قرار گیرند . از این لحاظ بسیاری از موادی که به ظاهر متفاوت هستند ، هنگامی که از دیدگاه ما مورد بررسی قرار گیرند ، روابط و شباهت های یکسانی را در ترکیبات ( کامپوزیت ها ) ایفا می کنند .
بررسی های تاریخی از استفاده ی مواد سرامیکی در صنعت دندانسازی دو رویه را درطی زمان بیان می کند . این دو رویه به شرح زیر هستند :
1 ـ سرامیک های دندانسازی که حالت آمورف ( شیشه ای ) دارند ، از لحاظ زیبایی نسبت به انواع دیگر سرامد هستند . و این در حالی است که سرامیک هایی که مقاومت کششی بالاتری دارند ، عمدتاً ساختاری کریستالی دارند . و البته در ساخت مواد دندانسازی هر دو فاکتور زیبایی و استحکام برای ما مهم است .
2 ـ درطی گذر زمان ، حرکت به سمت استفاده از مواد با ساختار پلی کریستال کامل ، انجام شده است . در جداول 1 و 2 جزئیاتی از ترکیبات پایه و مثال های تجاری از مواد سرامیکی مورد استفاده در دندانسازی آمده است . این موارد را بر اساس سه گروه اصلی مواد مورد استفاده در صنعت دندانسازی طبقه بندی کردیم .

​

جدول1

​

جدول2

​

سرامیک های شیشه ای ( glassy ceramics ) :

مواد سرامیکی شیشه ای ، بهترین تطابق را با خواص اپتیکی دندانها و عاج آنها دارند .
شیشه یک شبکه ی سه بعدی از اتم هاست که الگوی منظم فضایی ندارد . در این مواد ، بین نزدیک ترین همسایه و همسایه ی بعدی ، الگوی منظم فضایی ( از لحاظ فاصله یا زاویه ) وجود ندارد ؛ بنابراین ساختار شیشه آمورف است . ( یا ساختاری بی شکل دارد )
به طور کلی شیشه های مورد استفاده در سرامیک های دندانی از یک گروه مینرالی معدنی با نام فلدسپارها ، مشتق می شوند و برپایه ی سیلیکا ( اکسید سیلیسیم ) و آلومینا ( اکسید آلومینیوم ) ساخته شده اند . از این رو پرسلان های فلدسپاتی به خانواده ای تعلق دارند که به آنها شیشه های آلومینوسیلیکاتی می گویند . شیشه هایی که برپایه ی فلدسپار هستند ، نسبت به تبدیل شدن به حالت بلوری درطی پخت مقاومت نشان داده و دارای گسترده پخت وسیعی هستند ( پایداری آنها اگر دما به بالاتر از حد بهینه برسد ، یکباره افت می کند) این مواد زیست سازگار هستند . در شیشه های فلدسپاتی ، شبکه ای متشکل از اتصالات پل مانندی وجود دارد که این پل ها از اتصال بین سیلیسیم با اکسیژن تشکیل شده اند . این اتصالات گاه و بی گاه به وسیله ی کاتیون هایی مانند سدیم ( ) یک بار مثبت و یا پتاسیم یک بار مثبت ( ) شکسته می شوند . حضور این بارهای مثبت موجب اصلاح شیشه و بالانس بارهای اتم های اکسیژن غیر پل می شوند . کاتیون های اصلاح کننده ، خواص مهمی از شیشه را تغییر می دهند ؛ برای مثال : دمای پخت یا ذوب را کاهش می دهند و یا موجب افزایش انبساط و انقباض حرارتی می شود .

شیشه های پر شده با ذرات ( Partic - filled glasses ) :

در این نوع از مواد ، ذرات پر کننده به ترکیب اولیه ی شیشه اضافه می شوند . این اضافه شدن ذرات موجب بهبود خواص مکانیکی و کنترل اثرات اپتیکی مانند ماتی ( opalescence ) ، رنگ ( color ) و شفافیت ( opacity ) می شود . این پر کننده ها معمولاً از مواد کریستالی انتخاب می شوند ولی این امکان وجود دارد که این مواد از ذرات شیشه ای با نقطه ذوب بالاتر نسبت به شیشه ی پایه نیز انتخاب شوند . یک چنین ترکیباتی که بر پایه ی دو یا چند ماده ی مجزا ( فاز مجرا) تشکیل شده اند ، با عنوان کامپوزیت ( composites ) معروف اند . البته نام کامپوزیت در نوشته های مربوط به دندانپزشکی بیشتر به معنای کامپوزیت های با پایه ی رزین ( resin based composites ) است . این تصویر که اکثر سرامیک های دندانی ، مواد کامپوزیتی هستند ، برای درک بهتر در مورد آنها ، مفید می باشد . برای اینکه در مطالعه ی شیشه های پر شده با ذرات گیج نشویم ، این مواد را بر اساس نوع ذرات پر کننده و مقدار آنها ، علت اضافه کردن ذرات و چگونگی اضافه شدن ذرات به شیشه پایه ، طبقه بندی می کنیم .
اولین پر کننده ای که برای سرامیک های دندانی استفاده شد ، ذرات کریستالی ، مینرالی است که لوسیت نامیده می شود . این پر کننده برای تولید پرسلان هایی ( چینی هایی ) استفاده می شود که بتوانند به خوبی و بر اساس فلزات مورد استفاده در ساختارش آتش بگیرد . ضریب انبساط گرمایی لوسیت بالا است . در زیر ضریب انبساط گرمایی برای عده ای از مواد آمده است :

ضریب انبساط گرمایی

نوع ماده​

لوسیت

شیشه های فلدسپاتی

آلیاژهای دندانی
اضافه کردن تقریباً 17 ـ 25 درصد وزنی پر کننده ی لوسیت به شیشه ی مورد استفاده در دندانسازی ، پرسلانی تولید می کند که در هنگام پخت با آلیاژهای دندانسازی همگون است . ( از لحاظ گرمایی ) . سیستم های سرامیک ـ فلز که اولین بار در سال 1962 تولید شدند ،برای تولید 70 تا 80 درصد از پروتزهای ثابت کننده ( Fixed prostheses) استفاده می شود .
افزایش در استحکام میانگین در قطعات پروتزها نیز به وسیله ی پر کننده ی مناسب و یکنواختی در پراکندگی پر کننده در فاز شیشه ای ، به دست می آید . بر اساس چیزی که گفتیم یک تکنیک با نام استحکام بخشی دیسپرشن ( dispersion strengthening ) به وجود آمده است . اولین سرامیک استحکام داده شده به وسیله ی این روش ، از شیشه های فلدسپاتی با پر کننده ی ذرات آلومینیوم اکسید ( با درصد وزنی 55 % ) ساخته شد . البته از لوسیت با درصد 45 ـ 55 درصد وزنی نیز برای تولید قطعات استحکام داده شده به وسیله ی این روش ، استفاده شده است که این درصد استفاده شده از لوسیت از مقدار مورد نیاز برای سرامیک ـ فلز بیشتر است . سرامیک های تجاری با پر کننده ی به هم چسبیده از لوسیت نیز وجود دارند که این نوع سرامیک را با پرس کردن پودر و مواد اولیه ی لازم ، در داخل یک قالب تولید می کنند . به غیر از رفتار انقباضی در سرامیک های دندانسازی ، گفته شده است که این دو مزیت را در زیر می بینیم :
1 ـ لوسیت به خاطر ضریب شکستش که به ضریب شکست شیشه های فلدسپاتی نزدیک است ؛ مورد توجه قرار دارد . این نزدیکی ضریب شکستها ، موجب باقی ماندن حالت نیمه شفافی در این نوع شیشه هاست .
2 ـ لوسیت با سرعت بیشتری نسبت به شیشه ی بدون لوسیت اچ می شود . و موجب پدید آمدن خاصیت اچ شدن انتخابی ( selective etching ) می شود که درطی عمل اچ شدن شیشه ی حاوی لوسیت ، تعداد زیادی برجستگی ایجاد می شود که این برجستگی ها موجب افزایش قدرت پیوند میکرومکانیکی بین لوسیت و شیشه می شود .

شیشه ـ سرامیک ها ( زیر مجموعه ی ویژه ای از شیشه های پر شده با ذرات ) :

ذرات پر کننده ی کریستالی می توانند به صورت مکانیکی به شیشه اضافه شوند ، برای مثال این کار را می توان با مخلوط کردن ذرات کریستالی پر کننده باپودر شیشه ، قبل از پخت انجام داد . در تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر، ذرات پر کننده در داخل جسم شیشه ای ، رشد داده می شوند . در واقع این کار پس از شکل دهی نمونه ( مانند یک پروتز ) انجام می شود .
پس از انجام عمل شکل دهی ، جسم شیشه ای تحت عملیات حرارتی خاصی قرار می گیرد که این عملیات حرارتی موجب رسوب و رشد فاز کریستالی در داخل شیشه می شود .
به دلیل اینکه پر کننده ها از لحاظ شیمیایی از خود اتم های شیشه مشتق شده اند ، ترکیب شیشه ی باقی مانده درطی این پروسه که Ceraming نام دارد ، عوض می شود . این ماده ی به وجود آمده که در اصل یک کامپوزیت پر شده با ذرات است ، شیشه سرامیک نامیده می شود . ( Dentsply ) material dicor اولین شیشه ـ سرامیک تجاری است که برای تولید پروتزهای ثابت کننده ، استفاده شد . این شیشه ـ سرامیک شامل ذرات پر کننده ای از یک نوع میکای کریستالی ( با درصد حجمی تقریباً 55 درصد ) است .
به علاوه ، اخیراً یک شیشه ـ سرامیک حاوی 70 درصد حجمی پر کننده ی دی سیلیکات لیتیم برای استفاده های دندانپزشکی به صورت تجاری ، تولید شده است .

سرامیک های پلی کریستال ( polycrystalline ceramics ) :

سرامیک های پلی کریستال هیچ قسمت شیشه ای ( آمورف ) ندارد . و همه ی اتم هایش به صورت متراکم و در یک آزمایش منظم قرار گرفته اند که این امر باعث می شود که یک ترک با سختی و مشکل بیشتری نسبت به شیشه های با دانسیته ی کمتر و شبکه ی نامنظم ، گسترش پیدا کند . از این رو ، سرامیک های پلی کریستال به طور عمومی از سرامیک های شیشه ای محکمتر هستند و تافنس ( چقرمگی ) آنها نیز بیشتر است .
تولید اشکال پیچیده ( به عنوان مثال یک پروتز ) از سرامیک های پلی کریستال ، مشکل تر از تولید این قطعات از سرامیک های شیشه ای است . از این رو ، پروتزهایی با کارایی خوب که از سرامیک های پلی کریستال ساخته شده باشد تا قبل از استفاده از وسایل کامپیوتری ( computer – aid manufacturing ) به صورت عملی مورد استفاده قرار نگرفت .

​

به طور کلی این سیستم های کمکی کامپیوتری از یک دستگاه داده ی سه بعدی برای نشان دادن وضعیت دندان ها ، یا مدل مومی شکل از زیر ساختار مطلوب ، استفاده می کند . این دستگاه داده ی سه بعدی برای ایجاد یک قالب بسط داده شده که پودر سرامیک در داخل آن قرار می گیرد ، استفاده می شود .
سرامیک های پلی کریستال تمایل به مات بودن بیشتری نسبت به سرامیک های شیشه ای دارد ، بنابراین این مواد در کلیه ی مکان های مورد نیاز در دیواره ی پروتزها استفاده نمی شود . این سرامیک ها که از لحاظ مکانیکی خواص بهتری نسبت به مواد شیشه ای دارند ، معمولاً با روکشی از مواد شیشه ای مورد استفاده قرار می گیرند تا حالت زیبایی پروتز تولیدی بیشتر شود .
سرامیک ها در حالت کلی نور را از خود عبور می دهند در حالی که فلزات حتی در ضخامت های بسیار کم نیز نور را از خود عبور نمی دهند . در واقع نحوه ی قرارگیری باندهای الکترونی در فلزات به نحوی است که طول موج مرئی را کاملاً جذب می کند . اما سرامیک ها دارای باندهای الکترونی هستند که طول موج مرئی را از خود عبور می دهد . حال این سوال پیش می آید که اگر سرامیک ها نور را از خود عبور می دهند ! پس چرا سرامیک ها حالت کدر مانند دارند ؟
در جواب باید گفت که اکثر سرامیک ها ، پلی کریستال اند و این پلی کریستال بودن آنهاست که موجب کدر بودن آنها می شود و در صورتی که بتوان یک سرامیک را به صورت تک کریستال تهیه کرد ، می توان آن را به صورت شفاف دید . البته در مورد سرامیک ها ، علاوه بر پلی کریستال بودن ، ضخامت نیز بر انتقال نور در آنها تاثیر دارد . در واقع در استفاده از سرامیک های پلی کریستال در دندانسازی به ضخامت بدنه ی سرامیکی نیز توجه می شود که این مساله باعث این می شود که یک بدنه راپوشش دهند ولی بدنه ی دیگری ( با ضخامت کمتری ) را پوشش ندهند .

سراميک هاي زير ساختاري(substructure ceramics)

توسعه ي سراميک مستحکم تر براي تمام پروتزهاي سراميکي پوشش داده شده، مي تواند به صورت يک گذار به سمت افزايش درصد حجمي مواد کريستالي و کاهش حجم شيشه نشان داده شود.سرانجام اين پيشرفت ها، رسيدن حجم مواد شيشه اي پروتزها به صفر است.در سال1965،McLean،گزارشي مبني برافزايش استحکام شيشه هاي فلدسپاتي با افزودن ذرات اکسيد آلومينيوم ارائه کرد.و در همان سال General Electricبراي اولين بار از تکنولوژي استحکام بخشي ديسپرشن به صورت کاربردي، براي مقره هاي خطوط فشار قوي بهره برد.در اواخر دهه ي 1980، يک روش براي افزايش قابل توجه آلومينيوم اکسيد(از 55 درصد وزني به 70 درصد حجمي)، بوجود آمد.
اين روش در ابتدا با پودر آلوميناي سبک انجام مي شد که اين پودر بواسطه ي حرارت دهي به همديگر مي چسبيد،سپس اين توده ي آلومينايي متخلخل که مانند يک بسته، از ذرات آلوميناي به هم چسبيده تشکيل شده بود را با شيشه پر مي کردند.در طي فرآيند پخت آلومينا که منجز به ايجاد توده ي سبکي مي شد، ذرات آلومينايي که در مجاورت هم بودند، در محل هاي اتصال به هم پيوند مي خوردند و ايجاد يک شبکه ي سه بعدي از ذرات به هم چسبيده مي شد.همچنين پس از ايجاد ساختار آلومينايي متخلخل، يک شيشه ي مذاب با ويسکوزيته ي پايين، بوسيله ي نيروهاي موينيگي وارد ساختار متخلخل مي شد.اين کار باعث ايجاد يک ترکيب سه بعدي از آلومينا و شيشه مي شود.اگر چه تنها70درصد حجمي اکسيد آلومينيوم در اين سراميک وجود دارد ولي استحکام و تافنس شکست آن برابر با سراميک هاي آلومينايي با100 درصد پلي کريستال است.
دو پيشرفت کليدي که اجازه ي استفاده ي کاربردي از سراميک هاي کاملاً پلي کريستال را در پروتزهاي ثابت کننده دارد عبارتند از:
1)قابليت استفاده از پودرهاي شروع کننده ي بسيار کنترل شده.
2)استفاده از کامپيوترها در پروسه هاي سراميکي.برعکس سراميک هاي شيشه اي، سراميک هاي پلي کريستال قابليت پرس شدن براي رسيدن به مواد با دانسيته ي بالا را در قالب هاي با اندازه ي بزرگتر را ندارد.سراميک هاي پلي کريستال از پودر آنها توليد مي شود که آنها تنها تا 70 درصد دانسيته ي تئوري شان مي توان فشرده سازي کرد.از اين رو سراميک هاي پلي کريستال در هنگامي که با بيشترين دانسيته، پخت شوند، به اندازه ي 30 درصد حجمي شرينکيج دارند.براي داشتن پروتزهاي نهايي مناسب، مقدار شرينکيج يايد به دقت اندازه گيري گردد و در طراحي به آن توجه شود.
پودرهاي اوليه مناسب که توانايي يکنواخت شدن در فشرده سازي را دارند.يک پيش نياز براي رسيدن به شرينکيج قابل محاسبه و تجديد پذير است.
تحقيقات انجام شده در علم توليد سراميک ها از اواخر دهه ي 1980 تا دهه ي 1990 منجر به دسترسي تجاري به پودرهاي مناسب براي استفاده ها در زمينه ي دندانسازي شده است تقريباً همزمان با پيشرفت تکنولوژي، پالايش پودر موجب توسعه ي ماشين هاي کامپيوتري و افزايش قابليت محاسبه ي دستگاه هاي سه بعدي داده شده است.
دو روش براي توليد پروتز از سراميک هاي پلي کريستال و به صورت تجاري ارائه شده است که در هر روش، يک قطعه ي خام با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب ايجاد مي شود و در محاسبه ي خواص شرينکيج اين قطعه ي خام از دستگاه هاي سه بعدي داده استفاده مي شود.در روش اول، يک قالب با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب بر اساس 20000اندازه گيري از قالب آزمايشگاهي اسکن شده، ساخته مي شود.سپس اکسيد آلومينيوم يا اکسيد زيرکونيوم در داخل اين قالب فشرده شده که مقدار فشردگي بر اساس شرينکيج مطلوب محاسبه مي گردد.
در روش دوم، يک قطعه ي نيمه خام از اکسيد زيرکونيوم ماشين کاري شده و به قطعه ي مورد نظر تبديل مي شود که اندازه ي آن کمي بزرگتر از حد مطلوب است که علت آن اين است که پس از پخت نمونه به اندازه ي مورد نظر برسد.در اين سيستم، دانسيته ي هر قطعه ي اوليه براي محاسبه ي دقيق شرينکيج قطعه بر روي آن ثبت مي شود.در واقع در اين روش که روش جولي در ساخت قطعات سراميکي معروف است، يک قطعه ي سراميکي بوسيله ي يک ماشين تراش از قطعه خام بدست مي آيد.
اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته زيرکونياي بهبود يافته از لحاظ تافنس (چقرمگي)، يک سراميک پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربرد هاي دندانپزشکي در دسترس است.البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي بست به ديگر سراميک هاي پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربردهاي دندانپزشکي در دسترس است. البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي نسبت به ديگر سراميک هاي پلي کريستال دارد، بايد مورد بررسي جداگانه اي قرار گيرد.که جزئيات تافنس شکست واستحکام اين ماده را در بخش زير بيشترمورد بررسي قرار مي دهيم.اما در اينجا کافيست که تافنس را به معناي اشکال در رشد ترک در نظر بگيريم.

​

برخلاف آلومينا، اکسيد زيرکونيم در طي پخت از يک حالت کريستالي به حالت ديگر تغيير شکل مي دهد.در دماي پخت زيرکونيا در حالت تتراگونال است و در دماي اتاق به حالت مونوکلينيک در مي آيد.يک سلول واحد مونوکلينيک، 404درصد بيشتر از زماني که تتراگونال است ،فضا اشغال مي کند.البته اين مسئله باعث فروريختن زيرکونيا در فرآيند سردکردن، مي شود.و ساختار زيرکونيا را ناپايدار مي کند.در اواخر دهه ي 1980، مهندسين سراميک توانستند ساختار تتراگونال را در دماي اتاق و به کمک اضافه کردن مقدار کمي (3-8 درصد)کلسيم پايدار کنند که بعداً بجاي کلسيم از ايتريم (yttrium)و يا سريم(cerium)استفاده شد.اگر چه اين حالت در دماي اتاق پايدار است ولي حالت تتراگونال حالتي نيم پايدار است .اين بدان معناست که انرژي بدام افتاده اي در داخل ماده وجود دارد که مانع برگشت به حالت مونو کلينک مي شود.تنش متمرکز در جلوي گسترش ترک براي راه انداختن تغيير حالت در داخل دانه هاي سراميکي و درنزديکي قسمت تيزترک کافي مي باشد.که در اين حالت افزايش 404درصدي حجم، مفيد واقع مي شود و ترک بسته مي شود.و از پيشرفت آن جلوگيري مي شود .(در واقع، تغييرحالت موجب کاهش شدت تنش محلي مي شود)
مقدار تافنس شکست در اين ماده ، دو برابر و يا حتي چند برابر سراميک هاي آلومينايي است در واقع اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته، پتانسيلي خوب براي مواد زير ساختاري از خود نشان مي دهد.مشکلاتي که ممکن است در مورد اين سراميک زيرکونيايي بوجود بيايد شامل عدم ثبات دراز مدت در حضور آب، مسائل سازگاري پرسلاني و تعدادي از محدوديت ها در انتخاب مواد به خاطر خاصيت مات بودن شان، مي شود.به هر حال، بر اساس تجربيات بدست آمده در استفاده از اين مواد در تهيه ي پروتزها، مشکلات عمده اي ديده نشده است.

استحکام و تافنس شکست (strength and fracture toughness)

سه خاصيت مربوط به ساختار داخلي ماده وجود دارند که براي توليد مواد ساختاري به آن ها توجه مي شود.
اين سه خاصيت به صورت زير هستند:
1)استحکام (strength)
2)تافنس شکست(fracture toughness)
3)قابليت شيميايي جلوگيري از رشد ترک
مهمترين نکته اي که بايد در مورد استحکام بدانيم اين است که استحکام يک خاصيت ذاتي مواد نيست، اين بدان معناست که مقداراستحکام به وضعيت ماده و نحوه و روش آزمون سنجش استحکام بستگي دارد.
تافنس شکست(که در زير مورد بررسي قرار مي گيرد)يک خاصيت ذاتي تر سراميک هاست که در هنگام مقايسه ي مواد تجاري بسيار مفيد است.

استحکام (strength)

استحکام يک اندازه گيري کلي از سه چيز است که شامل موارد زير مي شود:
1)نوع و اندازه ي ترک هاي حاصل از شروع شکست و توزيع آنها
2)تافنس شکست
3)تأثيرات آب
اگر اين سه چيز به خوبي کنترل شود موجب ايجاد محيط واقعي براي پروتز مي شود، سپس مقايسه ها بر اساس استحکام داراي معنا مي شوند.ترک هاي بوجود آمده درنمونه ها اغلب نتيجه اي از مراحل توليد پروتز است.اما ترک ها همچنين مي توانند بر اساس ذات خود ماده نيز ايجاد شوند؛ از اين رو بهترين اندازه گيري استحکام از نمونه هاي مورد آزمايش، حاصل مي شود که تمام مراحل توليد دندانسازي و آزمايشگاهي استاندارد قابل انجام نيست و تهيه ي شرايط مطلوب آزمايشات قطعات دندانسازي کاملاً شبيه به شرايط حقيقي نيست و استحکام اندازه گيري شده ممکن است که بي معنا باشد .
به عبارت ديگر، اگرچه پروتزهاي واقعي به اندازه ي کافي شرايط توليد سراميک ها را منعکس مي کند،تنش هاي وارده بر پروتز نقطه ي شکست (مثلاً استحکام)را به سختي مي توان محاسبه کرد.به علاوه بيشتر تلاش ها درجهت تکرار بارگذاري باليني بر روي پروتزها، با شکست هاي حاصل از زيان هاي توليدي در طي مراحل تست کردن، روبروست.و جالب اين است که اين شرايط هيچگاه در شرايط باليني ديده نشده است.از سال1958،اين حقيقت فهميده شد که آب استحکام اکثر شيشه و سراميک ها را کاهش مي دهد .آب،مانند يک ماده ي شيميايي عمل کرده و وجود آن در ترک ها موجب رشد آرام آنها مي شود.که اين رشد ترک ها در شرايط ديگر پديد نمي آيد(درشرايط نبودن آب).
سراميک ها با شدت متفاوتي نسبت به آب حساس اند و اين حقيقتي است که به خوبي کنترل نشده است.ودرحقيقت آب عاملي است که موجب بوجودآمدن اختلاف در داده هاي اندازه گيري شده در تست هاي استحکام است.آب در کليه ي سطوحي که در معرض ترشحات بزاقي قرار مي گيرد، وجود دارد.البته آب همچنين در سطوح چسبانيده شده تيوپ هاي دندانپزشکي نيز نفوذ مي کنند؛ همه ي سيمان هاي دندان پزشکي اجازه ي نفوذ آب (ترشحات بزاقي و...)را از داخل خود مي دهند.
البته نکته ي قابل توجه اين است که داده هاي مربوط به استحکام تنها در مورد مواد خالص بيان مي شود در حالي که پروتزها عمدتاً از مواد چندگانه ساخته شده اند که هر کدام از اين مواد خواصي متفاوت دارند. عملکرد چنين پروتزهايي ممکن است حالت بي ثباتي داشته باشد. زيرا اين پروتزها از چند ماه ساخته شده اند همچنين عدم انطباق ضرايب انبساط حرارتي اين مواد مي تواند موجب بروز شکست در پروتز بشود. براي مثال يک نوع ازيک پروتز تمام سراميک مي تواند به دليل تنش ها و ترک هاي بوجود آمده که در بين بخش هسته و روکش، بشکند. شبيه به بحث قبل، يک روکش تک قسمتي دندان مي تواند از قسمت داخلي اش بشکند که علت آن اعمال نيرو بوسيله ي جويدن اجسام سخت و آدامس مي باشد. اين شکست هاي اتفاقي بيشتر در بخش سيماني قطعه روي مي دهد. (بخاطر اينکه بخش سيماني قطعه آسيب پذير است.) احتمال بقاء اين قطعه به نوع سيمان استفاده شده در ساخت روکش دندان، بستگي دارد.
بنابراين، استحکام چيزي بيشتر از يک اندازه گيري نامعلوم از خاصيت ذاتي ماده است و بايد از آزمون استحکام در قضاوت کردن در مورد عملکرد سيستم هاي سراميکي جديد استفاده کرد يک اندازه گيري بهتر براي مقايسه کردن عملکرد ساختاري سراميک ها، تافنس شکست است، اما در مورد رفتار يک ماده تنها، اين روش محدوديت دارد.

تافنس شکست (fracture toughness)

به خاطر اينکه سراميک ها از طريق رشد ترک هاي موجود در نمونه مي شکند، فهميدن نحوه ي اين امر، مفيد مي باشد. نيروهاي کششي موجب ايجاد تنش در قسمت نوک ترک مي شود. همين طور که نيروها افزايش مي يابد، شدت تنش هاي بوجود آمده در بخش نوک تيز ترک نيز به سرعت افزايش مي يابد. در حالت کلي باز شدن مستقيم، بدون حرکت در جهت سطح و بدون ايجاد حالت برشي رامدIباز شدن مي گويند. و شدت تنش بوجود آمده با اين نوع باز شدن را با K (کا) نشان مي دهند.بنابراين، شدت تنش در يک قسمت نوک تيزترک در حالت مد I باز شدن را به صورت زير مي نويسند:

K_I.A_t

در حالت بحراني از شدت تنش، ترک ناپايدار شده و قطعه ي سراميکي به دو بخش تقسيم مي شود. شدت تنش بحراني براي مد I بازشدن، با KIcنشان داده مي شوند که واحد آن است. ، به طور عمومي به حالت ماده بستگي ندارد. و براي مقايسه ي مواد مختلف مي تواند مورد استفاده قرارگيرد. مقدار K_IC براي چيني هاي سراميک –فلزي تقريبا 0/9 تا 1/2 و براي سراميک هاي تقويت شده با لوسيت که دندانسازي مورد استفاده قرار مي گيرد، مقدار K_IC تقريباً 1/5 تا 1/7 است. مقدار K_IC براي آلومينا تقريباً 4/5 و باي زير کونياي بهبود يافته اين مقدار بين 8 تا 12 و براي آلياژهاي فلزي تقريباً 20است.

نقش فلز در استحکام بخشي

نقش و چگونگي عمل مواد فلزي در ايجاد و دوام هنوز به طور کامل شناخته نشده است. بنابراين، تشخيص اينکه کدام يک از خواص ريخته گري کردن فلز مي تواند خواص شکل دهي زير ساختاري بوسيله ي تکنولوژي هاي ديگر شکل دهي فلزات را بهبود دهد، انجام نشده است. اين اغلب بيان مي شود که پرسلان (چيني) به يک تقويت کننده شبکه اي از جنس فلز نيازمند است. البته اين توضيح داده نشده است که تقويت کننده (supported) به چه معني است.
تعدادي مکانيزم هاي قابل انجام وجود دارد که بوسيله ي آنها، فلز ريخته گري شده ممکن است توانايي افزايش طول عمر پرسلان روکش شده را دارند. اولاً، پرسلان نيازمند محافظت شدن در برابر توسعه ي تنش هاي کششي در مجاورت ترک هاي بوجود آمده در نواحي بحراني را دارد. اين دليلي است بر آن که فلز ممکن است بر توزيع تنش در داخل پرسلان، بالاخص در سطوح و مکان هاي اتصال، تأثير بگذارد.
دوماً، در مکان هايي که تنش ها ايجاد مي شوند، اگر گسترش ترک ها متوقف شود، پرسلان به صورت مفيد عمل مي کند و اين دلالتي است براين که فلزي که به خوبي به پرسلان پيوند داده شود. ممکن است مانند يک پل عمل کند و از باز شدن ترک هاي پرسلان جلوگيري کند.
سوماً، ترک هايي که ممکن است سرانجام باعث شکست شوند، آرام تر رشد مي کنند (البته اگر خشک نگه داشته شوند). اين دلالت مي کند که يک نقش ديگر فلز ريخته گري شده ممکن است اين باشد که فلز از ورود آب به داخل ترک ها جلوگيري مي کند.(در واقع فلز از رشد شيميايي ترک ها بوسيله آب جلوگيري مي کند).
مزاياي سيستم هاي کاملاً سراميکي در برابر سيستم هاي فلز-سراميک
مزاياي زيبايي حقيقتي است که حتي در هنگام جايگزيني يک فلز با يک سراميک مات بوجود مي آيد. زيرا از لحاظ اپتيکي فلزات کل پرتوهاي فوري را جذب يا منعکس مي کنند ولي سراميک ها درصدي از نور را عبور مي دهند. پس بنابراين از لحاظ مسائل زيبايي بهتر عمل مي کنند. سيستم هايي که کاملاً از سراميک ساخته شده اند، از لحاظ زيبايي، نتيجه ي بهتري براي تعداد متنوعي از بيماران نسبت به سيستم هاي فلز-سراميک، ايجاد مي کنند که علت آن دامنه ي وسيع از عبور نور است که بوسيله ي سيستم هاي سراميکي بوجود مي آيد. اين دامنه ي وسيع نور باعث ايجاد حالت شفافيت يا ماتي و همچنين ايجاد رنگ در سيستم مي شود. ديگرمزاياي اين سيستم ها به بافت نرم تر وبهداشتي تر سراميک ها مربوط است که سلامت اين سيستم ها از زيبايي آنها مهم تر است. به سطوح سراميکي، پلاک هاي ميکروبي و مولکولهاي چسبنده ي کمتري نسبت به آلياژهاي طلاو آمارجام (آلياژ جيوه با چند فلز ديگر براي پرکردن دندان استفاده مي شود) مي چسبند. همچنين سطوح سراميکي محيط مناسبتري براي رشد ملکولهاي بافت هاي داخل دهاني بوجود مي آورند. و سطوح تميزتري دارند. در بخش هاي بالايي پرسلان ها که با لثه در برخوردند به علت ماهيت خود پروتزهاي سراميکي، زخم کمتري بوجود مي آيد.

سيستم هاي فلز – سراميک

مزاياي سيستم هاي فلز-سراميک مربوط به عملکرد ساختاري قابل پيش بيني ، تطبيق پذيرشان و نياز به دانش کمتر براي انتخاب يک سيستم مناسب است. عملکرد ساختاري سيستم هاي سراميک-فلز بسيار بهتر از هر نوع سيستم کاملاً سراميکي است.
در زير در مورد جزئيات اين مسئله بحث مي کنيم. همچنين شکست بالک و ترک هاي بوجود آمده در پرسلان پس از گذشت 6 سال بر کارکرد تقريباً 5-10 درصد پروتزهاي تک بخشي تأثير مي گذارد. داده هاي باليني کمتري براي پروتزهاي سه بخشي وجود دارد و همه ي سيستم ها به خوبي مورد مطالعه قرار نگرفته اند. به طور برعکس، مشکلات ساختاري مربوط به پرسلان در پروتزهاي سراميک – فلز در طي 10 سال، 3-4 درصد است و 73 درصد از اين پروتزها را تا 15 سال نيز مي توان استفاده کرد که در اکثر مواد مشکلات زيست شناسي، عاملي براي تعويض اين پروتزها پس از 15 سال مي شود. البته صحبتي که در بالا انجام شد در مورد پرسلان هاي تقويت شده با تيتانيم صادق نيست و اين پرسلان هاي تقويتي زياد خوب عمل نکرده و حتي پس از 6 سال کار، مشکلات بسياري در نقطه ي تقاطع پرسلان-تيتانيم رخ مي دهد. سيستم هاي فلز-سراميک به حدي خوب عمل مي کنند که تنها اطلاعات کمي براي استفاده ي روتين از آنها، مورد نياز است.
اکثر شاغلين در زمينه ي دندانسازي، اطلاعات کمي در مورد سيستم هاي فلز-سراميک تهيه شده در آزمايشگاهشان دارند و هرسيستم به طور عمومي براي پروتزهاي تک بخشي جلويي و پروتزهاي چند بخشي عقبي مناسب است. البته استفاده از تمام سيستم هاي سراميکي نيازمند داشتن دانشي کافي براي بوجود آوردن ماکزيمم زيبايي و انتخاب مناسب ساختارها براي طول عمر بيشتر است.

​

شکل 2-شماتيکي از مواد سراميکي مورد استفاده در دندانسازي)

 

[جینگیلبرت]

فرایند ساخت ایمپلنتهای سرامیکی

پوشش ايمپلنت ها
شيشه زيستي(Bioglass®) و هیدروکسی آپاتیت از بيوسراميكهايي است كه جهت ايجاد يك سطح بيوفعال روي ايمپلنتها پوشش داده ميشود.
برای مثال هیدروکسی آپاتیت براي هدايت اتصال استخوان به سمت ايمپلنتهاي فلزي (مانند تيتانيم) درکاربردهاي ارتوپدي ودنداني بر روي آنها پوشش داده شده است و تكنيك پلاسما اسپري از جمله تكنيكهايي است كه اخيرا به اين منظور استفاده شده است. اما با توجه به بالا بودن درجه حرارت فرآيند ضخامت نسبي بالا(mµ30>) و چسبندگي ضعيف آن به زمينه از اصلي ترين مشكلات اين روش است. براي از بين بردن اين مشكل ميتوان از روش سل ژل استفاده نمود. «ميللا» و همكارانش نتايج تحقيقات خود را در مورد ساخت كامپوزيت اكسيد تيتانيم-هيدروكسي آپاتيت با روش سل ژل در مقالهاي ارائه كردهاند. آنها نشان دادهاند كه پوشش از فازهاي كريستالي تشكيل شده است و سطح مشترك آنها از نظر شيميايي تميزبوده وحاوي گروههاي هيدروكسيلي به صورت باندهاي Ti-OHاست. مورفولوژي سطح زبر و متخلخل و پيوند پوشش به زمينه داراي استحكام خوبي است (شكل 4) .

درمان پوكي استخوان
پوكي استخوان از جمله بيماريهايي است كه تلاش زيادي براي درمان آن صورت گرفته اما هنوز راه حل مناسبي براي آن پيدا نشده است. آمار نشان ميدهد كه مبتلايان اين بيماري در سال 2010 بالغ بر 52 ميليون نفر با سن بالاي پنجاه سال خواهند بود. عوامل دارويي اخيرا به عنوان درمان آخر در نظر گرفته شده است. اما در هر صورت استفاده از هر گونه عوامل دارويي براي تحريك استخوان سازي ميتواند خطراتي به دنبال داشته باشد. مثلا اين عوامل به علت ورود از طريق دهان، خون و غيره ميتوانند باعث ايجاد استخوان در محلي غیر از محل مورد نظر شود. حتی در صورت رسیدن به مکان مورد نظر سريعا داخل استخوانهاي سطحي نفوذ ميكند و وارد عمق آن نميشود. ابزارهاي تثبيت ارتوپدي نیز براي التيام شكستگيهاي مربوط به پوكي استخوان كافي نيست زيرا علاوه بر عمر كوتاه 15-10 ساله، زبري سطحي اين ايمپلنتها نانومتري نيست تا سلولهاي استخوان با آن سازگار گردد. در این میان كلسيم فسفاتها از جمله مواد مناسب براي دارورساني وافزايش جرم استخوان است.
بيومواد پايه كلسيم فسفاتي بيش از دو دهه است كه در پزشكي و دندانپزشكي مورد استفاده قرار ميگيرد. تشابه به بافت استخوان و قابليت هدايت رشد استخوان از مهمترين ويژگيهاي كلسيم فسفاتها به ويژه هيدروكسي آپاتيت (Ca 10 (PO4)6(OH)2) با ريزساختار نانو است. این بيوسراميك هم به صورت طبيعي وجود دارد و هم به صورت مصنوعي ساخته ميشود. از كلسيم فسفاتهاي طبيعي كه در استخوانها، مرجانها موجود است در ساخت جايگزينهاي بافتهاي سخت و نرم استفاده ميشود.
تحقيقات نشان داده است كه نانوذرات كلسيم فسفاتي ميتواند براي اتصال به نواحي پوكي استخوان تنظيم شود زيرا تفاوت شيميايي كليدي بين استخوان سالم و پوك وجود دارد. پس ميتوان با استفاده از شيمي مكمل نانوذرات كلسيم فسفاتي را از نظر شيميايي كارآمد نمود. مثلا ميتوان با پيوند آنتي باديها به مولكول اتصال عرضي برقرار كننده پنتوسيدين كه در نواحي پوك استخوان افزايش مييابد،نانوذرات ياد شده را به نواحي موردنظر هدايت نمود. پلي پپتيدهاي حاوي اسيد آمينههاي آرجنين-گلايسين-آسپارتيك(RGD) در يك بررسي به عنوان عوامل بالا بردن كارآيي استفاده شده است. پروتئينهاي زمينه خارج سلولي ( ECM) (مثل فيبرونكتين، ويرونكتين و غيره) نقش كليدي در رفتار چسبندگي سلولي دارد اين پروتئينها با داشتن توالي آمينواسيدي RGD به هنگام حركت بيان ژن را بوسيله سيگنالهاي ايجاد شده در اثر چسبندگي سلول تنظيم مينمايد هيدروكسي آپاتيت در پپتيد حاوي RGD چسبندگي سلول استئوبلاست را به ايمپلنت افزايش ميدهد.

برای روش ساخت معمولا از سایت sience direct مقالاتی search می کنند که در بر خی از انها روش ساخت نیز بیان شده .
البته شما می توانید واژه های مورد نظر خود را به همراه افزودن +application یا +production سرچ کنید تا روش ساخت را مشاهده کنید .
همچنین منبع تحقیق دیگر نیز [http://scholar.google.com/

کاربرد سرامیک در علم پزشکی
​

ارايه کننده: سحر ميرشاهي

يکي از کاربردهاي مواد سراميکي که در ارتباط نزديک با زندگي بشر است، شامل بکارگيري قطعات سراميکي در بدن انسان مي‌باشد. به اين دسته از سراميک­ها "بيوسراميک (Bio-ceramic)" گويند. اين دسته از سراميک­ها اهميت فراواني در زندگي روزمره يافته­اند. البته استفاده از مواد مختلف بعنوان "ايمپلانت (implant)" به دورة قبل از ميلاد مسيح بر مي­گردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پيشرفت و افزايش اطلاعات پزشکي در اين مورد کوشش­هاي جدي انجام گرفت.
​

اولين مواد مصرفي بعنوان ايمپلانت، ترکيبي از برنج و مس بود که بدليل خوردگي شديد اين مواد در بدن، استفاده آنها با شکست مواجه شده است. از آنجايي که در پزشکي مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترميم عيوب بدن انسان احساس مي‌شد، پليمريست­ها گسترة وسيعي از اين مواد را براي استفاده به جامعه پزشکي معرفي کردند و متالورژها نيز با استفاده از آلياژهاي جديد و متفاوت، قطعات ارتوپديک بسياري براي بدن ساختند. اما حتي اين مواد نيز بعلت خوردگي شيميايي در بدن ايجاد عارضه مي­کرد؛ حال آنكه بسياري از ايمپلانت­ها، مانند اتصال مصنوعي در مفاصل ران، بايستي براي هميشه در بدن انسان باقي مي‌ماند. از اين رو، پژوهشگران براي دستيابي به موادي با مشخصات بهتر به دنياي سراميک راه پيدا کردند. ​

هيچ ماده‌اي که در بدن انسان جايگذاري شود کاملاً خنثي نيست. با اين وجود، خوردگي سراميک­ها بدليل ماهيت ذاتيشان خيلي کمتر از فلزات است. پيشرفت­هاي وسيع در علم سراميک منجر به دستيابي به موادي با خواص شيميايي، فيزيکي و مکانيکي متفاوت و متنوع شد که مي‌توانند خواص خود را براي مدت زمان طولاني در بدن موجود زنده حفظ کنند. بعضي از اين مواد عبارتند از: آلومينا، کربن پيروليتيک و زجاجي، فسفات­هاي کلسيم و سديم و غيره. ​

خصوصياتي که يک ايمپلانت دايمي سراميکي بايد داشته باشد بطور خلاصه در زير آمده است: ​

1- سازگاري بيولوژيکي: عموماً مواد ايمپلانت بايد با بافت­هاي بدن سازگاري داشته باشند و ايجاد حساسيت و مسموميت نکنند. ​

2-عدم خوردگي: در بدن موجود زنده خوردگي بيولوژيکي روي ندهد. ​

کارايي در عملکرد: بايد بتواند به نحو مطلوب وظيفه‌اي را که در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار مي­دهند بخوبي انجام دهد. ​

4- قابليت استريليزه شدن: قابليت استريل و ضدعفوني شدن را داشته باشد، بدون اينکه تغييري در ترکيب آن ايجاد کند. يا باعث تغيير خواص فيزيکي و شيميايي شود. ​

5-قابليت دسترسي: قابل دسترس بوده و براحتي توليد شود. ​

امتياز سراميک­ها بعنوان مواد زيستي بدليل سازگاري آنها با محيط فيزيولوژيکي است و اين سازگاري بدليل وجود يونهايي مشابه با يونهاي موجود در آن محيط، مثل کلسيم، پتاسيم، منيزيم و سديم است. ​

تحقيقات انجام شده در آزمايشگاه و روي بدن موجود زنده روي مواد زير متمرکز شده است: کربن، اکسيدآلومينيم، هيدروکسيد آپاتيت، فسفات تري­کلسيم، ترکيبات شيشه‌اي و غيره که جالب‌ توجه‌ترين اين مواد عبارتنداز: دريچه‌هاي قلبي مصنوعي، زانوي ارتوپديک (استخوان و مفاصل)، موادي که براي ترميم و بازسازي جاي دندان در فک بکار مي­روند، موادي که به­وسيله آنها از راه پوست مي‌توان با داخل بدن ارتباط پيدا کرد، مفصل ران پروستتيک، پيهاي مصنوعي و غيره. ​

اين مواد با توجه به نوع فعاليتشان در محيط به 3 دسته تقسيم مي‌شوند: ​

1- مواد سراميکي خنثي: مانند آلومينا و کربن ​

2- مواد سراميکي با سطح فعال: مانند هيدروکسيد آپاتيت و بيوگلاس­ها ​

3- مواد سراميکي قابل جذب: مانند فسفات کلسيم. ​

تحليل مرتبط ​

بيوسراميک به سلامتي بشر مربوط است و به­هيچ وجه نبايد فراموش شود
به نقل از http://www.itan.ir/NANO/displaypage.php?id=36989
​

كاربرد بيو متريال سراميكي در مهندسي پزشكي‌​

در طي چند دهه اخير، بيوسراميك‌ها با داشتن ويژگي‌هايي چون زيست‌سازگاري، غيرسمي بودن و پايداري در محيط فيزيولوژيك بدن، تحول چشمگيري در دنياي پزشكي به وجود آورده‌اند. استفاده از اين مواد به منظور ترميم و يا جايگزين بافت‌هاي آسيب‌ديده نظير مفصل ، ران، زانو، كتف و ديگر كاربردهاي ارتوپدي و نيز در جايگزيني دريچه‌‌هاي معيوب قلب و يا ايمپلنت‌هاي دنداني موجب شده است تا بيوسراميك‌ها طيف گسترده‌اي از متريال مورد استفاده در پزشكي را در بر گيرند.
​

بيوسراميك‌ها به واسطه ويژگي هاي خاص مكانيكي و فيزيكي در كاربردهايي چون ايمپلنت‌هاي بافت سخت، بر پليمرها و فلزات برتري دارند. به عنوان مثال در دندانپزشكي نوعي از سراميك‌‌ها با تركيب فلوروآپاتيت و ذرات ريز شيشه زيستي به عنوان ماده جايگزين دندان كاربرد دارند و ويژگي‌هاي نوري و مكانيكي اين مواد باعث مي‌شود تا علاوه بر اينكه زيبايي و شفافيت دندان طبيعي به نظر برسد، نسبت به ساير مواد، مقاومت به سايش بيشتري در برابر تنش‌هاي ناشي از ساير دندان‌ها نشان دهد.​

از ديگر محاسن اين مواد آن است كه هنگامي كه در بدن فرد به عنوان ايمپلنت و يا حتي پوشش سطحي يك ايمپلنت فلزي به كار مي‌روند، مي‌توانند رشد استخوان‌ها را شبيه‌سازي كنند، ساختمان بافت را ارتقاء دهند ونيز از سيستم ايمني بدن دفاع نمايند.​

بيوسراميك‌ها در جراحي‌ها به عنوان پوشش ايمپلنت‌هاي گوناگون كاربرد دارند، زيرا پوشش سراميكي، سطحي سخت‌تر از فولاد ضد زنگ به وجود مي‌آورد و با بالا بردن امكان لغزش، موجب كاهش سايش ايمپلنت مي‌شود. از مهمترين گونه‌هاي اين مواد مي‌توان به بيوسراميك هاي كلسيم فسفاتي(‌ (‌CaP اشاره كرد كه در شكل‌هاي مختلف (قطعه، دانه، سيمان، اجزاي كامپوزيت‌و ...) با منشأ متفاوت (طبيعي، بيولوژيكي و سنتتيك) و تركيبات گوناگون به صورت تجاري و براي كاربردهاي پزشكي و دندانپزشكي در دسترس قرار دارند.تركيبات كلسيم فسفات در طبيعت و سيستم‌هاي زيستي (ماهي‌ها، مرجان ها، استخوان گاو و ...) به فراواني يافت مي‌شوند و در سيستم‌هاي بيولوژيك نقش برجسته‌اي ايفا مي‌كنند. به عنوان مثال كربنات هيدروكسي آپاتيت(‌(‌CHA با ساختارهاي كريستالي و غلظتهاي متفاوت،‌فازهاي معدني دندان (مينا، عاج، سمنتوم و ...) و استخوان‌‌ها را تشكيل مي‌دهد. همچنين انواع تركيبات كلسيم فسفاتي در هنگام كلسيم‌دار شدن‌هاي غير طبيعي و پاتولوژيك در فرد ظاهر مي‌شوند كه سنگهاي كليه، آهكي شدن و رسوب كلسيم در بافت‌هاي نرم (قلب، رگ، ريه، و سنگ دندان از اين نمونه‌اند. بنابراين نگاه به بيوسراميك‌هاي كلسيم فسفاتي به عنوان يك متريال بالقوه در كاربردهاي گوناگون ضروري است.‌​

با توجه به آماري كه در هشتمين نشست بين‌المللي سراميك‌ها در پزشكي اعلام شد مقالات مرتبط با حوزه كلسيم فسفات و خصوصا، هيدروكسي آپاتيت 40 تا 70 درصد كل مقالات را شامل مي‌شود كه روز به روز در حال گسترش است. اكنون مختصري به چگونگي كاربرد بيوسراميك‌هاي كلسيم فسفاتي مي‌پردازيم.​

موفقيت‌هاي كلينيكي زماني حاصل مي‌شوند كه به طور همزمان به دو فاكتور پايداري فصل مشترك بافت و ايمپلنت، و تطابق رفتار مكانيكي ايمپلنت با بافت جايگزين شده دست يابيم. كلسيم فسفات‌هايي كه منافذ ريز دارند، براي پوشش ايمپلنت‌هاي فلزي استفاده مي‌شود و نيز به عنوان متريال پر كننده در فضايي كه تحت بار نيست، قرار مي‌گيرد تا رشد استخوان از درون آنها صورت گيرد. رويش دروني بافت از ميان منافذ، توسعه‌ِي ناحيه‌ي بين بافت و ايمپلنت و در نتيجه افزايش مقاومت در برابر حركات ايمپلنت‌ در بافت را به دنبال دارد.در استخوان طبيعي، پروتئين‌ها جذب طبقه كلسيم فسفاتي مي‌شوند، به همين ترتيب بيومتريال كاشته شده نيز با سلول‌هاي استخواني فعل و انفعالا‌تي خواهد داشت. همچنين بيومتريالهايي با قابليت جذب مجدد(‌(‌Resorbable طراحي مي‌شوند تا با گذشت زمان رفته رفته تنزل يافته و با بافت ميزان جايگزين شوند، كلسيم فسفات‌هاي متخلخل مانند‌تري كلسيم فسفات به عنوان مواد قابل جذب در مواردي كه به استحكام مكانيكي بالا نياز نيست. مانند ترميم استخوان فك و سر استفاده مي‌شوند.در سطح ايمپلنت، مواد بيواكتيو يك لايه‌ي فعال بيولوژيكي تشكيل مي‌دهند كه در نتيجه در شكل پيوند بين بافت‌هاي طبيعي و بيو مواد تاثير مي‌گذارد، مواد بيواكتيو شامل شيشه يا شيشه -- سراميك‌ها كه منشأ اكسيد سيليسيم آپاتيتي دارند و يا به عنوان مثال هيدروكسي آپاتيت سنتتيك متراكم و كامپوزيت‌هاي پلي اتيلن -- هيدروكسي آپاتيتي در كاربردهاي ارتوپدي (پيوند استخوان، پروتزها، فضاسازي بين مهره و ...) استفاده مي‌شوند. حال به بررسي فاكتورهاي طراحي و ساخت يك نمونه (به عنوان مثال استخوان مصنوعي) مي‌پردازيم.‌انتخاب دقيق و مناسب متريال مورد استفاده به عنوان مهمترين بخش طراحي حائز اهميت است. همچنين براي طراحي، مي‌توان از نرم‌افزارهاي خاصي بهره برد. اين نرم‌افزارها براي طراحي بهينه شكل ايمپلنت و نيز براي شبيه‌سازي رفتار مكانيكي ايمپلنت با بافت الگو به كار مي‌روند. يك تكنيك رياضي هم به نام آناليز المان محدود براي تعيين توزيع فشار روي ايمپلنت و ساختار بيولوژيكي به كار مي‌رود.​

نمونه‌هاي اوليه قبل از ساخت نهايي تحت آزمايشات گوناگون نظير تستهاي كلينيكي قرار مي‌گيرد. بخش اعظمي از مواد خام اوليه را پودرهاي سراميكي با تركيب ويژه و خلوص بالا تشكيل مي‌دهند. افزودني‌هايي نظير چسب، روانساز و ساير مواد شيميايي براي كمك به پروسه‌ي شكل دهي، به مواد خام اضافه مي‌شوند. پودر اوليه همچنين ممكن است به كمك زينتر احتياج داشته باشد. كمك زينتر به مواد سراميكي كمك مي‌كند تا در طول زينتروينگ و در بعضي مواقع در دماهاي پايين‌تر از آن، به درستي متراكم شوند. پس از تشخيص نوع بيومتريال مورد استفاده ماده مورد نظر وارد پروسه‌ي ساخت مي‌شود.‌استخوان مصنوعي را مي‌توان با استفاده از دو روش ساخت: مرحله آماده‌سازي سنتي سراميك و روش شيميايي سل ژل، در روش سل ژل مي‌توان از سوسپانسيون با ذرات بسيار ريز و يا محلولي با پرگرسرهاي شيميايي استفاده كرد. از آنجا كه روش سنتي آماده‌سازي متداول‌تر است، به بررسي جزئيات آن مي‌پردازيم.​

مرحله اول، آماده سازي ماده خام است. اين ماده به طور مستقيم قابل استفاده نيست و بايد پودر سراميك سنتتيك تهيه شود. معمولا با طي مراحل سنگ شكني و آسياب به سايز دلخواه پودر نمي‌رسيم و مي‌توان از روش‌هاي مكانيكي و يا شيميايي خاصي استفاده كرد. در روش مكانيكي، پودر سراميكي و افزودني‌ها به دقت وزن مي‌شوند و سپس در انواع ماشين‌هاي مخلوط كن توسط رول‌هاي دوراني مخلوط مي‌شوند. به عنوان مثال ماشين بال ميل از يك استوانه‌ي چرخشي پر از مخلوط و يك واسط كروي براي پراكندن مواد و كاهش سايز ذرات استفاده مي‌كند. يك سابنده نيز شامل مهره‌هاي ريز و يك همزن چرخشي براي به انجام رساندن اين پروسه مورد استفاده قرار مي‌گيرد.​

بعد از مرحله اختلاط و رسيدن به سايز مناسب پودر، مواد سراميكي با استحكام پلاستيكي آماده شكل‌دهي مي‌باشند. روش‌هاي گوناگوني مي‌تواند براي اين منطور استفاده شود؛ از جمله قالب‌گيري تزريقي، گرم يا سرد كردن و يا پرس كردن در قالب‌گيري تزريقي مخلوط در سيلندر گرمايي بارگذاري مي‌شود. در اين هنگام از سختي آن كاسته شده و مخلوط نرم مي‌شود. يك پيستون فولادين به مخلوط گرم نيرو وارد كرده و آن را به فرم قالب فلزي سرد شده، تبديل مي‌كند. گرم و سرد كردن‌ها موجب تجمع مواد در يك سيلندر با فشار بالا شده و سپس مواد با شكلي خاص به بيرون فرستاده مي‌شود. پرس كردن نيز با فشردن در قالب فولادين صورت مي‌گيرد و يا مواد در يك قالب لاستيكي، تحت فشار بالا و يكنواخت گاز يا آب قرار مي‌گيرند.​

روش ديگر پرس،كه پرس گرم ناميده مي‌شود شامل فرم دهي و گرمايش با استفاده از قالب گرمايي است. پس از شكل‌دهي، استخوان سراميكي وارد مرحله خشك كردن مي‌شود و بايد تحت چندين عمليات حرارتي قرار گيرد. ابتدا خشك كردن مواد براي از بين رفتن رطوبت، با استفاده از كوره يا محفظه‌ي خشك كن انجام مي‌گيرد و سپس يك كوره براي حرارت دادن مواد در دماهاي بالا جهت حذف مواد آلي و متراكم كردن ماده به كار مي‌رود. چرخه‌ي گرمايش به وضعيت ماده وابسته است و بايد سرعت گرم كردن به طور مناسب طراحي شود تا مانع شكست نمونه گردد.‌بعد از اين مرحله، ممكن است به يك يا دو مرحله پاياني نياز باشد كه با توجه به كاربرد نمونه مشخص مي‌شوند. براي رسيدن به ابعاد و ظاهر دلخواه از سنباده و پوليش نيز استفاده مي‌شود. سنباده يا پوليش كردن مواد سخت‌تر معمولاً نياز به ابزار الماس دارد. مته‌كاري نيز در كاربردهايي كه نياز به شكل‌دهي خاص منافذ باشد، لازم است. اگر اتصال به دو يا چند جزء ديگر نياز باشد، از روش لحيم‌كاري و يا چسب زدن نيز بسته به جنس نمونه استفاده مي‌شود. در تمام پروسه ساخت، كنترل كيفيت هر مرحله براي افزايش كارايي محصول مهم است. در صورتي كه تمامي مراحل طراحي و ساخت با موفقيت گذرانده شود، ايمپلنت سراميكي آماده است تا در بدن بيمار كاشته شود. بدين ترتيب بيومتريال سراميكي جايگزين بافت‌هاي آسيب‌ديده فرد مي‌شود.‌​

نيلوفر بهراميان ​

دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي پزشكي دانشگاه علوم و تحقيقات تهران‌​

منبع:http://www.ettelaat.com​

 

[جینگیلبرت]

ساخت بیو سرامیکهای هیدروکسی آپاتیت نانو کریستال به روش آلیاژ سازی مکانیکی

ساخت بيوسراميك هيدروكسي آپاتيت نانوكريستال به روش آلياژ سازي مكانيكي Fulltext
​

نويسند‌گان:

[ سيدايمان روحاني اصفهاني ] - كارشناسي ارشد مهندسي مواد، دانشكده مهندسي مواد،دانشگاه صنعتي اصفها


[ محمدحسين فتحي ] - استاديار گروه مهندسي مواد دانشكده مهندسي مواد،دانشگاه صنعتي اصفها

خلاصه مقاله:

بخش معدن ي استخوان و دندان شامل تركيب بلورين كلسيم هيدروكسي آپاتيت ( 6(Ca١٠(PO٤)٦(OH)2مي باشد . كلسيم هيدركسي آپاتيت مصنوعي به طور گسترده اي به صورت تكه اي و پودري در ترميم و جايگذاري بافتسختآسيب ديده و يا به صورت پوششبر روي كاشتني هاي بدن استفاده مي شود. كار حاضر بررسي توليد هيدروكسي آپاتيت نانوكريستال، توسط روش آلياژسازي مكانيكي مي باشددر اين كار پژوهشي از كربنات كلسيم CaCo3 و دي كلسيم فسفات دي هيدرات CaHPO٤٫٢H٢O به عنوان مواد اوليه استفاده شد. مواداوليه به نسبت مولي كلسيم به فسفات 1/67 توزين و به مدت زمانهاي مختلفدر آسياب گلوله اي سياره اي با نسبت جرم گلوله به بار ٢٠ و سرعت ٥٤٠ دور بر دقيقه آسياب شده شدند. از تكنيكهاي پراش پرتوايكسو ميكروسكوپ الكتروني روبشي جهت ارزيابي و شناسايي فازها و بررسي ساختاري استفاده شد.


كلمات كليدي: بيومواد، هيدروكسي آپاتيت، نانوكريستال ،آلياژسازي مكانيكي


[ لينک دايمي به اين صفحه: http://www.civilica.com/Paper-CIMS10-CIMS10_020.html

 

[جینگیلبرت]

بیو سرامیك و مهندسی بافت در ساخت استخوان

در سال‌های اخیر استفاده وسیعی از بیوسرامیك‌های كلسیم فسفاتی ، ازقبیل هیدروكسی آپاتیت (HA) و تری كلسیم فسفات (TCP) در كاربردهای بازسازی و ترمیم استخوان ، صورت گرفته است. این بیو سرامیك‌های كلسیم فسفاتی دارای شباهت شیمیایی و ساختاری با فاز معدنی استخوان هستند و موجب تسریع رشد سلول‌های استخوانی می شوند. از بیوسرامیك‌های زیست فعال ، در ارتوپدی برای ترمیم نقایص استخوان و پوشش سطوح ایمپلنت‌های فلزی ، جهت بهبود یكپارچگی ایمپلنت ، استفاده می‌شود. در عین حال این مواد به خاطر تردی و شكنندگی ، جهت شكل دادن دچار مشكل بوده و نیز دارای نرخ تخریب كم و خواص مكانیكیضعیف هستند

​

استفاده از كامپوزیت پلیمر زیست تخریب پذیر/ بیوسرامیك ، می تواند راه حلی برای حــل ایــن مـشـكــلات بــاشـد. اضـافـه كـردن پـلـیـمـرهـای زیـسـت تـخـریـب پـذیـر از قـبـیـل پـلی ال-لاكتیك اسید (PLLA)، پلی گلیكولیك اسید (PGA) و كو پلیمر پلی لاكتیك اسید - پلی گلیكولیك اسید (PLGA) ، به سرامیك‌های كلسیم فسفاتی ، امكان كنترل بهتر ساختارهای میكروسكوپی و ماكروسكوپی را در شكل دادن كامپوزیت‌ها برای بهبود عیوب استخوانی ، فراهم می آورد. به علاوه ، از پلیمرهای زیست تخریب پذیر می توان جـهـت كـاهـش شـكـنـنـدگـی سـرامـیـك‌هـا ، اسـتـفاده كرد. كامپوزیت‌های پلیمر زیست تـخـریب پذیر/ بیوسرامیك ، مواد امید بخشی برای پیوند استخوان بوده و بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
امروزه جهت ساخت داربست‌های كامپوزیت پلیمر/ بیوسرامیك جهت كاربرد در مهندسی بافت استخوان بیشتر از روش‌های (SC/PL) Solvent casting / Particulate leaching ، (GF/PL) Gas foaming / Particulate leaching و Phase Separation استفاده مـی‌شـود. سـاخـت داربـسـت‌هـای كـامـپـوزیـت از روش SC/PL و Phase Separation با اسـتـفـاده از حـلال‌هـای آلـی انـجـام مـی پـذیـرد كـه حـلال‌هـای باقیمانده در داربست‌ها می‌تواند برای سلول‌های پیوندی یا بافت‌های میزبان ، مضر باشند. استفاده از روش GF/PL ، برای ساخت داربست‌های كامپوزیت ، علاوه بر مستحكم بودن ، دارای قابلیت هدایت استخوان بوده و همراه با نرخ تخریب كنترل شده است تا فضای لازم برای تشكیل استخوان جدید را فراهم آورد.

​

نحوه ساخت داربست‌ها

داربست‌های كامپوزیت متخلخل PLGA/HA با استفاده از 2 روش GF/PL و SC/PL ساخته شدند و مورد مقایسه قرار گرفتند. جهت ساخت داربست از روش GF/PL ، كامپوزیت های PLGA/HA با نسبت 25:75 ذرات ( PLGAقـطـر=200-100 مـیـكـرومـتـر، وزن مـولـكـولـی Da =100000، پـلـیـمـرهـای )Birmingham نانو ذرات ( HAقطر=تقریبا 100 نانومتر شركت بركلی) و ذرات سدیم كلراید ( قطر=200-100 میكرومتر ) آماده شدند. ذرات پلیمر با ذرات NaCl و HA مخلوط شـدنـد. نـسـبت جرمی PLGA/HA/NaCl ، 9:1:1 بود. مخلوط مذكور داخل قالب‌های صفحه‌ای شكل به قطر 35/1 سانتیمتر ریخته و به مدت یك دقیقه با پرس Carver ، تحت فشار PSI 2000 ، قرار داده شد ؛ تا ضخامت 7/1 میلی متر ، حاصل آید. سپس ، نمونه ها در معرض فـشـــار بــالای گــاز 2PSI( CO800) بــه مــدت 48 ساعت ، قرار داده شد ؛ تا پلیمر با گاز ، اشباع شود. آنـگـاه بـا كـاهـش فـشار گاز به فشار محیط ، یك پایداری ترمودینامیك ، حاصل شد كه منجر به جـــوانـــه زنــی و رشــد حـفــره هــای 2CO ، درون داربـسـت گـشـت. ذرات NaCl از داربـست‌ها با شستشو در آب مقطر به مدت 48 ساعت ، حذف شد. داربست‌های PLGA بدون HA نیز با روش GF/PL ، تولید شده و به عنوان نمونه شاهد مورد استفاده قرار گرفت .(GF/PL-No HA(جهت ساخت داربست از روش SC/PL ، ابتدا PLGA در حلال متیلن كلراید با 10 درصد غلظت (w/v)، حل شده و NaCl و HA به محلول PLGA در هـمــان انــدازه هــا اضــافــه شــدنـد. سـپـس ایـن مخلوط در استوانه‌های تفلونی به قطر 5/21میلی متر و ارتفاع 25 میلی متر ریخته شد. پس از تبخیر حــلال ، داربـسـت‌هـای كـامـپـوزیـت از قـالـب‌هـا بــیــــرون آورده شــــد و نــمــــك بـــا قـــرار گـــرفــتـــن داربـسـت‌هـا در آب مـقـطر به مدت 48 ساعت ، حـذف شـد و در نهایت داربست‌های متخلخل PLGA/HA از روش ساخت SC/PL حاصل آمد.

​

مشخصات داربست‌های PLGA/HA

سـاخت داربست از روش GF/PL و سپس شستشو و حذف نمك ، در داربست‌های حاوی درصد بالای ذرات نمك طعام ، منجر به تشكیل ســاخـتـار‌هـای مـتـخـلـخـل بـا تـخـلـخـل‌هـای بـاز ، مـــی‌شـــود. روش SC/PL ، مــنــجـــر بـــه ســـاخــت داربـســـت‌هـــایـــی بـــا انـــدازه تــخــلـخــل 100-200 مـیـكـرومـتـر مـی شـود. بـرعـكس روش GF/PL ، مـنـجـر بـه سـاخـت داربـسـت‌هـایـی با دوسطح از تـخـلـخـل مـی‌شـود. یـكـی مـاكـرو تـخـلـخـل هـای پــیـــونـــدی (100-200 مــیــكــرومـتــری) كــه در اثــر شستشو و حذف ذرات نمك طعام ، حاصل می شود و نیز تخلخل‌های بسته و كوچك‌تر (10-45 مــیــكـــرومـتــری) كــه دراثــر جــوانــه زنــی و رشــد حفره های گازی ، در داربست، ایجاد می شوند (شــكـــل-2 قــســمـــت .)B مــیـــانــگــیـــن تــخــلــخــل داربست‌های GF/PL و SC/PL به ترتیب%3ر91 و%3ر85 درصد است.

​

خـواص مـكـانـیـكـی داربست‌ها با استفاده از آزمـون‌هـای فشار و كشش ، مورد ارزیابی قرار گـرفـت. داربـسـت‌های GF/PL ، دارای خواص مكانیكی بهتری نسبت به داربست‌های SC/PL بودند. میانگین مدول فشار ، برای داربست‌های SC/PL ôGF/PL بـــــــه تــــــرتـــیــــــب MPa4/0+3/2 وMPa3/0+5/4 بـود و مـیـانـگـیـن مـدول كـشـشـی برای آن‌ها به ترتیب 1/0+0/2 و2/0+9/26 مگا پاسگال بود. این داده ها ، بیانگر 99 % افزایش در مدول فشاری و %1331 افزایش در مدول كششی است كه نشان دهنده آثار مثبت فرایند تولید GF/PL ، در بهبود خواص مكانیكی داربست‌ها است.برای تعیین اینكه آیا فرایند تولید داربست‌ها بر میزان تماس HA با سطح داربست ، تاثیر دارد یا خیر ، HA را با ماده رنگی آبدوست ، مشخص كردیم و نشان داده شد كه این تاثیر در داربست‌های GF/PL بیش از داربست‌های SC/PL است (شكل 3 قسمت های .(A,C,D تـركـیـب سـطـح داربـسـت‌هـای كـامپوزیت PLGA/HA را نیز به وسیله XPS ، بررسی كردیم. میزان كلسیم در سطح داربست GF/PL بیش از سطح داربست SC/PL بود(شكل3 - قسمت .(G

كشت استئوبلاست‌ها روی داربست‌ها

عـلاوه بـر كـشـت سـلـولی در آزمایشگاه ، داربست‌ها در بدن موجود زنده (موش آزمایشگاهی) نیز قرار گرفتند. هر دو داربست كامپوزیت PLGA/HA ، امكان چسبیدن و تكثیر طی یك دوره 56 روزه كشت آزمایشگاهی را از خود نشان دادند. تراكم اولیه 106x2 سلول در هر داربست ، منجر به 106x33/1 سلول در هر داربست شد كه به داربست GF/PL پس از گذشت یك روز از كشت ، چسبیبده بود كه میزان 5/66% را نشان می دهد. بـرای داربـسـت SC/PL ، كـارایـی مـذكـور 62 درصـد بـود. رشـد سـلـول‌هـای استخوانی (اسـتـئـوبـلاسـت‌هـا) در داربـسـت‌هـای GF/PL ، سـریـع‌تـر از داربـسـت‌های SC/PL بود (شـكـل4.) میانگین دانسیته سلول داربست‌های GF/PL ، برابر106x48/2 سلول در هر داربست ، پس ا
ز گذشت 4 هفته از كشت بود ؛ درحالی‌كه برای

داربست‌های SC/PL ، برابر 106x19/2 سلول در هر داربست بود ؛ یعنی به ترتیب 5/86 % و 7/69% رشد را نشان دادند (شكل5.)بررسی كاشت در بدن موجود زندهكاشت هردو نوع داربست كامپوزیت PLGA/HA ، منجر به ایجاد و رشد سلول‌های استخوانی جدید ، طی 5 و8 هفته ، در بدن موجود زنده (موش آزمایشگاهی) شد. 5 هفته پس از كاشت ، میزان كمی سلول‌های استخوانی ، هم در داربست‌های ( SC/PLشكل6 قسمت )A,B و هم در ( GF/PLشكل6 - قسمت )C,D مشاهده شده است. 8هفته پس از كاشت ، رشد سلول‌های استخوانی افزایش یافت (شكل7 قسمت .)C,F تجزیه وتحلیل بافت شناسی مقاطع میانی بافت‌ها ، نشانگر تشكیل سلول‌های استخوانی بیشتر در داربست‌های GF/PL ، نسبت به داربست‌های SC/PL و داربست‌های PLGA بدون HA ، پس از گذشت 5 و 8 هفته
از كاشت بود (شكل8 -

قسمت .(A برعكس ، داربـسـت‌هـای PLGA بـدون HA ، هـیـچ سلول استخوانی جدیدی پس از 8 هفته، تولید نـكردند. بیشتر حفره های داربست‌های PLGA بدون HA ، توسط بافت‌های پیوندی ، بدون ایجاد سلول‌های استخوانی طی 5 و8 هفته پر شده بود (شكل7 - قسمت.(A,B

بحث و نتیجه‌گیری

دو روش (SC/PL) Solvent casting / Particulate leaching ، (GF/PL) Gas foaming / Particulateleaching ، جهت ساخت داربست‌های كامپوزیتی بیوسرامیك/ پلیمری ، جهت مهندسی بافت استخوان ، مورد بررسی قرار گرفت. داربست‌های PLGA/HA كه توسط روش GF/PL ساخته شدند، باعث تماس بالای HA روی سطح داربست شده و ایجاد و رشد

​

سلول‌های استخوانی در آن‌ها ، نسبت به روش SC/PL ، بهتر بود. در مقایسه بـا سـایر روش‌های ساخت داربست‌های كامپوزیتی پلیمری/ سرامیكی ، روش GF/PL دارای مزایای زیادی است كه در ادامه بیان می‌شود : 1) در فرایند GF/PL ، استفاده ازحلال‌های آلی لازم نیست. حلال‌های آلی باقیمانده در داربـسـت‌هـا ، مـنـجـر به آسیب سلول‌ها و بافت‌های مجاور می‌شوند. به علاوه ، تماس حلال‌های آلی ، می تواند مانع فعالیت عوامل فعال بیولوژیك شود. 2) روش GF/PL مــی تــوانــد بـه طـور مـؤثـری بـیـو‌سـرامـیـك‌هـا را در تـمـاس بـا سـطـح داربست‌های كامپوزیت پلیمری/ بیوسرامیكی قراردهد. این موضوع را می توان با آنالیز XPS و استفاده از مواد رنگی آبدوست ، بررسی كرد. روش SC/PL ، منجر به پوشش داده شدن پلیمر ، روی بیو‌سرامیك‌ها می‌شود كه این امر موجب می شود كه بیو سرامیك‌ها ، تماسی با سطوح داربست ، پیدا نكنند ؛ درحالی‌كه در روش GF/PL كه از محلول پلیمری استفاده نمی‌شود ، این تماس ، بسیار خوب برقرار می‌شود. بنابراین داربست GF/PL ، تماس سلول‌های استخوانی را با سرامیك‌های زیست فعال كه باعث رشد سلول‌های استخوانی می شود ، بیشتر می كند. 3) داربست‌های GF/PL ، خواص مكانیكی بهتری نسبت به داربست‌های SC/PL ، دارا هستند. داربست‌های GF/PL ، دارای

​

مدول‌های فشاری و كششی بسیار بالاتری هستند كه می تواند ناشی از دانسیته بیشتر و زنجیره های پلیمری تحت فشار باشد. به علاوه ، حلال باقیمانده در داربست‌های SC/PL می تواند به عنوان عامل داكتیل شدن پلیمر ، عمل كند. اسـتـفـاده از داربـسـت‌هـای GF/PL ، مـنـجـر بـه بـهـبـود پـتـانسیل سلول‌های استخوانی مـی‌شـود. چون داربست‌های SC/PL و GF/PL ، دارای خواص فیزیكی مشابهی از نظر اندازه تخلخل و به هم پیوستگی تخلخل‌ها هستند، تفاوت در میزان ایجاد و رشد سلول های استخوانی در آن‌ها می تواند ناشی تماس مستقیم سلول‌ها با ذرات HA روی سطح داربست باشد كه تكثیر و رشد سلول‌های استخوانی را تحریك می كند. برعكس ذرات HA در داربست‌هایSC/PL ، توسط پلیمر پوشش داده می شوند و تماسی با سلول ندارند و تخریب PLGA نیاز به زمان طولانی داشته و هیچ شتابی در ساخت سلول‌های استخوانی توسط HA ، دیده نمی‌شود.​

منبع:
http://www.bme-shz.ir/post/92
منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی
بيو سراميك و مهندسي بافت در ساخت استخوان
نویسنده: مهندس مهران محمودي

 

[جینگیلبرت]

اصفهان / واحد مرکزی خبر / علمی

محققان اصفهانی با ترکیب پلیمر - بیوسرامیک ، داربست ‏نانوکامپوزیت استخوان ساختند .
دستیار پژوهشی گروه پژوهشی بیومواد دانشگاه صنعتی اصفهان گفت : بکارگیری یکی از روش‌های ساخت داربست مهندسی بافت می‌تواند به عنوان ‏جایگزین استخوان و بویژه بخش آسیب ‌دیده دندان در دندانپزشکی استفاده شود .
آقای جوهری مزیت ‏عمده این دستگاه را کاهش تعداد عمل‌های جراحی ، بهبود سریعتر بیمار و احیای دوباره بافت زنده دانست .
وی افزود : با استفاده از پلی کاپرولاکتون به عنوان پلیمر زیست‌تخریب پذیر و فلوئورهیدروکسی‌آپاتیت به عنوان بیوسرامیک زیست ‌فعال موفق به ساخت داربست نانوکامپوزیتی پلی‌‏-کاپرولاکتون برای مهندسی بافت استخوان و بهینه‌سازی ترکیب آن شدند .‏
دستیار پژوهشی گروه پژوهشی بیومواد دانشگاه صنعتی اصفهان گفت : ارزیابی تاثیر تخلخل و درصد تقویت کننده بر خواص مکانیکی ‏و تخریب‌پذیری داربست ، ساخت داربست نانوکامپوزیتی متخلخل حاوی چهار درصد وزنی ‏متفاوت از نانوذرات فلوئورهیدروکسی‌آپاتیت و بررسی ریزساختار ، مورفولوژی، تخلخل و خواص مکانیکی آن ازجمله مراحل اجرای طرح است .
آقای جوهری افزود : استفاده از نانوذرات بیوسرامیکی زیست‌ فعال در این پژوهش سبب بهبود زیست ‌فعالی، تخریب پذیری و خواص ‏مکانیکی داربست در مقایسه با نمونه‌های کامپوزیتی ساخته شده با میکروذرات بیوسرامیکی شد .
این دستگاه با همکاری دکتر محمدحسین فتحی و دکتر ‏محمدعلی گلعذار طراحی و ساخته شد .
نتایج این طرح پژوهشی در قالب پایان‌ نامه کارشناسی ارشد مهندس جوهری به تازگی در ‏مجله ‏«Composites: Part B‏» منتشر شد .

نقل از سایت خبر فارسی

 

[جینگیلبرت]

بیو سرامیک ها (Bioceramics) سرامیک هایی با طراحی خاص هستند که در ترمیم و نوسازی اعضاء معلول یا مصدوم بدن مورد استفاده قرار می گیرند. اگر چه سالیان درازی است که سرامیک و شیشه به عنوان شیشه عینک، وسائل تشخیص بیماری، ظروف آزمایشگاهی، دماسنج ها، فلاسک های کشت بافت و الیاف نوری جهت آندوسکوپی به کار می روند اما در اواخر دهه 1960، انقلاب عظیمی در استفاده از سرامیک ها برای بهبود نحوه زندگی بشر رخ داد که منجر به توسعه بیوسرامیک ها گردید.

به طور کلی بیو سرامیک ها یا سرامیک هایی که در پزشکی کاربرد دارد باید با یک یا چند شرط ذیل مطابقت داشته باشد: 1- از نظر شیمیایی کاملا خنثی باشد. 2 اثرات مخرب بر بافت های مجاور نداشته باشد. 3- طول عمر آن زیاد باشد. 4- استحکام خستگی بالا داشته باشد. 5- اثرات مخرب بر فرآیندهای متابولیسم آزاد بدن نداشته باشد. عوامل فوق تحت عنوان زیست سازگاری یا Bio compatibility دسته بندی می شود. عصر نوین و پیشرفت بیو سرامیک ها از سال 1963 آغاز می شود هنگامی که شخصی به نام اسمیت، استخوان را با ماده ای به نام سروزیوم (ترکیبی از آلومینای متخلخل و رزین اپوکسی) جایگزین کرد و در عین حال 48% تخلخل را (مانند استخوان معمولی) باقی گذاشت. از دهه 1970، هنچ و همکارانش، ارزیابی بیوسرامیک هایی با سطوح فعال واکنش دهنده با بدن را آغاز کردند که نخستین آن ها بیوگلس ها بودند. از آن پس شیشه – سرامیک ها نیز مورد توجه فراوان قرار گرفتند و تا کنون نیز هم چنان مورد توجه قرار دارند. در تصویر روبرو انواع سرامیک های مورد استفاده دربدن انسان نمایش داده شده اند.

دانلود تصویر کاربرد بیوسرامیک ها با کیفیت بالا​

امروزه بیو سرامیک ها به دلیل پایداری حرارتی و شیمیایی، استحکام و مقاومت به سایش بالا، ظاهر زیبا و مناسب و زیست سازگاری عالی از جایگاه رفیعی برخوردار هستند و در شکل های مختلفی نظیر تک کریستال، پلی کریستال، کامپوزیت و پوشش مورد استفاده قرار می گیرند. تنها نکته ای که کاربرد این مواد را محدود می سازد، تردی آن ها است که تمام تلاش های محققان در صدد رفع این عیب و بهبود چقرمگی این مواد صورت می گیرد. بیو سرامیک ها را می توان بر اساس مکانیزم اتصال آن ها با بافت تقسیم بندی نمود. مکانیزم اتصال با بافت مستقیما به نوع پاسخ دهی در سطح مشترک کاشتنی ارتباط دارد. به طور کلی چهار نوع پاسخ دهی در ارتباط با اتصال پروتزها به سیستم استخوان بندی – عضلانی مطرح است:

1- اگر ماده سمی باشد، بافت های اطراف می میرند. بنابراین همه مواد نمی توانند به عنوان کاشتنی در بافت بدن به کار روند. 2- اگر ماده غیر سمی باشد و از لحاظ بیولوژیکی غیر فعال (تقریبا خنثی) باشد، بافت الیافی با ضخامت متغیر بین بافت و کاشتنی تشکیل می شود. از آنجایی که این بافت هیچ گونه پیوند شیمیایی و بیولوژیکی با دیگر اجزا ندارد لذا به راحتی حرکت می کند و در نتیجه سبب رها شدن کاشتنی می شود. 3- اگر ماده غیر سمی و از لحاظ بیولوژیکی فعال (بیواکتیو) باشد، پیوند در سطح مشترک بافت و کاشتنی تشکیل می گردد. 4- اگر ماده غیر سمی و قابل انحلال باشد، بافت های اطراف جایگزین آن می شوند. بنابراین بیوسرامیک ها بر اساس مکانیزم اتصال با بافت به صورت های تقریبا خنثی (Inert)، بیو اکتیو (Bioactive) و قابل جذب تقسیم بندی می شوند. در تصویر متحرک زیر سرامیک هایی که کاربرد پزشکی دارند نمایش داده شده اند. دایره های نارنجی نمایانگر اجزایی هستند که در بدن انسان کاشته می شوند و نقاط آب مربوط به تجهیزاتی می شوند که در خارج بدن مورد استفاده قرار می گیرند.





در صورتی که بیوسرامیکی تقریبا خنثی باشد، سطح مشترک بین بافت و کاشتنی فاقد هر گونه پیوند شیمیایی و یا بیولوژیکی می باشد. بنابراین در این حالت بر روی کاشتنی، پوششی از بافت فیبروز و غیر چسبنده تشکیل می شود. ضخامت بافت ایجاد شده بسته به نوع ماده و میزان حرکت سطح مشترک بافت و بیوماده، شدیدا تغییر می کند. این گونه مواد در جاهایی که ثبات، نفوذناپذیری و عدم پاسخ فیزیولوژیکی مورد نیاز باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی در کاشتنی های فشرده و خنثی پایداری مکانیکی در استخوان به وسیله شکل هندسی و اصطکاک کاشتنی با بافت به دست می آید و رشد استخوان بر روی سطح به صورت نامنظم می باشد. شکل های مختلف کربن، آلومینا (تک کریستال و پلی کریستال) و زیرکونیا در زمره این نوع بیوسرامیک ها به شمار می آیند.

آلومینا و زیرکونیا از جمله اکسیدهای سرامیکی خنثی هستند که دارای نقطه ذوب، سختی و استحکام بالا می باشند. آلومینا به صورت خالص و زیرکونیا همراه با ناخالصی هایی نظیر CaO، MgO و Y[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] (جهت پایداری)، برای کاربردهای کاشتنی به کار می روند. این مواد پایداری شیمیایی و ابعادی بالا و هم چنین مقاومت به سایش خوبی را از خود نشان می دهند.

[h=2]بیو سرامیک های بیواکتیو[/h]
ماده بیواکتیو، ماده ای است که از یک پاسخ بیولوژیکی خاص در سطح مشترک مواد نتیجه می شود که باعث تشکیل پیوند بین بافت و ماده می شود. در حقیقت حالت بیواکتیو یک حد واسط بین حالت های انحلال و غیر فعال بودن می باشد. یکی از ویژگی های مهم مواد بیواکتیو تشکیل یک لایه هیدروکسی کربنات آپاتیت بر روی سطح می باشد. فاز هیدروکسی کربنات آپاتیت از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار شبیه فاز معدنی استخوان است.

​

سرامیک های بیواکتیو، سطح مشترک چسبنده ای با بافت ایجاد می کنند که در برابر نیروهای مکانیکی مقاومت می نماید. دراکثر موارد، استحکام چسبندگی سطح مشترک مساوی و یا بیشتر از استحکام چسبندگی ماده کاشتنی و یا بافت پیوند داده شده یا کاشتنی می باشد. دراین مواد شکست در کاشتنی یا استخوان رخ می دهد و هیچ گاه در سطح مشترک به وقوع نمی پیوندد. هم چنین توزیع تنش در مقطع سطح مشترک بیواکتیو در مقایسه با سایر انواع کاشتنی ها، با توزیع تنش طبیعی شباهت و سازگاری بیشتری دارد. امروزه انواع مختلفی از مواد بیو اکتیو مورد تحقیق و بررسی قرار می گیرند که عبارتند از: شیشه های بیواکتیو، شیشه سرامیک های بیواکتیو مانند سرویتال یا شیشه سرامیک آپاتیت – ولاستونیت، هیدروکسی آپاتیت متراکم و متخلخل، کامپوزیت های بیواکتیو مانند هیدروکسی آپاتیت – پلی اتیلن و پوشش های بیو اکتیو نظیر پوشش هیدروکسی آپاتیت بر روی آلیاژ متخلخل تیتانیوم و غیره. تمامی موارد فوق با بافت مجاور در سطح مشترک، پیوند تشکیل می دهند. البته زمان پیوند خوردن، استحکام، مکانیزم و ضخامت منطقه واکنشی برای مواد مختلف متفاوت خواهد بود.

[h=2]سرامیک های زیست تخریب پذیر[/h]


​

اصطلاح زیست تخریب پذیر (قابل جذب) به آن دسته از مواد اطلاق می شود که پس از قرار گیری در بافت، بدون هیچ گونه واکنش مخربی با بافت، حل شوند. در سال 1892 گزارشی درباره استفاده از گچ پاریس سولفات کلسیم دی هیدرات قابل جذب برای پر کردن شکاف ها در استخوان منتشر کرد و نتیجه پزشکی آن را در هشت بیمار اعلام نمود. با وجود نتایج مطلوبی که حاصل شد ولی با گذشت زمان کاربرد آن به دلیل خواص مکانیکی ضعیف، سرعت انحلال بالا و در نتیجه عدم رشد کامل استخوان محدود شد. در سال 1920 آلبی و موریسون طی انجام آزمایشاتی روی حیوانات از تری کلسیم فسفات برای پر کردن شکاف های استخوانی استفاده کردند و پس از آن ها تا 30 سال مطالعات زیادی روی استفاده از گچ پاریس و نمک های کلسیم فسفات به عنوان بیو سرامیک قابل جذب صورت گرفت تا اینکه در سال 1979، مک دیوید تری کلسیم فسفات را یک نوع سرامیک قابل جذب معرفی کرد. امروزه کلسیم فسفات ها و کلسیم سولفات ها نمونه های خوبی از سرامیک های قابل جذب می باشند. تا کنون اکثر فعالیت های انجام شده در زمینه کاشت سرامیک های کلسیم فسفاتی در حیوانات و کاربردهای کلینیکی بر روی تری کلسیم فسفات و هیدروکسی آپاتیت متمرکز گردیده است. تری کلسیم فسفات ها، به طور کلی زیست تخریب پذیر در نظر گرفته شده اند، اگر چه بسته به خصوصیات ماده مورد استفاده بعضا اختلاف هایی نیز گزارش گردیده است.

​

از طرف دیگر، در خصوص زیست تخریب پذیری هیدروکسی آپاتیت هم گزارشاتی مبنی بر عدم تخریب، تخریب آهسته یا جزئی و در برخی موارد تخریب کامل به چشم می خورد. این اختلافات عمدتا ناشی از تفاوت های موجود در شرایط آزمایش نظیر خصوصیات مواد، گونه حیوانی به کار رفته، موضع کاشت و روش بررسی می باشند. با توجه به آنچه گفته شد در می یابیم که هیدروکسی آپاتیت بیواکتیو می باشد در حالی که تری کلسیم فسفات سریع تر تخریب می شود. بر این اساس سرامیک های کلسیم فسفاتی دو فازی (BCP=biphasic calcium phosphate) مطرح شدند. این سرامیک ها مخلوطی از دو فاز هیدروکسی آپاتیت و تری کلسیم فسفات می باشند و با تغییر نسبت HA/TCP می توان بیواکتیویته بودن و یا قابل جذب بودن سرامیک BCP را کنترل کرد.

[h=2]منابع و پیوندها[/h]

​

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
فتح الله مضطر زاده و ژامک نورمحمدی، کاربرد سرامیک ها در مهندسی پزشکی، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1384. سرامیک ها

 

[جینگیلبرت]

[h=1]جذب بهتر پروتئین و سلول‌های استخوان‌ساز بدن با کمک نانوبیوسرامیک‌ها[/h]

پژوهشگران ایرانی، به‌منظور جذب بهتر پروتئین و سلول‌های استخوان‌ساز در بدن، اقدام به بهبود و توسعه ساخت نانوبیوسرامیک‌های شبه استخوانی کرده‌اند.

این نانوبیوسرامیک‌ها که به روش فعال‌سازی مکانیکی با آسیاکاری پرانرژی تهیه شده‌اند، می‌توانند در صنایع پزشکی و درمانی همانند ترمیم بافت سخت آسیب دیده، ساخت داربست مهندسی بافت برای خلق و بازسازی بافت استخوان، پوشش سطح ایمپلنت فلزی بدن، انتقال و رهایش دارو و حمل ژن در ژن‌تراپی مورد استفاده قرار گیرند.

دکتر محمدحسین فتحی، دانشیار دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «در ساختار بافت معدنی استخوان، یون‌هایی چون Na[SUP]+[/SUP]، K[SUP]+[/SUP]، Mg[SUP]+2[/SUP]، CO3[SUP]-2[/SUP] و F[SUP]-[/SUP] وجود دارند که از بین این یون‌ها، CO3[SUP]-2[/SUP] و F[SUP]-[/SUP] تأثیر بیشتری بر رفتار و خواص بخش معدنی استخوان دارند و حضور یون F[SUP]-[/SUP] در حد خیلی کم، در بافت دندان و استخوان، ضروری است. جایگزینی گروه‌های OH[SUP]-[/SUP] در ساختار هیدروکسی آپاتیت با یون F[SUP]-[/SUP] ، منجر به شکل‌گیری ترکیب جدیدی با عنوان فلوئور‌ آپاتیت (Ca10(PO4)6F2) می‌شود که نسبت به پودر هیدروکسی آپاتیت خالص در محیط بیولوژیکی بدن دارای مزایایی چون؛ توانایی تشکیل سریع‌تر لایه آپاتیت بر سطح، جذب بهتر پروتئین و سلول‌های استخوان‌ساز بر سطح و نرخ انحلال کمتر است. از مزایای دیگر فلوئور آپاتیت، می‌توان به پایداری حرارتی بالای آن طی فرایند تولید به ویژه هنگام تهیه بالک آن اشاره نمود».

گفتنی است که در این پژوهش، از روش آنالیز فازی پراش پرتو ایکس به منظور تأیید حضور فازهای مطلوب در ترکیب و روش آنالیز حرارتی افتراقی برای ارزیابی رفتار حرارتی محصول تولیدی استفاده شده‌است. همچنین به‌منظور بررسی شکل و توزیع اندازه ذرات پودر نانومتری، از میکروسکپ الکترونی عبوری و میکروسکپ الکترونی روبشی و از روش طیف‌سنجی مادون‌قرمز با تبدیل فوریه برای آنالیز بنیان‌های موجود در نانوپودر استفاده گردیده‌است.

پژوهش حاضر در قالب پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندس احسان محمدی زهرانی به راهنمایی دکتر محمدحسین فتحی دانشیار دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان به انجام رسیده‌است و بخشی از نتایج و دستاوردهای آن در مجله Journal of Crystal Growth (جلد 311، صفحات 1392-1403، سال 2009) منتشر شده است.

منبع: سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

 

[جینگیلبرت]

کاربردهای پزشکی و بهداشتی سرامیکهای پیشرفته

از جمله كاربردهاي مهم بيوسراميك‌ها، "غشاهاي" سراميكي هستند. غشاها اين توانايي را دارند كه يون‌ها و اجزاي خاصي را جذب كنند و آب دريا را به آب شيرين تبديل كنند. قطعاً شيرين كردن آب يك آرزوي ديرينه بشري بوده و در آينده عامل تعيين‌كنندة بقاي بشر نيز خواهد بود. بيوسراميك‌ها همچنين پساب‌هاي صنعتي را به منابع آبي مناسب تبديل مي‌كنند.

​

- سراميك‌ها و سلامتي
سراميك‌ها، اين مواد دست‌ساختة بشر، از ابتداي تاريخ تمدن تا به امروز توانسته‌اند مواد بسيار مفيدي را در اختيار انسان‌ها قرار دهند. از سفالينه‌هاي هزاران سال قبل تا راكتورهاي هسته‌اي و اخيراً نيز محافظ سفينه‌هاي فضايي و غيره. يكي از كاربردهاي مواد سراميكي كه در ارتباط نزديك با زندگي بشر است، شامل بكارگيري قطعات سراميكي در بدن انسان مي‌باشد. به اين دسته از سراميك‌ها "بيوسراميك (Bio-Ceramic)" گويند.
بيوسراميك‌ها گروهي از سراميك‌هاي پيشرفته هستند كه داراي كاربردهاي پزشكي و بهداشتي زيادي هستند. اين مواد به‌عنوان جايگزيني براي بعضي از اعضاي بدن استفاده مي‌شوند و داراي خواصي هستند كه با محيط بدن سازگاري دارند. از جنبه ديگر، اين سراميك‌ها به‌علت خواص مطلوبشان كاربردهاي زيادي در بهينه ساختن منابع حياتي بشر مانند آب، خاك و غيره دارند.
يكي از چالش‌هاي اصلي آيندة بشريت رقابت بر سر تامين منابع بهداشتي است. به‌طوري كه "پروفسور نيوهام" معتقد است آينده از آن منابع آب، بهداشت و سلامت است. بنابراين كنترل وضعيت بهداشتي و سلامتي بشر امري است كه از اهميت ويژه‌اي برخوردار است؛ به‌گونه‌اي كه آيندة بشر به سلامت اين منابع وابسته است و بايد در مورد مواد اوليه و توانمندي آن بسيار بررسي و تلاش شود. بيوسراميك‌ها در اين زمينه نقش عمده‌اي را ايفا مي‌كنند.
اين دسته از سراميك‌ها اهميت فراواني در زندگي روزمره يافته اند. البته استفاده از مواد مختلف به‌عنوان "ايمپلانت (Implant)" به دورة قبل از ميلاد مسيح بر مي‌گردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پيشرفت و افزايش اطلاعات پزشكي در اين مورد كوشش‌هاي جدي انجام گرفت.
اولين مواد مصرفي به‌عنوان ايمپلانت، تركيبي از برنج و مس بود كه به‌دليل خوردگي شديد اين مواد در بدن، استفاده آن‌ها با شكست مواجه شده است. از آنجايي كه در پزشكي مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به‌منظور ترميم عيوب بدن انسان احساس مي‌شد، پليمريست‌ها گسترة وسيعي از اين مواد را براي استفاده به جامعه پزشكي معرفي كردند و متالورژها نيز با استفاده از آلياژهاي جديد و متفاوت، قطعات ارتوپديك بسياري براي بدن ساختند. اما حتي اين مواد نيز به‌علت خوردگي شيميايي در بدن ايجاد عارضه مي‌كرد؛ حال آنكه بسياري از ايمپلانت‌ها، مانند اتصال مصنوعي در مفاصل ران، بايستي براي هميشه در بدن انسان باقي مي‌ماند. از اين رو، پژوهشگران براي دستيابي به موادي با مشخصات بهتر به دنياي سراميك راه پيدا كردند.
تجربه و بررسي‌هاي علمي و فني نشان داده است كه سراميك‌ها به طور ذاتي زيست‌سازگارترين مواد موجود مي‌باشند كه دليل اين امر را بايد در ماهيت تركيبات سراميكي نسبت به دو دسته ديگر مواد يعني فلزات و پليمرها جستجو كرد.
فلزات علي‌رغم اينكه خواص مكانيكي مطلوبي دارند ولي در تماس با بافت‌هاي زنده بدن دچار خوردگي الكتروشيميايي مي‌شوند كه اين به‌دليل ماهيت اين دسته از مواد است كه داراي الكترون آزاد مي‌باشند. حتي فلزاتي كه خنثي به‌نظر مي‌رسند اثرات نامطلوبي در داخل بدن دارند و بدين ترتيب بيشتر فلزات از ديدگاه زيست‌سازگاري گزينه‌هاي مناسبي جهت استفاده در بدن نيستند. پليمرها نيز صرف‌نظر از خواص مكانيكي ضعيف، با بدن سازگار نبوده و در محيط‌هاي فيزيولوژيك، پايداري شيميايي مطلوبي ندارند.
اما در مورد سراميك‌ها داستان به‌گونه‌اي ديگر است. بعضي از مزاياي سراميك‌ها (از جنبه زيست‌سازگاري) نسبت به مواد ديگر عبارتند از:
1) عموماً سراميك‌ها از عناصري تشكيل مي‌شوند كه آن عناصر به‌صورت طبيعي در محيط بدن وجود دارند كه از آن‌جمله مي‌توان به كلسيم و فسفر اشاره نمود.
2) پيوندهاي تشكيل‌دهنده تركيبات سراميكي نوعاً كوالانسي و يوني مي‌باشند و به‌ جز موارد بسيار اندكي مثل گرافيت، در اين تركيبات الكترون آزادي وجود ندارد و بنابراين اغلب اين مواد، ضعف خوردگي الكتروشيميايي ندارند.
3) وقتي سراميك‌ها در معرض تخريبات بيولوژيك از جانب بدن قرار مي‌گيرند مي‌توانند از لحاظ شيميايي تا مدت‌هاي زيادي دوام بياورند كه اين زمان مي‌تواند در حد مدت عمر يك انسان باشد.
4) اگر بدن بتواند بنا به دلايلي بيوسراميك را تخريب كند، خطر محصولات ناشي از تخريب سراميك‌ها به مراتب كم‌تر از خطر فلزات و پليمرها در بدن است.
بنابراين از مجموع اين دلايل مي‌توان گفت سراميك‌ها سازگارترين و مناسب‌ترين مواد براي استفاده در بدن و محيط فيزيولوژيك مي‌باشند.

- خصوصياتي كه يك ايمپلانت دايمي سراميكي بايد داشته باشد عبارتند از:
1- سازگاري بيولوژيكي: عموماً مواد ايمپلانت بايد با بافت‌هاي بدن سازگاري داشته باشند و ايجاد حساسيت و مسموميت نكنند.
2- عدم خوردگي: در بدن موجود زنده خوردگي بيولوژيكي روي ندهد.
3- كارآيي در عملكرد: بايد بتواند به‌نحو مطلوب وظيفه‌اي را كه در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار مي‌دهند به‌خوبي انجام دهد.
4- قابليت استريليزه شدن: قابليت استريل و ضدعفوني شدن را داشته باشد، بدون اينكه تغييري در تركيب آن ايجاد كند. يا باعث تغيير خواص فيزيكي و شيميايي شود.
5- قابليت دسترسي: قابل دسترس بوده و به‌راحتي توليد شود.
بيوسراميك‌ها كاربردهاي بسياري در بدن از جمله لگن، شانه، زانو، تعمير استخوان‌هاي آسيب ديده، درمان بيماري‌ها و كاشت‌هاي دنداني خواهند داشت.
در يك پيشرفت علمي جديد، مطالعات كلينيكي بر روي زانوي سراميكي انجام گرفته است كه اين زانو مي‌تواند كاملاً جايگزين زانوي انسان شود. اين زانوي سراميكي از اكسيد زيركنيم ساخته شده است. با شبيه‌سازي‌هاي آزمايشگاهي نشان داده شده است كه زانوي زيركنيايي، 25 درصد سايش كم‌تري از زانوهاي فلز/ پلي اتيلن قبلي دارد.
- تقسيم بندي بيوسراميك‌ها
بيوسراميك‌ها را معمولاً از چند زاويه مي‌توان دسته‌بندي نمود. يكي از مهم‌ترين روش‌هاي تقسيم‌بندي بيوسراميك‌ها صرف‌نظر از ماهيت و جنس آن‌ها، بر اساس واكنشي است كه محيط فيزيولوژيك بدن با آن‌ها انجام مي‌دهد كه اين يك پارامتر بسيار مهم است. بر اين اساس بيوسراميك‌ها را به سه دسته تقسيم‌بندي مي‌كنند:
1) بيوسراميك‌هاي تقريباً خنثي: موادي هستند كه با محيط بدن واكنشي نمي‌دهند و از لحاظ شيميايي خنثي هستند. مثل آلومينا، زيركنيا و كربن كه اين سراميك‌ها به‌دليل خنثي بودن شيميايي، زيست‌سازگار مي‌باشند.
2) بيوسراميك‌هاي فعال: موادي هستند كه با بدن واكنش نشان مي‌دهند كه اين واكنش‌ها مخرب نيست، بلكه مثبت بوده و سازگار با بدن مي‌باشد. به‌عنوان مثال مي‌توان به كلسيم فسفات‌ها و در راس آن‌ها به هيدروكسي آپاتيت اشاره نمود كه كلسيم فسفات، زيست‌سازگار و شايد به‌نوعي مهم‌ترين بيوسراميك باشد.
3) بيوسراميك‌هاي جذب شونده: اين دسته از مواد كه بيشتر براي تعميرات و پشتيباني‌هاي موقت مورد استفاده قرار مي‌گيرند به‌دليل تركيب شيميايي خاص خود، مي‌توانند در محيط‌هاي آبي مثل محيط بدن به اجزاي تشكيل دهنده خود تجزيه شوند ضمن اينكه مواد حاصل از تجزيه آن‌ها در بدن خنثي و بي‌اثر هستند. به‌عنوان مثال مي‌توان تري كلسيم فسفات را نام برد كه اين بيوسراميك مي‌تواند به‌عنوان يك داربست موقت براي زمان مشخصي در بدن مورد استفاده قرار گيرد.
از كاربردهاي مهم اين مواد مي‌توان به ساخت اجزاي بدن براي جايگزيني اعضاي آسيب ديده، ساخت دستگاه‌هايي براي كنترل عوامل حياتي بدن و استفاده از آن‌ها براي بازيابي و بهينه‌سازي منابع حياتي اشاره كرد. در اين زمينه مي‌توان از مفصل‌هاي مصنوعي، ملقمه دندان و رية مصنوعي كه از سراميك‌هاي متخلخل ساخته مي‌شود، نام برد.
همچنين با استفاده از بيوسراميك‌ها وسيله‌اي ابداع شده است كه تمام فاكتورهاي خون را شناسايي كرده و تمامي اطلاعات بيولوژيكي را هر لحظه در اختيار ما قرار مي‌دهد.
از جمله كاربردهاي مهم ديگر بيوسراميك‌ها، "غشاهاي" سراميكي هستند. غشاها اين توانايي را دارند كه يون‌ها و اجزاي خاصي را جذب كنند و آب دريا را به آب شيرين تبديل كنند. قطعاً شيرين كردن آب يك آرزوي ديرينه بشري بوده و در آينده عامل تعيين‌كنندة بقاي بشر نيز خواهد بود. بيوسراميك‌ها همچنين پساب‌هاي صنعتي را به منابع آبي مناسب تبديل مي‌كنند كه در آن تعاملي با سيستم بيولوژيكي وجود دارد. نقش و كاربرد اين محصولات در آيندة نزديك كه بحران آب و منابع آبي در سرتاسر جهان رخ مي‌نمايد بيشتر آشكار خواهد گرديد.

- قابليت‌ها و مشكلات
محيط بدن نسبت به مواد بيگانه محيطي بسيار سخت‌گير مي‌باشد به‌گونه‌اي كه ورود يك ماده به محيط فيزيولوژيك يا محيط زنده با چالش‌هاي بزرگي روبرو است و بنابراين مسائل بسيار دشواري جهت طراحي و كاربرد بيومواد بر سر راه يك مهندس بيومواد وجود خواهد داشت.
وظايف دشوار زير را مي‌توان از يك بيوسراميك در حين كاركرد در محيط زنده انتظار داشت:
1) در محيط زنده بدن خود را حفظ نمايد و از بين نرود.
2) به بافت‌هاي زنده اطراف خود آسيبي نرساند.
3) عملكرد خاصي را در محيط بدن از خود نشان دهد.
4) عملكرد ماده مورد نظر با سازوكارهاي طبيعي بدن هماهنگ باشد.
اتفاقات بسياري در حين استفاده از ماده خارجي در بدن ممكن است رخ دهد كه بهترين آن‌ها وقتي است كه تنها خود ماده آسيب ببيند و بدترين اتفاق آن است كه ماده به بافت اطراف خود آسيب برساند كه اغلب مجموعه‌اي از اين دو حالت اتفاق مي‌افتد.
حالت ايده‌آل و مطلوب براي كاربرد بيومواد در بدن زماني است كه ماده مورد نظر كاملاً زيست‌سازگار بوده و بدون اينكه خود از بين برود، ضمن عملكرد مطلوب، به بافت اطراف خود نيز آسيبي نرساند.

- چالش‌هاش توسعه فناوري پيوسراميك در كشور
الف) در ايران مشكل عمده‌اي كه در اين حوزه وجود دارد، اين است كه متخصصين علم بيومتريال و علم بيولوژي با يكديگر ارتباط ضعيفي دارند. در اين زمينه لازم است كه ارتباط سازماني لازم بين سيستم‌ها و مراكز آموزشي و پژوهشي داراي تجهيزات ايجاد شود. براي رفع اين مشكل بايد زمينه‌هاي كار مشترك و تبادل اطلاعات بين اين دو بخش فراهم آيد؛ به‌نظر مي‌رسد تشكيل هسته‌هاي مشترك تحقيقاتي تحت عناوين مشخص و تعريف شده، اولين و شايد اساسي‌ترين گام باشد. تعريف عناوين اصلي و استراتژيك در اين بخش نيز مي‌تواند به‌عنوان نخستين وظايف اين هسته‌هاي پژوهشي قرار گيرد.
ب) از آنجايي كه در كشور منابع غني مواد معدني وجود دارد، يكي از قابليت‌هاي خوب كشور در زمينة بيوسراميك‌ها مربوط به مواد اوليه است. مشكل اصلي در اين زمينه، فقدان توانمندي لازم جهت استحصال مواد با درجة خلوص بالا است. بنابراين آماده‌سازي مواد اوليه و كنترل خواص آن‌ها يكي ديگر از چالش‌هاي كار بر روي مواد زيستي مي‌باشد.
ج) به‌نظر مي‌رسد گرچه توليد بيوسراميك‌ها در كشور در حال حاضر توجيه اقتصادي ندارد ولي با توجه به پتانسيل‌هاي موجود پيش‌بيني مي‌شود كه در آينده توجيه اقتصادي لازم براي توليد اين نوع مواد سراميكي ايجاد شود. تاثير اين مواد در كمك به تامين سلامتي افراد نيز دليلي بر استراتژيك بودن بيومواد است، لذا اين حوزه از سراميك‌هاي پيشرفته نيز نيازمند توجه جدي است.

http://nano.itan.ir/?ID=1733

 

[جینگیلبرت]

[h=2]کاربرد بیومتریال سرامیکی درمهندسی پزشکی[/h]

در طی چند دهه اخیر،بیوسرامیک ها با داشتن ویژگی هایی چون زیست سازگاری ،غیرسمی بودن وپایداری در محیط فیزیولوژیک بدن ،تحول چشمگیری در دنیای پزشکی به وجود آورده اند.استفاده از این مواد به منظور ترمیم و یا جایگزین بافت های آسیب دیده نظیر مفصل،ران ،زانو،کتف و دیگر کاربردهای ارتوپدی و نیز در جایگزینی دریچه های معیوب قلب و یا ایمپلنت های دندانی موجب شده است تا بیو سرامیک ها طیف گسترده ای از متریال مورد استفاده در پزشکی را در برگیرد.
بیوسرامیک هابه واسطه ویژگی های خاص مکانیکی و فیزیکی در کاربردهایی چون ایمپلنت های بافت سخت ،بر پلیمرها و فلزات برتری دارند.به عنوان مثال در دندانپزشکی نوعی از سرامیک هابا ترکیب فلوروآپاتیت و ذرات ریز شیشه زیستی به عنوان ماده جایگزین دندان کاربرد دارند و ویژگی های نوری و مکانیکی این مواد باعث می شود تا علاوه بر اینکه زیبایی و شفافیت دندان طبیعی به نظر برسد، نسبت به سایر مواد،مقاومت به سایش بیشتری در برابرتنش های ناشی از سایر دندان ها نشان دهد .
از دیگر محاسن این مواد آن است که هنگامی که در بدن فرد به عنوان ایمپلنت و یا حتی پوشش سطحی یک ایمپلنت فلزی به کار می روند،می توانند رشد استخوان ها را شبیه سازی کنند ،ساختمان بافت را ارتقاء دهندو نیز از سیستم ایمنی بدن دفاع نمایند .
بیوسرامیک ها در جراحی ها به عنوان پوشش ایمپلنت های گوناگون کاربرد دارند،زیرا پوشش سرامیکی ،سطحی سخت تر از فولاد ضد زنگ به وجود می آورد و با بالابردن امکان لغزش،موجب کاهش سایش ایمپلنت می شود.از مهمترین گونه های این مواد می توان به بیوسرامیک هایکلسیم فسفاتی (CaP) اشاره کرد که در شکل های مختلف (قطعه ،دانه ،سیمان، اجزای کامپوزیت و ...)با منشأ متفاوت (طبیعی،بیولوژیکی و سنتتیک) و ترکیبات گوناگون به صورت تجاری و برای کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی در دسترس قراردارند.ترکیبات کلسیم فسفات درطبیعت و سیستم های زیستی (ماهی ها ، مرجان ها،استخوان گاو و ...)به فراوانی یافت می شوند و در سیستم های بیولوژیک نقش برجسته ای ایفا می کنند.به عنوان مثال کربنات هیدروکسی آپاتیت (CHA) با ساختارهای کریستالی و غلظتهای متفاوت ،فازهای معدنی دندان (مینا ، عاج ،سمنتوم و ...) و استخوانها را تشکیل می دهد.همچنین انواع ترکیبات کلسیم فسفاتی در هنگام کلسیم دار شدن های غیر طبیعی و پاتولوژیک در فرد ظاهر می شوند که سنگ های کلیه ، آهکی شدن و رسوب کلسیم در بافت های نرم (قلب ، رگ و ریه ) از این نمونه اند.بنابراین نگاه به بیوسرامیک های کلسیم فسفاتی به عنوان یک متریال بالقوه در کاربردهای گوناگون ضروری است.
با توجه به آماری که در هشتمین نشست بین المللی سرامیک ها در پزشکی اعلام شد مقالات مرتبط با حوزه کلسیم فسفات و خصوصاً هیدروکسی آپاتیت 40 تا 70 درصد کل مقالات را شامل می شود که روز به روز در حال گسترش است. اکنون مختصری به چگونگی کاربرد بیو سرامیک های کلسیم فسفاتی می پردازیم .
موفقیت های کلینیکی زمانی حاصل می شود که به طور همزمان به دو فاکتور پایداری فصل مشترک بافت و ایمپلنت ، و تطابق رفتار مکانیکی ایمپلنت با بافت جایگزین شده دست یابیم .کلسیم فسفات هایی که منافذ ریز دارند،برای پوشش ایمپلنت ها ی فلزی استفاده می شود و نیز به عنوان متریال پر کننده در فضایی که تحت بار نیست ،قرار می گیرد تا رشد استخوان از درون آنها صورت گیرد. رویش درونی بافت از میان منافذ ،توسعه ی ناحیه بین بافت و ایمپلنت و درنتیجه افزایش مقاومت در برابر حرکات ایمپلنت در بافت را به دنبال دارد . در استخوان طبیعی ،پروتئین ها جذب طبقه کلسیم فسفاتی می شوند ، به همین ترتیب بیومتریال کاشته شده نیز با سلول های استخوانی فعل و انفعالاتی خواهد داشت.همچنینبیومتریالهایی با قابلیت جذب مجدد(Resorbable) طراحی می شوندتا با گذشت زمان رفته رفته تنزل یافته و با بافت میزبان جایگزین شوند ،کلسیم فسفات های متخلخل مانند تری کلسیم فسفات به عنوان مواد قابل جذب در مواردی که به استحکام مکانیکی بالا نیاز نیست مانند ترمیم استخوان فک و سر استفاده می شود.در سطح ایمپلنت ،مواد بیواکتیو یک لایه فعال بیولوژیکی تشکیل می دهند که در نتیجه در شکل پیوند بین بافت های طبیعی و بیو مواد تأثیر می گذارد . مواد بیواکتیو شامل شیشه یا شیشه –سرامیک ها که منشأ اکسید سیلیسیم آپاتیتی دارند ویا به عنوان مثال هیدروکسی آپاتیت سنتیک متراکم و کامپوزیت های پلی اتیلن – هیدروکسی آپاتیتی در کاربردهای ارتوپدی (پیوند استخوان ،پروتزها ، فضاسازی بین مهره و ...)استفاده می شوند .حال به بررسی فاکتورهای طراحی و ساخت یک نمونه (به عنوان مثال استخوان مصنوعی )می پردازیم .انتخاب دقیق و مناسب متریال مورد استفاده به عنوان مهم ترین بخش طراحی حائز اهمیت است .همچنین برای طراحی می توان از نرم افزار های خاصی بهره برد.این نرم افزار های برای طراحی بهینه شکل ایمپلنت و نیز برای شبیه سازی رفتار مکانیکی ایمپلنت با بافت الگو به کار می روند .یک تکنیک ریاضی ریاضی هم به نام آنالیز المان محدود برای تعیین توزیع فشار روی ایمپلنت با بافت الگو به کار می رود.
نمونه های اولیه قبل از ساخت نهایی تحت آزمایشات گوناگون نظیر تست های کلینیکی قرار می گیرند .بخش اعظمی از مواد خام اولیه را پودر های سرامیکی با ترکیب ویژه وخلوص بالا تشکیل می دهند.افزودنی هایی نظیر چسب ، روانساز و سایر مواد شیمیایی برای کمک به پروسه ی شکل دهی به مواد خام اضافه می شوند.پودر اولیه همچنین ممکن است به کمک زینترینگ احتیاج داشته باشد.زینترینگ به مواد سرامیکی کمک می کند تا در در طول زینترینگ و در بعضی مواقع در دماهای پایین تر از آن به درستی متراکم شوند.پس از تشخیص نوع بیو متریال مورد استفاده ماده مورد نظر وارد پروسه ی ساخت می شود.استخوان مصنوعی را می توان با استفاده از دو روش ساخت :مرحله آماده سازی سنتی سرامیک و روش شیمیایی سل ژل . در روش سل ژل می توان از سوسپانسیون با ذرات بسیار ریز و یا محلولی با پرگرسرهای شیمیایی استفاده کرد. از آنجا که روش سنتی آماده سازی متداول تر است به بررسی جزئیات آن می پردازیم .
مرحله اول ،آماده سازی ماده خام است.این ماده به طور مستقیم قابل استفاده نیست وباید پودر سرامیک سنتیک تهیه شود.معمولاً با طی مراحل سنگ شکنی و آسیاب به سایزدلخواه پودر نمی رسیم و می توان از روش های مکانیکی و یا شیمیایی خاصی استفاده کرد. در روش مکانیکی ،پودر سرامیکی و افزودنی ها به دقت وزن می شوند و سپس در انواع ماشین های مخلوط کن توسط رول های دورانی مخلوط می شوند.به عنوان مثال بال میل از یک استوانه چرخشی پر از مخلوط و یک واسطه کروی (گلوله) برای پراکندن مواد و کاهش سایز ذرات استفاده می کنند.یک سابنده نیز شامل مهره های ریز و یک همزن چرخشی برای انجام رساندن این پروسه مورد استفاده قرار می گیرد.
بعد از مرحله اختلاط و رسیدن به سایز مناسب پودر،مواد سرامیکی با استحکام و پلاستیسیته بالا آماده شکل دهی می باشند.روش های گوناگونی می تواند برای این منظور استفاده شود ؛ از جمله قالب گیری تزریقی ، گرم یا سرد کردن و یا پرس کردن در قالب گیری تزریقیمخلوط در سیلندر گرمایی بارگزاری می شود .در این هنگام از سختی آن کاسته شده و مخلوط نرم می شود.یک پیستون فولادین به مخلوط گرم نیرو وارد کرده و آن را به فرم قالب فلزی سرد شده تبدیل می کند.گرم و سردکردن ها موجب تجمع مواد در یک سیلندر با فشار بالا شده و سپس مواد با شکلی خاص به بیرون فرستاده می شود.پرس کردن نیز با فشردن در قالب فولادین صورت می گیرد و یا مواد در یک قالب لاستیکی ، تحت فشار بالا و یکنواخت گاز یا آب قرار می گیرند.
روش دیگر پرس ،که پرس گرم نامیده می شود شامل فرم دهی وگرمایش با استفاده از قالب گرمایی است.پس از شکل دهی ، استخوان سرامیکی واردمرحله خشک کردن می شود و باید تحت چندین عملیات حرارتی قرار گیرد.ابتدا خشک کردن مواد برای از بین رفتن رطوبت ،با استفاده از کوره یا محفظه خشک کن انجام می گیرد و سپس یک کوره برای حرارت دادن موتد در دماهای بالا جهت حذف مواد آلی و متراکم کردن ماده به کار می رود.چرخه گرمایش به وضعیت ماده وابسته است و باید سرعت گرم کردن به طور مناسب طراحی شود تا مانع شکست نمونه شود.بعد از این مرحله ممکن است به یک یا دو مرحله پایانی نیاز باشد که با توجه به کاربرد نمونه مشخص می شود.برای رسیدن به ابعاد و ظاهر دلخواه از سنباده و پولیش نیز استفاده می شود.سنباده یا پولیش کردن مواد سخت تر معمولاً نیاز به ابزار الماس دارد.مته کاری نیز در کاربردهایی که نیاز به شکل دهی خاص منافذ باشد ، لازم است.اگر اتصال به دو یا چند جزء دیگر نیاز باشد،از روش لحیم کاری و یا چسب زدن نیز بسته به جنس نمونه استفاده می شود.در تمام پروسه ساخت ،کنترل کیفیت هر مرحله برای افزایش کارایی محصول مهم است.در صورتی که تمامی مراحل طراحی و ساخت با موفقیت گذرانده شود،ایمپلنت سرامیکی آماده است تا در بدن بیمار کاشته شود.بدین ترتیب بیومتریال سرامیکی جایگزین بافت آسیب دیده فرد می شود.

 

[جینگیلبرت]

 

[جینگیلبرت]

کاربردهای پزشکی سرامیکها

سراميک¬ها، اين مواد دست‌ساختة بشر، از ابتداي تاريخ تمدن تا به امروز توانسته‌اند مواد بسيار مفيدي را در اختيار انسان¬ها قرار دهند. از سفالينه‌هاي هزاران سال قبل تا راکتورهاي هسته‌اي و اخيراً نيز محافظ سفينه‌هاي فضايي و غيره.
يکي از کاربردهاي مواد سراميکي که در ارتباط نزديک با زندگي بشر است، شامل بکارگيري قطعات سراميکي در بدن انسان است. به اين دسته از سراميک¬ها "زيست-سراميک (Bio-ceramic)" گويند. اين دسته از سراميک¬ها اهميت فراواني در زندگي روزمره يافته¬اند. البته استفاده از مواد مختلف بعنوان "ايمپلانت (implant)" به دورة قبل از ميلاد مسيح بر مي¬گردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پيشرفت و افزايش اطلاعات پزشکي در اين مورد کوشش¬هاي جدي انجام گرفت.
اولين مواد مصرفي بعنوان ايمپلانت، ترکيبي از برنج و مس بود که بدليل خوردگي شديد اين مواد در بدن، استفاده آنها با شکست مواجه شده است. از آنجايي که در پزشکي مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترميم عيوب بدن انسان احساس می‌شد، پلیمریست¬ها گسترة وسیعی از این مواد را برای استفاده به جامعه پزشکی معرفی کردند و متالورژها نیز با استفاده از آلیاژهای جدید و متفاوت، قطعات ارتوپدیک بسیاری برای بدن ساختند. اما حتی این مواد نیز بعلت خوردگی شیمیایی در بدن ایجاد عارضه می¬کرد؛ حال آنکه بسیاری از ایمپلانت¬ها، مانند اتصال مصنوعی در مفاصل ران، بایستی برای همیشه در بدن انسان باقی می‌ماند. از این رو، پژوهشگران برای دستیابی به موادی با مشخصات بهتر به دنیای سرامیک راه پیدا کردند.
هیچ ماده‌ای که در بدن انسان جایگذاری شود کاملاً خنثی نیست. با این وجود، خوردگی سرامیک¬ها بدلیل ماهیت ذاتیشان خیلی کمتر از فلزات است. پیشرفت¬های وسیع در علم سرامیک منجر به دستیابی به موادی با خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی متفاوت و متنوع شد که می‌توانند خواص خود را برای مدت زمان طولانی در بدن موجود زنده حفظ کنند. بعضی از این مواد عبارتند از: آلومینا، کربن پیرولیتیک و زجاجی، فسفات¬های کلسیم و سدیم و غیره.
خصوصیاتی که یک ایمپلانت دایمی سرامیکی باید داشته باشد بطور خلاصه در زیر آمده است:
1- سازگاری بیولوژیکی: عموماً مواد ایمپلانت باید با بافت¬های بدن سازگاری داشته باشند و ایجاد حساسیت و مسمومیت نکنند.
2-عدم خوردگی: در بدن موجود زنده خوردگی بیولوژیکی روی ندهد.
3- کارایی در عملکرد: باید بتواند به نحو مطلوب وظیفه‌ای را که در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار می¬دهند بخوبی انجام دهد.
4- قابلیت استریلیزه شدن: قابلیت استریل و ضدعفونی شدن را داشته باشد، بدون اینکه تغییری در ترکیب آن ایجاد کند. یا باعث تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی شود.
5-قابلیت دسترسی: قابل دسترس بوده و براحتی تولید شود.
امتیاز سرامیک¬ها بعنوان مواد زیستی بدلیل سازگاری آنها با محیط فیزیولوژیکی است و این سازگاری بدلیل وجود یونهایی مشابه با یونهای موجود در آن محیط، مثل کلسیم، پتاسیم، منیزیم و سدیم است.
تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه و روی بدن موجود زنده روی مواد زیر متمرکز شده است: کربن، اکسیدآلومینیم، هیدروکسید آپاتیت، فسفات تری¬کلسیم، ترکیبات شیشه‌ای و غیره که جالب‌ توجه‌ترین این مواد عبارتنداز: دریچه‌های قلبی مصنوعی، زانوی ارتوپدیک (استخوان و مفاصل)، موادی که برای ترمیم و بازسازی جای دندان در فک بکار می¬روند، موادی که به¬وسیله آنها از راه پوست می‌توان با داخل بدن ارتباط پیدا کرد، مفصل ران پروستتیک، پیهای مصنوعی و غیره.
این مواد با توجه به نوع فعالیتشان در محیط به 3 دسته تقسیم می‌شوند:
1- مواد سرامیکی خنثی: مانند آلومینا و کربن
2- مواد سرامیکی با سطح فعال: مانند هیدروکسید آپاتیت و بیوگلاس¬ها
3- مواد سرامیکی قابل جذب: مانند فسفات کلسیم

 

[جینگیلبرت]

کاربرد بیو سرامیکها در بیو فناوری

بيوسراميكها
بيوسراميكها، موادي مركب از فلزات و غير فلزات است كه باپيوندهاي يوني يا كووالانسي با هم تركيب شده است. اين مواد سخت، ترد با خواص كششي ضعيف اما استحكام فشاري عالي، مقاومت سايشي بالا و اصطكاك پايين براي كاربردهاي مفصلي است. بيوسراميكها هم به صورت منفرد وهم بهصورت كامپوزيتهاي بيوسرميك- پليمر در بين همه بيومواد مناسبترين گزينه براي جايگزيني بافتهاي سخت و نرم است. در حال حاضر تمايل زيادي براي استفاده از اين مواد به عنوان ماده كاشتني و نيز بيوفنآوري پيدا شده است. در اين مقاله سعي بر اين است تا به كاربردهايي چند از اين مواد به اختصار پرداخته شود.
كاربرد بيوسراميكها در بيوفنآوري
مهندسي سلول
يكي از زير شاخههاي بيوفنآوري مهندسي سلول است. تعريف آكادميك اين واژه «كاربرد اصول و روشهاي مهندسي بيولوژي و مولكولي يا دخالت در عملكرد سلول به وسيله ديدگاه و روش مولكولي» است. ترديدي وجود ندارد كه مهندسي سلول علم مهندسي بافت را پايهريزي ميكند. تكثير سلول، چسبندگي و مهاجرت سلولها از نكات مورد توجه در اين علم است. يكي از فنآوريهاي كليدي در مهندسي بافت آماده سازي ماده داربست براي كشت سلول و تعمير بافت است . مطالعات نشان داده است كه بيوسراميكها مواد مناسبي براي اين كاربرد است. سراميكهاي زيست سازگار در محيط بيولوژيك دو رفتار از خود نشان ميدهد: گروهي مانند مگنزيا/زيركونيا با قرارگيري در محيط بيولوژيك با لايهاي از كلاژن پوشانده ميشوند كه اصطلاحا بيوخنثي ناميده ميشود و گروهي مانند هيدروكسي آپاتيت زيست فعال است. زيست فعال بودن يك ماده توانايي آن ماده را براي اتصال به بافت زنده بدون ايجاد لايه كلاژني بيان ميكند.
ترد بودن سراميكها که از معایب آنها است سبب گرديده تا استفاده از این مواد به مواردي كه تحمل بارگذاري و خستگي وجود ندارد، محدود گردد. يكي از راههاي اصلاح اين عيب ساخت كامپوزيتهاي سراميك- پليمر است. براي مثال در تحقيقي از كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت-پلي آميد براي ساخت داربست استفاده گرديد و نشان داده شده كه هر چه مقدار سراميك در اين كامپوزيت بيشتر شود، بر استحكام آن افزوده ميگردد. از ديگر كامپوزيتهاي مورد استفاده كه در ساخت داربست براي استخوان كاربرد پيدا كرده است ميتوان از كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت – پلي لاكتيد گلايكوليك اسيد(PLGA/HA) نام برد.
با ايجاد كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت/فسفات شيشه ميتوان خواص مكانيكي و تخريبپذيري هيدروكسي آپاتيت را افزايش داد. بيوكامپوزيت نيتريد سيليكون/شيشه زيستي هم براي كاربردهاي پزشكي استفاده گرديده است.
اكسيد تيتانيم از جمله بيوسراميكهايي است كه علاوه بر سلولها ي استئوبلاست، سلولهاي اپيتليال نيز بر روي آن رشد كرده و تكثير يافته است لذا اين ماده نيز ميتواند بيوماده خوبي براي كاربرد در مهندسي بافت باشد.

ميكروحاملها در مهندسي بافت
سنتز بافت سه بعدي شبيه به استخوان براي كم نمودن محدوديت استفاده از پيوندهاي اتوگرافت و آلوگرافت توجه زيادي را به سمت خود جلب نموده است. ناسا جهت ساخت بافت سه بعدي از بين روشهاي معمول با استفاده از لولههاي با ديوار چرخان (RWVs) كشت سلول را در بي وزني شبيهسازي نموده است نشان داده شده است كهRWVها دانسيته بالا و بزرگ كشتهاي سلولي دو بعدي را تحمل نموده و ملزومات كنترل شده اكسيژن را تهيه كرده و داري تلاطم وتنش سيالي پاييني است. به علاوه بهعلت قابليت ايجاد بيوزني توسط اين ابزار ميتوان از آنها در كشف اتفاقاتي كه در استخوانها طي سفرهاي فضايي رخ ميدهد، استفاده نمود. ازميكروحاملهاي متنوعي مانند پليمرها در كشت سه بعدي استخوان استفاده شده است. در يك بررسي از ذرات توخالي زيست فعال شيشه (72-58 درصد وزني SiO2 و 42- 28 درصد وزني Al2O3 )كه با كلسيم فسفات پوشش داده شده است به عنوان ميكرو حاملهاي سه بعدي كشت سلول استخوان در RWV استفاده گرديده است. بدين ترتيب تودههاي سه بعدي سلولها ي استخواني و لايههاي كلسيم فسفاتي مشاهده شد. اما رشد و پوشش سلولها روي ميكرو حاملهاي شيشهاي به واسطه قيود فيزيكي محدود است. تحليلها نشان داده است كه هر گاه دانسيته ميكروحاملها در RWVها از مقدار آنها در محيط كشت بيشتر شود به بيرون مهاجرت ميرساند كه در نتيجه به ديواره خارجي لوله آسيب ميرساند. با افزايش اختلاف دانسيته بين ميكروحامل و محيط كشت در سطح ميكروحامل تنشهاي برشي افزايش پيدا ميكند. از آنجايي كه تنشهاي برشي بر رشد، ايجاد توده و متابوليسم سلول تاثير ميگذارد مطلوب است ميكروحاملهاي بيوسراميك دانسيتهای نزدیک به دانسیته محيط كشت(1-8/0گرم بر سانتي متر مكعب) داشته باشد.


پوشش ايمپلنت ها
شيشه زيستي(Bioglass®) و هیدروکسی آپاتیت از بيوسراميكهايي است كه جهت ايجاد يك سطح بيوفعال روي ايمپلنتها پوشش داده ميشود.
برای مثال هیدروکسی آپاتیت براي هدايت اتصال استخوان به سمت ايمپلنتهاي فلزي (مانند تيتانيم) درکاربردهاي ارتوپدي ودنداني بر روي آنها پوشش داده شده است و تكنيك پلاسما اسپري از جمله تكنيكهايي است كه اخيرا به اين منظور استفاده شده است. اما با توجه به بالا بودن درجه حرارت فرآيند ضخامت نسبي بالا(mµ30>) و چسبندگي ضعيف آن به زمينه از اصلي ترين مشكلات اين روش است. براي از بين بردن اين مشكل ميتوان از روش سل ژل استفاده نمود. «ميللا» و همكارانش نتايج تحقيقات خود را در مورد ساخت كامپوزيت اكسيد تيتانيم-هيدروكسي آپاتيت با روش سل ژل در مقالهاي ارائه كردهاند. آنها نشان دادهاند كه پوشش از فازهاي كريستالي تشكيل شده است و سطح مشترك آنها از نظر شيميايي تميزبوده وحاوي گروههاي هيدروكسيلي به صورت باندهاي Ti-OHاست. مورفولوژي سطح زبر و متخلخل و پيوند پوشش به زمينه داراي استحكام خوبي است (شكل 4) .

درمان پوكي استخوان
پوكي استخوان از جمله بيماريهايي است كه تلاش زيادي براي درمان آن صورت گرفته اما هنوز راه حل مناسبي براي آن پيدا نشده است. آمار نشان ميدهد كه مبتلايان اين بيماري در سال 2010 بالغ بر 52 ميليون نفر با سن بالاي پنجاه سال خواهند بود. عوامل دارويي اخيرا به عنوان درمان آخر در نظر گرفته شده است. اما در هر صورت استفاده از هر گونه عوامل دارويي براي تحريك استخوان سازي ميتواند خطراتي به دنبال داشته باشد. مثلا اين عوامل به علت ورود از طريق دهان، خون و غيره ميتوانند باعث ايجاد استخوان در محلي غیر از محل مورد نظر شود. حتی در صورت رسیدن به مکان مورد نظر سريعا داخل استخوانهاي سطحي نفوذ ميكند و وارد عمق آن نميشود. ابزارهاي تثبيت ارتوپدي نیز براي التيام شكستگيهاي مربوط به پوكي استخوان كافي نيست زيرا علاوه بر عمر كوتاه 15-10 ساله، زبري سطحي اين ايمپلنتها نانومتري نيست تا سلولهاي استخوان با آن سازگار گردد. در این میان كلسيم فسفاتها از جمله مواد مناسب براي دارورساني وافزايش جرم استخوان است.
بيومواد پايه كلسيم فسفاتي بيش از دو دهه است كه در پزشكي و دندانپزشكي مورد استفاده قرار ميگيرد. تشابه به بافت استخوان و قابليت هدايت رشد استخوان از مهمترين ويژگيهاي كلسيم فسفاتها به ويژه هيدروكسي آپاتيت (Ca 10 (PO4)6(OH)2) با ريزساختار نانو است. این بيوسراميك هم به صورت طبيعي وجود دارد و هم به صورت مصنوعي ساخته ميشود. از كلسيم فسفاتهاي طبيعي كه در استخوانها، مرجانها موجود است در ساخت جايگزينهاي بافتهاي سخت و نرم استفاده ميشود.
تحقيقات نشان داده است كه نانوذرات كلسيم فسفاتي ميتواند براي اتصال به نواحي پوكي استخوان تنظيم شود زيرا تفاوت شيميايي كليدي بين استخوان سالم و پوك وجود دارد. پس ميتوان با استفاده از شيمي مكمل نانوذرات كلسيم فسفاتي را از نظر شيميايي كارآمد نمود. مثلا ميتوان با پيوند آنتي باديها به مولكول اتصال عرضي برقرار كننده پنتوسيدين كه در نواحي پوك استخوان افزايش مييابد،نانوذرات ياد شده را به نواحي موردنظر هدايت نمود. پلي پپتيدهاي حاوي اسيد آمينههاي آرجنين-گلايسين-آسپارتيك(RGD) در يك بررسي به عنوان عوامل بالا بردن كارآيي استفاده شده است. پروتئينهاي زمينه خارج سلولي ( ECM) (مثل فيبرونكتين، ويرونكتين و غيره) نقش كليدي در رفتار چسبندگي سلولي دارد اين پروتئينها با داشتن توالي آمينواسيدي RGD به هنگام حركت بيان ژن را بوسيله سيگنالهاي ايجاد شده در اثر چسبندگي سلول تنظيم مينمايد هيدروكسي آپاتيت در پپتيد حاوي RGD چسبندگي سلول استئوبلاست را به ايمپلنت افزايش ميدهد.


نانولوله هاي كربني
كربن به عنوان يك بيوسراميك در بيوفنآوري كاربردهاي وسيعي يافته است. تحقيقات زيادي در يك دهه گذشته در مورد مكانيزم رشد و خواص فيزيكي وشيميايي نانولولههاي كربني(CNT ) انجام گرديده است. در حال حاضر نيز مطالعاتي در باره فعال سازي شيميايي CNTها براي ساخت هيبريدهاي نانولوله كربن-مولكول جهت كاربرد در زمينههاي نانوالكترونيك، داربستهاي رشد سلول و بافت و بيوسنسورهاي با كارآيي بالا انجام گرفته است.
اين ابزار داراي ساختار كريستالي هگزاگونال است که با استفاده از تكنيكهاي متفاوتي مانند قوس الكتريك، كندگي ليزر و نشست بخار شيميايي (CVD) ساخته می شود.
نانولوله های کربنی در ساخت داربستهای مهندسی بافت نیز کاربرد پیدا نموده است. این نانولوله ها در مقایسه با پليمرهاي سنتزي زيست تخريب پذير مورد استفاده در مهندسي بافت در بعضی جهات ارجحتر است زيرا كه ازيكپارچگي ساختاري و پايداري مكانيكي بالا براي رشد بافت و تحمل نيروهاي in vivo برخوردار است.
تحقيقات ديگري حاكي از رشد سلولهاي عصبي بر اين نانولوله ها است. بر اساس اين مطالعات اين ابزار ميتواند به عنوان داربست بافت عصبي ايفاي نقش نمايد.
بيوسنسورها يكي ديگر از كاربردهاي بيولوژي و پزشكي نانولوله هاي كربني است. CNTهاي كه با عوامل زيستي فرآوري شده اند قابليت آشكارسازي انتخابي سريع، حساس و بدون نشان عوامل بيولوژيك را دارد.


ابزار تشخيصي
از بيوفنآوري(در قیاس نانو) ميتوان در تشخيص نانومولكولي استفاده نمود. يكي از روشهاي تشخيص نانومولكولي استفاده از نانوذراتي مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطيسي و نقاط كوانتم است. نقاط كوانتم بلورهايي از مواد نيمه هادي در مقياس نانو است كه هنگام تحريك بوسيله منبع نوري مانند ليزر ميدرخشد و نور از خود توليد مينمايد. سراميكهاي CdSe - CdS ، InP و InAs از اين نوع است. از اين روش ميتوان براي شناسايي ويروسها و سلولهاي سرطاني استفاده نمود. يك چالش مهم در اين مورد اين مساله است كه سطح اين مواد روغني است اين در حالي است كه محيطهاي سلولي آبكي است بنابراين تلاشهايي جهت آبدوست نمودن آنها براي اتصال به مولكولهاي پروتئين و نوكلئيك اسيدها صورت گرفته است. اين مواد قادر است به طور اختصاصي به مواد بيولوژيك مانند سلولها، پروتئينها و نوكلئيك اسيدها بچسبد و آنها را نشاندار نمايد. اين مواد ميتواند نور را با هر طول موجي از خود عبور داده و طيف وسيعي از رنگها را ايجاد نمايد. همچنين اين نيمه هاديها قادر است تحت پوششهاي آلي مانند زنجيرههاي كوتاه پپتيدي سلولها را به اشتباه انداخته وخود را پروتئين جا بزند يا حتي در صورت سمي بودن ماده غير آلي از عوارض آن جلوگيري نمايد. بدين ترتيب اين مواد در سلولها نفوذ ميكند و ميتواند به عنوان ابزار تشخيصي عمل كند. نانوذرات مغناطيسي ابزار توانا و چند بعدي تشخيصي در پزشكي و بيولوژي است. آنها با اتصال به آنتي بادي مناسبي براي شناسايي مولكولها و ساختارهاي خاص ونيز ميكروارگانيسمها مورد استفاده قرار ميگيرد. هدفهاي مغناطيسي شده توسط مغناطيس سنجهاي حساس شناسايي ميگردد. آنتي باديهاي علامتگذاري شده توسط نانومغناطيسها سيگنالهايي را ايجاد ميكند. پس بدين ترتيب آنتي باديهاي متصل به سلولهاي هدف از بقيه آنتي باديها متمايز ميگردد. تلومرها ساختار پروتئين-اسيد نوكلئيك منحصربهفرد است كه تواليهاي بلند بدون كد TTAGGG در ساختمان آنها مشاهده ميشود اين ساختارها در مواردي مانند تومورهاي بدخيم مشاهده ميشود پس ميتوان با استفاده از تكنيك نانوذرات مغناطيسي بعضي از بيماريها مانند سرطان را پيش بيني نموده و تشخيص داد. سرامیک Fe3O4 يكي از مشهورترين نوع اين نانو ذرات مغناطيسي است كه با يك لايه پليمري كه آغشته به آنتي بادي، پوشش داده شده است.
مراجع:
1- L. Yarmuch , M,Toner,M. ,"Biotechnology",p:II-I sited by L. Yarmuch , M. , and et al, Principles and applications in engineering series biotechnology for biomedical engineers ,ISBN 0-8493-1811-4 , 2003.
2- Ben-Nissan,B. ," Natural bioceramics: from coral to bone and beyond", Current Opinion in Solid State and Materials Science 7 (2003) 283–288.
3- A Lauffenburger, D. ,"Cell Engineering", sited by Martin l. yarmush,biotechnology for biomedical engineers,USA,CRC press,2003.
4- Mastrogiacomo , M. , and et al," Role of scaffold internal structure on in vivo bone formation in macroporous calcium phosphate bioceramics", Biomaterials 27 (2006) 3230–3237.
5- Jie,W. , Yubao , L. ," Tissue engineering scaffold material of nano-apatite crystals and polyamide composite" , European Polymer Journal 40 (2004) 509–515.
6- Hao , L. , and et al," Enhancing osteoblast functions on a magnesia partially stabilized zirconia bioceramic by means of laser irradiation" , Materials Science and Engineering C 25 (2005) 496 – 502
7-Hao , L. , Lawrence, J. ," CO2 laser induced microstructure features in magnesia partially stablised zirconia bioceramic and effects thereof on the wettability characteristics", Materials Science and Engineering A364 (2004) 171–181.
8-http://WWW. spine-health. com/topicscd/osteoprosis/osteopr05. html.
9-Tancred, D. C. , and et al, "A quantitative study of the sintering and mechanical propertiesof hydroxyapatite/phosphate glass composites" , Biomaterials 19 (1998) 1735Ð1743.
210- Sang-Soo Kim,S. , and et al, " Poly(lactide-co-glycolide)/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering" , Biomaterials 27 (2006) 1399–1409
11- Krause , D. , and et al , "The electrophoretic deposition of Bioglass\ particles on stainless steel and Nitinol substrates", Surface & Coatings Technology 200 (2006) 4835 – 4845.
12- Amaral, M. , and et al, " Densification route and mechanical properties of Si3N4–bioglass biocomposites", Biomaterials 23 (2002) 857–862.
13- Zhou,W. ,and et al," The effect of surface roughness and wettability of nanostructured TiO2 film on TCA-8113 epithelial-like cells",Surface & Coatings Technology 200 (2006) 6155–6160.
14-Schwarz RP, and et al," Cell culture for three-dimensional modeling in rotating wall vessels: an application of simulated microgravity",J Tissue Cult Method 1992;14:51}8 sited by Qing-Qing Qiu, and et al," Fabrication, characterization and evaluation of bioceramic hollow microspheres used as microcarriers for 3-D bone tissue formation in rotating bioreactors", Biomaterials 20 (1999) 989}1001.
15- Qing-Qing Qiu, and et al," Fabrication, characterization and evaluation of bioceramic hollow microspheres used as microcarriers for 3-D bone tissue formation
in rotating bioreactors", Biomaterials 20 (1999) 989}1001.
16- Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
17- Lia, H. , and et al, "Young’s modulus and fracture toughness determination of high velocity oxy-fuel-sprayed bioceramic coatings", Surface and Coatings Technology 155 (2002) 21–32.
18-Bra_ nemark PI. Osseointegration and its experimental background.
J Prosthet Dent 1983;50:399}410 sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
19-McPherson R. A review of microstructure and properties of
plasma sprayed ceramic coating. Surface Coat Technol 1989;
39/40:173}81 sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
20-Holbter SF, Hench LL, Forbes Bowmann LS. In: Vincenzini P, editor. Ceramics in surgery. Amsterdam: Elsevier, 1983. p. 3. sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
21- Haddow DB, James PF, van Noort R. Characterization of sol}gel
surfaces for biomedical applications. J Mater Sci Mater Med
1996;7:255}60. . sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
22-Balasundaram,G. ," Using hydroxyapatite nanoparticles and decreased crystallinity to promote osteoblast adhesion similar to functionalizing with RGD", Biomaterials 27 (2006) 2798–2805.
23-Bekrova,E. ,"Biofunctionalization of carbon nanotubes", P:65-41,Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.
24-Journet,C. ,Bernier,P. ,"Production of carbon nanotubes",App. Phys A1998 Sited by

 

[جینگیلبرت]

سرامیک‌هاسازگارترین مواد جهت استفاده در بدن انسان هستند

حسین عبداللهی
بیوسرامیک‌ها به عنوان یکزیرمجموعه از مواد سرامیکی، به طور مستقیم به سلامتی انسانها مربوط هستند؛ لذاصرفنظر از منافع اقتصادی، به توجهی ویژه نیاز دارند. دکتر صولتی، رئیس پژوهشکدهسرامیک پژوهشگاه مواد و انرژی، ضمن معرفی مواد سرامیکی و بیوسرامیکی، آنها رامناسب‌ترین مواد جهت کاربرد در محیط فیزیولوژیک بدن دانست و دلیل این امر رازیست‌سازگاری مطلوب این مواد در کنار خواص مکانیکی مناسب آنها ذکر کرد. متن زیرحاصل‌ گفتگوی شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران (ایتان) با وی در رابطه با این مواداست:
سوال: آقای دکتر ضمن تشکر از وقتی که در اختیار ما قرار دادید، لطفاً درابتدا یک تعریف و تقسیم‌بندی کلی از سرامیک‌ها و حوزه‌های کاربرد این مواد داشتهباشید. دکتر صولتی: سرامیک‌ها را می‌توان به صورت مواد غیرآلی و غیرفلزیتعریف نمود که این یک تعریف بسیار اجمالی است و برای بعضی مقاصد کافی نیست ولیجایگاه سرامیک‌ها را نسبت به سایر مواد مهندسی مشخص می‌سازد. با توجه به این تعریف،تعدادی از ترکیبات را از حوزه بسیار وسیع مواد خارج کرده و بدین ترتیب، حجم عمده‌ایاز مواد جامد باقیمانده را سرامیک می‌نامند.

عموماً سرامیک‌هایمهندسی را از نظر ترکیبی به دو دسته کلی تقسیم‌بندی می‌نمایند:

1) سرامیک‌‌های اکسیدی

2) سرامیک‌های غیراکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی بهاین علت که حجم عمده‌ای از مواد سرامیکی را تشکیل می‌دهند در یک گروه مستقل قرارگرفته‌اند و سرامیک‌های غیراکسیدی نیز می‌توانند خود شامل ترکیبات کاربیدی،نیتریدی، سیلیسیدی، بوریدی، فسفیدی و موارد دیگر باشند.

مواد سرامیکی چوندامنه بسیار وسیعی از ترکیبات را از لحاظ خواص و حوزه کاربرد شامل می‌شوند، لذاخواص و کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند. به عنوان مثال برای خواص الکتریکی،سرامیک‌هایی با خواص عایق کامل تا رسانای نستباً کامل و ابررسانا وجود دارند. بههمین صورت برای خواص مغناطیسی می­توان خصوصیات مغناطیسی کامل تا پارامغناطیس را ازاین مواد انتظار داشت. محدوده خواص نوری مواد سرامیکی نیز از کدر بودن کامل تاشفافیت کامل را در برمی‌گیرد و همچنین در مورد سختی، سرامیک‌‌هایی به نرمی گرافیتتا سختی الماس وجود دارند. در موارد دیگر خواص و کاربردها نیز وضعیت مشابهی برایسرامیک‌ها وجود دارد.

سوال: به نظر شما بیوسرامیک‌ها به عنوانزیرمجموعه‌ای از حوزه بسیار وسیع مواد سرامیکی باید چه خصوصیات و ویژگی­هایی داشتهباشند؟دکتر صولتی:بیوسرامیک‌ها را می‌توان آن بخش ازمواد سرامیکی دانست که کاربرد آنها در حوزه محیط‌های فیزیولوژیک مثل بدن انسان است.

محیط بدن نسبت به مواد بیگانه، محیطی بسیار سخت‌گیر می‌باشد به گونه‌ای کهورود یک ماده به محیط فیزیولوژیک یا محیط زنده با چالش‌های بزرگی روبرو است وبنابراین مسائل بسیار دشواری جهت طراحی و کاربرد بیومواد بر سر راه یک مهندسبیومواد وجود خواهد داشت.

وظایف دشوار زیر را می­توان از یک بیوسرامیک درحین کارکرد در محیط زنده انتظار داشت:

1) در محیط زندهبدن خود را حفظ نماید و از بین نرود.

2) به بافت‌های زنده اطراف خود آسیبینرساند.

3) عملکرد خاصی را در محیط بدن از خود نشان دهد.

4) عملکردماده مورد نظر با سازوکارهای طبیعی بدن هماهنگ باشد.

اتفاقات بسیاری در حیناستفاده از ماده خارجی در بدن ممکن است رخ دهد که بهترین آنها وقتی است که تنها خودماده آسیب ببیند و بدترین اتفاق آن است که ماده به بافت اطراف خود آسیب برساند کهاغلب مجموعه‌ای از این دو حالت اتفاق می‌افتد.

حالت ایده‌آل و مطلوب برایکاربرد بیومواد در بدن زمانی است که ماده کاملاً زیست­سازگار بوده و بدون اینکه خوداز بین برود، ضمن عملکرد مطلوب، به بافت اطراف خود نیز آسیبی نرساند.

سوال: عموماً چه تقسیم­بندی­هایی برای بیوسرامیک‌ها به عنوان یکزیرمجموعه مهم از بیومواد مرسوم است؟دکتر صولتی:بیوسرامیک‌ها را معمولاً از چند زاویه می‌توان دسته‌بندی نمود. یکی از مهمترینروش­های تقسیم‌بندی بیوسرامیک‌ها صرفنظر از ماهیت و جنس آنها، بر اساس واکنشی استکه محیط فیزیولوژیک بدن با آنها انجام می‌دهد که این یک پارامتر بسیار مهم است. براین اساس بیوسرامیک‌ها را به سه دسته تقسیم‌بندی می‌کنند:

1) بیوسرامیک‌هایتقریباً خنثی: موادی هستند که با محیط بدن واکنشی نمی‌دهند و از لحاظ شیمیایی خنثیهستند. مثل اکسیدآلومینیوم، اکسیدزیرکونیوم و کربن که این سرامیک‌ها به دلیل خنثیبودن شیمیایی، زیست­سازگار می‌باشند.

2) بیوسرامیک‌های فعال: موادی هستندکه با بدن واکنش می‌دهند که این واکنش‌ها مخرب نیست، بلکه مثبت بوده و سازگار بابدن می‌باشد. به عنوان مثال می‌توان به کلسیم­فسفات‌ها و در راس آنها به هیدروکسیآپاتیت اشاره نمود که مهمترین کلسیم­فسفات زیست­سازگار و شاید به نوعی مهمترینبیوسرامیک باشد.

3) بیوسرامیک‌های جذب­شونده: این دسته از مواد که بیشتربرای تعمیرات و پشتیبانی‌های موقت مورد استفاده قرار می‌گیرند به دلیل ترکیبشیمیایی خاص خود، می‌توانند در محیط‌های آبی مثل محیط بدن به اجزای تشکیل دهنده خودتجزیه شوند ضمن اینکه مواد حاصل از تجزیه آنها در بدن خنثی و بی­اثر هستند. بهعنوان مثال می‌توان تری­کلسیم­فسفات را نام برد که این بیوسرامیک می‌تواند به عنوانیک داربست موقت برای زمان مشخصی در بدن مورد استفاده قرار گیرد.
از دیدگاه نحوه تثبیتقطعات کاشتنی مورد استفاده در بدن نیز می‌توان بیوسرامیک‌ها‌ را به دو دستهتقسیم‌بندی نمود:

الف) بیوسرامیک‌ با تثبیت شکل­شناختی یا مورفولوژیکال: این دسته از بیوسرامیک‌ها با محیط اطراف خود واکنشی نمی‌دهند و تثبیت آنها در بدنبر اساس اصطکاک و در هم فرورفتگی خواهد بود.

ب) بیوسرامیک با تثبیتبیولوژیک: این گروه از بیوسرامیک‌ها با محیط اطراف خود واکنش می‌دهند و به بافتاطراف خود می‌چسبند که ممکن است پیوند شیمیایی صورت گیرد و یا تخلخل‌ها پر شود کهبه این صورت داخل بدن تثبیت می­شوند.

سوال: به عنوان آخرین سوالاگر بخواهیم مقایسه‌ای بین مواد مختلفی که به عنوان بیومتریال مورد استفاده قرارمی‌گیرند انجام دهیم، بیوسرامیک‌ها چه جایگاهی دارند؟دکترصولتی:تجربه و بررسی‌های علمی و فنی نشان داده است که سرامیک­ها به طورذاتی زیست­سازگارترین مواد موجود می‌باشند که دلیل این امر را باید در ماهیتترکیبات سرامیکی نسبت به دو دسته دیگر مواد یعنی فلزات و پلیمرها جستجو کرد.

بیشتر پلیمرها صرفنظر از خواص مکانیکی ضعیف، با بدن سازگار نبوده و درمحیط‌های فیزیولوژیک، پایداری شیمیایی مطلوبی ندارند.

فلزات علی‌رغم اینکهخواص مکانیکی مطلوبی دارند ولی در تماس با بافت‌های زنده بدن دچار خوردگیالکتروشیمیایی می‌شوند که این به دلیل ماهیت این دسته از مواد است که دارای الکترونآزاد می‌باشند. حتی فلزاتی که خنثی به نظر می‌رسند اثرات نامطلوبی در داخل بدندارند و بدین ترتیب بیشتر فلزات از دیدگاه زیست­سازگاری گزینه­های مناسبی جهتاستفاده در بدن نیستند.

در مورد سرامیک‌ها داستان به گونه‌ای دیگر است. بعضی از مزایای سرامیک‌ها از دید زیست­سازگاری نسبت به مواد دیگر عبارتند از:
1) عموماً سرامیک‌ها از عناصری تشکیل می‌شوند که آن عناصر به صورت طبیعی درمحیط بدن وجود دارند که از آن جمله می‌توان به کلسیم و فسفر اشاره نمود.
2) پیوندهای تشکیل­دهنده ترکیبات سرامیکی نوعاً کوالانسی و یونی می‌باشند و به جزموارد بسیار اندکی مثل گرافیت، در این ترکیبات الکترون آزادی وجود ندارد و بنابرایناغلب این مواد ضعف خوردگی الکتروشیمیایی ندارند.
3) وقتی سرامیک‌ها در معرضتخریبات بیولوژیک از جانب بدن قرار می‌گیرند می‌توانند از لحاظ شیمیایی تا مدتهایزیادی دوام بیاورند که این زمان می‌تواند در حد مدت عمر یک انسان باشد.
4) اگر بدن بتواند بنا به دلایلی بیوسرامیک را تخریب کند، خطر محصولات ناشی از تخریبسرامیک‌ها به مراتب کمتر از خطر فلزات و پلیمرها در بدن است.
بنابراین ازمجموع این دلایل می‌توان گفت سرامیک­ها سازگارترین و مناسب‌ترین مواد برای استفادهدر بدن و محیط فیزیولوژیک می‌باشند. منبع: شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران

 

[جینگیلبرت]

سرامیک¬های پیشرفته نسل جدیدی از سرامیک¬ها هستند که دارای خواص بهتری نسبت به سرامیک¬های سنتی بوده و کاربردهای زیادی را به خود اختصاص داده‌اند. متن زیر خلاصة گزارش موسسة SCUP در مورد سرامیک‌های پیشرفته است:
سرامیک¬ها موادی غیرآلی و غیرفلزی هستند که مقاومت خوبی در دمای بالا از خود نشان می‌دهند. در ابتدا مواد اولیة سرامیکی بصورت پودر هستند سپس در شکل‌های مختلف به اجسام صلب تبدیل می¬شوند. سرامیک¬ها می‌توانند بصورت آمورف (بی‌شکل)، تک‌فاز، چندفاز، تک‌کریستال و پلی‌کریستال وجود داشته باشند و خواص این مواد بستگی به ساختار اتمی آنها دارد. محصولاتی مثل آجرها، کاشی، چینی (بصورت ظروف غذا و چینی بهداشتی)، نسوزها، ساینده‌ها، شیشه‌آلات (شیشه‌های تخت، ظروف شیشه‌ای) و لعاب‌های چینی جزو سرامیک¬های سنتی هستند و در گروه سرامیک¬های پیشرفته قرار نمی‌گیرند.
سرامیک¬های پیشرفته دارای خواص فیزیکی، الکترونیکی و مکانیکی خاصی هستند که آنها را نسبت به سرامیک-های سنتی برتری بخشیده است. سرامیک¬های پیشرفته در پنجاه سال گذشته توسعة خوبی یافته‌اند. بازار سرامیک¬های پیشرفته که قسمت عمدة آن در امریکا، اروپای غربی و ژاپن قرار دارد، در سال 2000 بالغ بر 20.2 میلیارد دلار بوده است. البته خلق کاربردهای جدیدی برای این مواد باعث ایجاد یک رشد 4 درصدی برای بازار این مواد تا سال 2005 خواهد شد.
سرامیک‌های الکترونیکی
عمده‌ترین استفادة سرامیک¬های پیشرفته در صنایع الکترونیک است که حدود 66 درصد کل مصرف سرامیک¬های پیشرفته را به خود اختصاص می¬دهند. مهم‌ترین مواد سرامیکی برای کاربردهای الکترونیکی، اکسیدهای خالص یا مخلوطی از اکسیدها هستند که شامل آلومینا، زیرکونیا، سیلیسیا، فریت¬ها، تیتانات باریم اصلاح‌شده و تیتانات و زیرکونات سرب هستند. فیبرها، محافظ‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، خازن¬ها، تبدیل‌کننده‌ها، القاگرها، ابزارهای پیزوالکتریکی و سنسورهای فیزیکی و شیمیایی عمده‌ترین موارد استفادة سرامیک¬های الکترونیکی هستند. میزان بازار جهانی سرامیک¬های الکترونیکی در نیمة پایانی سال 2000، حدود 13.3 میلیارد دلار بوده است. مواد مورد مصرف در مدارهای IC مجتمع، محافظ‌های الکترونیکی و خازن¬ها تقریباً 67 درصد بازار سرامیک-های الکترونیکی را بخود اختصاص داده‌اند. بازار محصولات سرامیکی الکترونیکی اگر چه نسبتاً بزرگ است ولی نرخ رشد آنها از نرخ رشد دو رقمی که در چند دهة گذشته از خود نشان داده‌اند بیشتر نیست.
سرامیک¬های ساختاری
استفاده از سرامیک¬ها در کاربردهای ساختاری کمتر از 19 درصد کل بازار است. سرامیک¬های ساختاری بعنوان اجزاء تحمل‌کنندة تنش یا پوشش قسمت¬هایی که تحت تنش هستند شناخته می‌شوند. علاوه بر این، مقاومت سرامیک¬ها در برابر خوردگی، سایش و دمای بالا، این مواد را برای کاربرد در تجهیزات صنعتی زیادی مناسب ساخته است. افزایش بازده و کاهش مصرف انرژی، محرک تحقیقات بر روی سرامیک¬های ساختاری پیشرفته است. در سال 2005 شاهد بازار جهانی 4.5 میلیارد دلاری برای سرامیک¬های ساختاری خواهیم بود و رشد خوبی در بازار اجزای مقاوم به سایش، یاطاقان‌ها، درزگیرها، تجهیزات فرآیندها و پوشش¬های سرامیکی محقق می‌شود. بیشترین مواد اولیه مورد استفاده در سرامیک¬های ساختاری انواع گوناگون اکسیدآلومینیوم، زیرکونیا، کاربید سیلیسیم و نیترید سیلیسیم است.
پودرها و افزودنی¬ها
در حوزة سرامیک¬های سنتی، پودرها مواد غیرآلی هستند که در فرآیندهای مختلف بصورت بلوک یا قطعة نهایی شکل می‌گیرند و افزودنی¬ها مواد غیرآلی هستند که استفاده از پودرها را در فرآیندهای مختلف آسان می‌کنند و در قطعة نهایی باقی نمی‌مانند. این تعریف‌ها صحت خود را تا حد زیادی در مورد سرامیک‌های پیشرفته که از تکنولوژی‌های پیچیدة شیمیایی بهره‌ می‌برند، از دست داده‌اند.
پودرهای سرامیکی پیشرفته و افزودنی‌ها بعنوان مواد خام برای سرامیک¬های ساختاری و سرامیک¬های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پودرهای سرامیکی پیشرفته بازاری بالغ بر 2.7 میلیارد دلار را به خود اختصاص داده‌اند که رشد متوسطی معادل 2 درصد برای آنها تا سال 2005 پیش‌بینی شده است. پوردهای اکسیدی 85 درصد از این بازار را از نظر ارزش و 95 درصد را از نظر وزن به خود اختصاص داده‌اند. بقیة بازار مربوط به غیراکسیدی‌هایی نظیر کاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم، نیترید آلومینیوم و تیتانیوم دی‌براید است. پودرهای آلومینیومی با کارایی بالا، پودرهای زیرکونیا که در بیوسرامیک¬ها استفاده می‌شوند و کاربردهای مربوط به سیستم‌های مخلوط چند اکسیدی مثل شیشه‌سرامیک¬ها و سرامیک¬های با ضریب انبساطی پایین، رشد متوسط بالاتری را از خود نشان خواهند داد. رشد بازار افزودنی‌ها کمی بیشتر از پودرها خواهد بود که علت آن رواج افزودنی‌های با کارایی بالا و افزودنی‌های قوی در روش‌های تولید از قبیل شکل دادن گرم و سرد و قالب‌گیری تزریقی است.

طبق اعلام موسسات تحقیقات بازار

بازار جهانی سرامیکها تا سال 2018 به مقدار 408 میلیارد دلار خواهد رسید که از این رقم 102 میلیارد دلار بازارجهانی کاشیهای سرامیکی و 68 میلیارد دلار سرامیکهای پیشرفته میباشند.


http://www.prweb.com/releases/advanced_ceramics/engineered_ceramics/prweb9940291.htm

http://www.prweb.com/releases/advanced_ceramics/engineered_ceramics/prweb9940291.htm

http://www.prweb.com/releases/2013/11/prweb11294189.htm

http://beforeitsnews.com/press-rele...o-2018-marketresearchreports-biz-2743226.html

 

[جینگیلبرت]

پرسلان طبق تعریف انجمن آزمون و مواد آمریکا به فراورده‌های سرامیکی شیشه‌ای و سفید اعم از لعابدار و بدون لعاب که برای مصارف فنی بکار می‌رود، گفته می‌شود. پرسلان یا سرامیک پرسلانی (Porcelain ceramic) ، گونه ای از سرامیک ها هستند که از رس کائولین ساخته شده و در دمای ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد پخته می شوند . اگرچه واژه پرسلان ریشه ایتالیایی داشته و به دلیل همانندی با یک گونه صدف دریایی به این نام ، نامیده شده است ، ولی ساختگاه اصلی آن ، چین است . در برابر سرامیک که چند هزار سال قدمت دارد ، پرسلان ، فناوری نوینی به حساب می آید . پیدایش پرسلان چینی به سده ۱۳ میلادی باز می گردد . اروپایی ها که شیفته پرسلان چینی بودند ، تلاش کردند تا با جایگزین کردن پودر شیشه بجای کائولین، به گونه ای پرسلان دست یابند که نورگذری و مقاومت پرسلان چینی را نداشت . سرانجام تا سده ۱۷ میلادی که کائولین در برخی مناطق اروپا یافت شد ، پرسلان سفید اروپایی نیز ساخته شد . چشمگیرترین ویژگی که سرامیک پرسلانی را از دیگر گونه های سرامیک ، متمایز می­کند ، نورگذری و نیمه مات بودن آن است ؛ هرچند دیگر ویژگی های آن نیز با سرامیک های معمولی متفاوت بوده و برتر است ؛ مانند نفوذناپذیری ، الاستیسیته ، مقاومت مکانیکی ، سختی ، پایایی در برابر عوامل خورنده و شوک حرارتی ، سفیدی و نورگذری . به هر روی ، امروزه ، بسته به نسبت و کیفیت مواد به کار رفته در ساخت پرسلان ، گونه های متفاوتی از آن در سراسر جهان ساخته می شود که ویژگی های کمابیش متفاوتی دارند . بجز رنگ سفید اصیل ، رنگ کرم و خاکستری آن نیز هست . جز ساخت ظروف و تندیس های زینتی ، کاربرد آنها بیشتر در صنعت ساختمان و صنعت برق است . پرسلان ، به عنوان یک مصالح ساختمانی ، در ساخت کاشی یا پنل های بزرگ چهارگوش به کار می رود . سرامیک پرسلانی در برابر سرامیک های معمولی ، چگالتر بوده و دوام بالاتری دارد . بسته به نوع ساخت ، پرداخت و رنگ آمیزی ، پرسلان ها به دسته های چندگانه ای تقسیم می شوند ؛ نوع همگن پرسلانها (Full-Body) که مقاوم تر از انواع دیگر است ، در سطح و عمق ، از یک ترکیب و یک رنگ است . پرسلانهای دولایه (Double-Loaded) ، پرسلانهای لعابدار (Glazed) و پرسلانهای رنگ شده با نمک محلول (Soluble-Salt) از انواع دیگر پرسلانها هستند .


به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.

این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.

محتویات

۱ پیشینه
۲ ریشه واژه
۳ طبقه‌بندی سرامیک‌ها
۴ انواع سرامیک‌ها
۴.۱ سرامیک‌های سنتی
۴.۲ سرامیک‌های مدرن
۴.۲.۱ سرامیک‌های اکسیدی
۴.۲.۲ سرامیک‌های غیراکسیدی
۵ صنعت سرامیک
۶ خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر
۷ کاربردهای مختلف مواد سرامیکی
۸ جستارهای وابسته
۹ پانویس

پیشینه

برخی آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند[۱] در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند.[۲] ولی در کل اکثریت تاریخ‌نگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند.[۳] (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)
ریشه واژه

واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس (κεραμικός) گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.
طبقه‌بندی سرامیک‌ها

سرامیک‌ها از لحاظ کاربرد به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

سرامیک‌های سنتی (سیلیکاتی)
سرامیک‌های مدرن (مهندسی)
سرامیک‌های اکسیدی
سرامیک‌های غیر اکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی

انواع سرامیک‌ها
سرامیک‌های سنتی

این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...
سرامیک‌های مدرن

این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.
سرامیک‌های اکسیدی

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

برلیا (BeO)
تیتانیا (TiO۲)
آلومینا (Al۲O۳)
زیرکونیا (ZrO۲)
منیزیا (MgO)

سرامیک‌های غیراکسیدی

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:

نیتریدها
BN
TiN
Si۳N۴
GaN
کاربیدها
SiC
TiC
WC

و....
صنعت سرامیک

بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده آمریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.
خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

دیرگدازی بالا
سختی زیاد
مقاومت به خوردگی بالا
استحکام فشاری بالا

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:

الکتریکی و مغناطیسی
عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al۲O۳)
دی الکتریک (BaTiO۳)
پیزوالکتریک (ZnO- SiO۲)
پیروالکتریک (Pb(ZrxTi۱-x)O۳))
مغناطیس نرم (Zn۱-xMnxFe۲O۴)
مغناطیس سخت (SrO.۶Fe۲O۳)
نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO۲)
رسانای یونی (β-Al۲O۳)
تابانندهٔ الکترون (LaB۶)
ابررسانا (Ba۲LaCu۳O۷-δ)
سختی بالا
ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (۲O۳TiN-Al)
مقاومت مکانیکی (SiC- Si۳N۴)
نوری
فلورسانس (Y۲O۳)
ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO۲)
منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
بازتاب نوری (TiN)
بازتاب مادون قرمز (SnO۲)
انتقال دهندهٔ نور (SiO۲)
حرارتی
پایداری حرارتی (ThO۲)
عایق حرارتی (CaO.nSiO۲)
رسانای حرارتی (AlN - C)
شیمیایی و بیوشیمیایی
پروتزهای استخوانی P۳O۱۲(Al۲O۳.Ca۵(F،Cl))
سابستریت (TiO۲- SiO۲)
کاتالیزور (KO۲.mnAl۲O۳)
فناوری هسته‌ای
سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
مواد کاهش‌دهندهٔ انرژی نوترون
مواد کنترل کنندهٔ فعالیت راکتور



منبع: ویکی پدیا

 

[جینگیلبرت]

بیوتکنولوژی یا زیست فناوری چیست؟


واژهٔ زیست‌فناوری[۱] یا بیوتکنولوژی نخستین بار در سال ۱۹۱۹ از سوی کارل ارکی (Karl Ereky) به مفهوم کاربرد دانش های پزشکی و زیستی و اثر مقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر به کار برده شد. به طور کلی هر گونه کنش هوشمندانه بشر در آفرینش، بهبود و عرضه فراورده‌های گوناگون با استفاده از جانداران، به ویژه از طریق دستکاری آن‌ها در سطح مولکولی در حیطه این مهم‌ترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری سده حاضر، زیست‌فناوری، قرار می‌گیرد.[۲]

نام این دانش از این رو در ایران با نام "بیوتکنولوژی" شناخته میشود که این نامگذاری در تقریباً تمام کشورهای جهان با همین نام شناخته میشود.

زیست فناوری از جمله واژه‌های پر سرو صدای سال‌های اخیر است.این واژه را درست یا نادرست به مفهوم همه چیز برای مردم به کار می‌برند. بیوتکنولوژی را در یک تعریف کلی به کارگیری اندامگان یا ارگانیسم یا فرایندهای زیستی در صنایع تولیدی یا خدماتی دانسته‌اند. تعریف ساده این پدیده نوین عبارت است از دانشی که کاربرد یکپارچه زیست‌شیمی، میکروب‌شناسی و فناوری‌های تولید را در سامانه‌های زیستی به دلیل استفاده‌ای که در سرشت بین رشته‌ای علوم دارند مطالعه می‌کنند. در تعریف دیگر بیوتکنولوژی را چنین تشریح کرده‌اند:

فنونی که از موجودات زنده برای ساخت یا تغییر محصولات، ارتقا کیفی گیاهان یا حیوانات و تغییر صفات میکروارگانیسم‎ها برای کاربردهای ویژه استفاده می‌کند. بیوتکنولوژی به لحاظ ویژگی‌های ذاتی خود دانشی بین رشته‌ای است. کاربرد این گونه دانش‌ها در مواردی است که ترکیب ایده‌های حاصل در طی همکاری چند رشته به تبلور قلمرویی با نظام جدید می‌انجامد و زمینه‌ها و روش‌شناسی خاص خود را دارد و در نهایت حاصل برهم‌کنش بخش‌های گوناگون زیست‌شناسی و مهندسی است. زیست‌فناوری در اصل هسته‌ای مرکزی و دارای دو جزء است: یک جزء آن در پی دستیابی به بهترین کاتالیزور برای یک فرایند یا عملکرد ویژه‌است و جزء دیگر سامانه یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند.

محتویات

۱ پیدایش زیست‌فناوری
۲ کاربردهای سنتی زیست‌فناوری
۳ فراورده‌های زیست‌فناوری
۴ پیشینه زیست‌فناوری در ایران
۵ پیوند به بیرون
۶ منابع

پیدایش زیست‌فناوری

سابقه به‌کارگیری میکروارگانیسم‎ها برای تولید مواد خوراکی مانند سرکه، ماست و پنیر به بیش از ۸ هزار سال پیش برمی‌گردد. نقش میکروارگانیسم‌ها در تولید الکل و سرکه در سده پیش زمانی کشف شد که گروهی از بازرگانان فرانسوی در جستجوی روشی بودند تا از ترش شدن شراب و آبجو هنگام جابه‌جایی آن‌ها با کشتی به نقاط دور جلوگیری کنند. آنان از لویی پاستور درخواست کمک کردند. لویی پاستور پی برد که مخمرها در خلا قند را به الکل تبدیل می‌کنند. این فرایند بی‌هوازی تخمیر نام دارد. و نیز دریافت که ترشیدگی و آلودگی بر اثر فعالیت دسته باکتری اسید استیک که الکل را به سرکه تبدیل می‌کند روی می‌دهد.
کاربردهای سنتی زیست‌فناوری
Monoclonal antibodies4.jpg

کاربردهای سنتی بیوتکنولوژی شامل اصلاح نباتات و دام، تهیه نان، ماست و پنیر بوده‌است و پس از آن تولید پادزیست‌ها (آنتی بیوتیک‌ها)، انسولین انسانی و اینترفرون علوم آزمایشگاهی و هم‌اکنون با پیدایش فناوری DNA نوترکیب، دستکاری ژن‌ها و انتقال ژن از یک موجود زنده به دیگری یا به عبارت دیگر مهندسی ژنتیک، ظرفیت بهره‌گیری از این فناوری به گونه فزاینده‌ای افزایش یافته‌است.

در حال حاضر با توجه به افزایش بی رویه جمعیت و نیاز به تأمین مواد غذایی این جمعیت رو به تزاید، بیوتکنولوژی کشاورزی مورد توجه ویژه‌است و محصولات تراریخته گوناگون پرمحصول و مقاوم کشاورزی مانند ذرت، برنج، سویا، گوجه فرنگی، گندم تولید و به‌کارگیری تکنیک‌های نوین بیوتکنولوژی در افزایش تولید شیر و گوشت دام موثر واقع شده‌اند.

تامین سلامت و بهداشت جمعیت بیش از شش میلیاردی ساکنان کره زمین از طریق تولید داروهای نوترکیب و واکسن‌ها، دستیابی به روش‌های درمان کم‌هزینه بیماری‌ها و یافتن درمان بیماری‌های بدون درمان و تشخیص سریع‌تر و مؤثرتر بیماری‌های گوناگون از جمله بیماری‌های ژنتیکی از وظایف بیوتکنولوژی پزشکی است.

همچنین رویکرد جدید به محیط زیست در قرن حاضر و در نظر گرفتن آن به عنوان یک جزء از سرمایه ملی کشورها و لزوم حفظ آن با به‌کارگیری بیوتکنولوژی از مهم‌ترین دغدغه‌های بشر در سده حاضر است. حذف مؤثر آلاینده‌های محیطی خطرناک از محیط زیست با استفاده از میکروارگانیسم‌های پالایشگر آلودگی و استفاده از فنون نگهداری ذخایر ژنتیکی کشور از جمله کاربردهای بیوتکنولوژی در زمینه محیط زیست است. کاربردهای بیوتکنولوژی در صنعت که به تولید محصولات با صرف هزینه و انرژی کمتر، ضایعات اندک می‌انجامد و از همه مهم‌تر، کمترین اثر سوء بر محیط زیست را برجا می‌گذارد، باعث شد که از این فناوری به عنوان یکی از پاکترین بخش‌های صنعت یاد شود. بیوتکنولوژی همچنین تولید محصولاتی که قبلأ از روش‌های دیگر امکان تولید آن وجود نداشته یا بسیار سخت و دشوار بوده‌است، ممکن ساخته‌است.
فراورده‌های زیست‌فناوری

فراورده‌های بدست آمده از صنعت زیست‌فناوری در دنیا فراوان بوده و در کشور ایران تا به امسال (۱۳۸۶) به کمتر از ۲۰ عدد محدود می‌شود.

۱- اینترفرون بتا-۱ای با نام‌های تجاری سینووکس Cinnovex و رسیژن ReciGen

۲- اینترفرون گاما با نام تجاری گاما ایمونکس

۳- آنزیمهای بیولوژی مولکولی مانند تک دی ان ای پلی مراز

۴- کیت‌های تشخیص مولکولی بیماریها

۵- کیت‌های الایزا مانند کیت الایزای تشخیص ایدز

۶- واکسن‌های نسل جدید مانند واکسن هپاتیت ب

۷- داروهای جدید که در شرف ورود به بازار داخلی هستند مانند اینترفرون آلفا و استرپتوکیناز و اریتروپوئتین و اینترفرون بتا یک بی

٨- داروهای جدید که وارد بازار داخلی شدند مانند آنژی پارس (Angipars)

9- هورمون محرک تخمکزایی (FSH)با نام سینال-اف و پاراتیروئید همورمون (PTH)با نام سینوپار و همچنین PEG-GCSF با نام پگاژن
پیشینه زیست‌فناوری در ایران

حدود ۳۰ سال از عمر این فناوری جدید می‌گذرد و ایران نیز سرمایه گذاری‌هایی را برای تربیت نیروی انسانی و ایجاد چند مرکز تحقیقاتی آغاز کرده‌است. موسسه سرم سازی رازی و انستیتو پاستور از موسسات قدیمی ایران هستند که در زمینه تولید سرم و واکسن از زیست‌فناوری استفاده می‌کنند. اما اولین مرکز تخصصی بیوتکنولوژی دو دهه پیش در سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران شکل گرفت. بعد از آن مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و مؤسسات تحقیقاتی دیگر در بخش‌های مختلف به خصوص دانشگاهها فعالتر شدند. در دهه ۷۰ گروهی از سوی وزارتخانه‌های علوم، جهاد کشاروزی و بهداشت و درمان به خارج اعزام شدند و با بازگشت این گروه، فعالیت‌های تحقیقاتی رونق گرفت. در سال ۱۳۷۹ گروه بیوتکنولوژی به درخواست متخصصان و به دستور محمد خاتمی، رئیس جمهور وقت، در وزارت علوم تشکیل شد و برنامه ملی بیوتکنولوژی نتایج فعالیت این گروه‌است.. شرکت سیناژن اولین و بزرگترین شرکت خصوصی بیوتکنولوژی در ایران است که از سال 1373 فعالیت خود را آغاز نموده است و تا سال 1392 بیش از 8 فراورده دارویی نوترکیب را وارد بازار نموده است.

معرفی کتاب (( بیوتکنولوژی، با تاکید بر مباحث بيوتكنولوژي ميكروبي و نانوبيوتكنولوژي))

کتاب تالیفی مهندس نادر حاجی زاده و دکترعلیرضا دهناد از اساتید دانشگاه با زبانی ساده و اجتناب از طرح مباحث پیچیده به توضیح تاریخچه، جایگاه ایران در جهان، تعاریف، جنبه های مختلف و کاربردهای بیوتکنولوژی(زیست فناوری) می پردازد. این اثر علاوه بر انطباق با سرفصل های وزارت علوم تحقیقات و فناوری، به توصیف جنبه های نوین این علم از جمله نانوبیوتکنولوژی نیز می پردازد. بیوتکنولوژی (زیست فناوری)، یکی از اولویت های کشورمان از جنبه های تحقیقاتی و اقتصادی می باشد که گواه این مطلب، تشکیل ستاد توسعه زیست فناوری زیر نظر ریاست جمهوری و تاسیس رشته های مختلف دانشگاهی در مقاطع کارشناسی تا دکترا می باشد. لازم به ذکر است جمهوری اسلامی ایران برای ترویج و افزایش تحقیقات در این رشته سرمایه گذاری زیادی نموده است که ضرورت تالیف و عرضه کتب مناسب در رشته بیوتکنولوژی را هر چه بیشتر آشکار می کند. این کتاب همچنین می تواند منبع مناسبی برای دانشجویان و پژوهشگران رشته های مختلف علوم زیستی و کشاورزی باشد. با توجه به شیوایی کتاب و اجتناب از طرح مباحث پیچیده، برای دبیران و دانش آموزان سال آخر نیز قابل استفاده می باشد. كوشش شده است تا با بهره‌گيري از جداول و تصاوير متعدد كاربردهاي مهم بيوتكنولوژي بازگو شود. عناوین فصل های این کتاب به شرح زیر می باشد:

فصل اول: مقدمه

فصل دوم: تنوع میکروبی، روش‌های جداسازی ونگهداری میکروارگانیسم‌ها

فصل سوم: بیوتکنولوژی میکروبی

فصل چهارم: واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR)

فصل پنجم: کاربردهای بیوتکنولوژی در عرصه های گوناگون

فصل ششم: نانوبیوتکنولوژی و کاربردهای آن

پیوست: معرفی تعدادی از منابع و سایت‌های بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی در اینترنت



سایر منابع برای مطالعه بیشتر در باره بیو تکنولوژی:


http://en.wikipedia.org/wiki/Biotechnology

http://en.wikipedia.org/wiki/Bioengineering