متالوژی پزشکی یا بیومتریال(بیومواد) چیست؟

در این مطلب جدید در سال 1405 و سال 2026 ، متالوژی پزشکی و بیومتریال و مهندسی بافت و بیومتریال های سرامیکی و انواع بیومتریال و مهندسی پزشکی بیومتریال و رشته بیومتریال و دانلود مقاله بیومتریال و بیومتریال یا بیوالکتریک و موضوع پروژه مهندسی زشکی بیومتریال و موضوعات بیومتریال در نم نمک.

متالورژی پزشکی یا بیومتریال(بیومواد) چیست؟

زیست ماده یا بیومتریال (Biomaterial) به ماده ای با منشأ مصنوعی یا طبیعی گفته می شود ، که به منظور بهبود ، درمان ، التیام یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می رود.

یک استنت سرخرگ که از جنس آلیاژ حافظه دار است

زیست مواد به عنوان یک علم حدود 50 سال است که مطرح شده است. علم بیومتریال شامل مباحثی از علوم پزشکی ، زیست شناسی ، شیمی ، مهندسی بافت و علم مواد می شود.

توجه کنید که زیست ماده با ماده بیولوژیکی فرق دارد ، همانند استخوان که در یک دستگاه زیستی ساخته می شود.

بیومتریال ها می توانند از طبیعت گرفته شوند یا در آزمایشگاه ها به وسیله به کار بردن آلیاژهای فلزی ، سرامیک ها ، پلیمرها و کامپوزیت ها با روش های شیمیایی گسترده ساخته شوند ، آن ها غالباً برای اقدام های پزشکی استفاده می شوند یا ساخته می شوند و بدین ترتیب شامل یک قسمت یا کل یک ساختار زنده یا یک ابزار پزشکی هستند که یک کارکرد طبیعی را انجام بدهد ، تکمیل کند یا جایگزین آن شود.

بعضی از کارکردها شاید ظریف باشند ، مانند استفاده شدن در دریچه قلب ، یا شاید زیست فعال باشند با تعامل کاربردی بیشتر مثل هیدروکسی آپاتیت که ایمپلنت های مفصل ران را پوشش می دهد. بیومدیکال ها هم چنین هرروزه در سازه های دندانی ، جراحی و دارورسانی استفاده می شوند. به طور مثال یک سازه آغشته به محصولات دارویی می تواند در یک بدن جای بگیرد ، که اجازه می دهد این دارو مدت جذب بیشتری داشته باشد و در مدت زمان طولانی تری جذب شود.

انتخاب مواد صحیح برای کاشت و پیوند در بدن انسان ، یکی از حساس ترین و مشکل ترین عملیات است.

به طور کلی بیومواد باید دارای خصوصیات زیر باشند :

• از نظر شیمیایی خنثی باشند.
• اثر سوء بر بافت های مجاور نداشته باشند.
• طول عمر آن ها زیاد باشد.
• استحکام خستگی بالا داشته باشند.
• بر فرایندهای متابولیسم آزاد بدن تأثیر مخرب نداشته باشند.

عوامل فوق «فاکتورهای سازگاری زیستی» نامیده می شوند.

کانی سازی زیستی (بیومتریالیزیسیون)

کانی سازی زیستی به وسیله موجودات زنده ای که مواد معدنی تولید می کنند انجام می پذیرد ، اغلب برای سفت یا سخت کردن بافت های موجود در بدن. بعضی از این بافت ها کان بافت نامیده می شوند.

این یک پدیده به شدت گسترده است؛ تمام شش طبقه بندی قلمروها شامل اعضایی می شوند که قادرند مواد معدنی تولید کنند و بیشتر از 60 نوع مواد معدنی متفاوت در موجودات شناخته شده است. مثال ها شامل سیلیکات ها در جلبک ها و دیاتوم ها ، کربنات ها در بی مهرگان و کلسیم فسفات ها و کربنات ها در مهره داران است. این مواد طبیعی معمولاً ساختار ظاهری را شکل می بخشند ، مانند صدف ها و استخوان ها در پرندگان و پستانداران. موجودات زنده بیش از 550 میلیون سال است که اسکلت معدنی تشکیل می دهند. مثال های دیگر مانند کانسار یا ته نشین های مس ، طلا و آهن است که شامل باکتری می شود. مواد معدنی بیولوژیک غالباً استفاده های خاصی مانند سنسورهای مغناطیسی در باکتری های مغناطیسی دارند ، دستگاه های احساس جاذبه و ذخیره آهن و تحرک. انتخاب بیومواد تمام موادی که در پزشکی برای کاشتن یا مصرف به کار می روند ، از جنس فلزات ، پلیمرها ، سرامیک ها و کامپوزیت ها یا ترکیبی از مواد مذکور می باشند. جایگزینی بافت با مواد مصنوعی از طریق انتخاب ماده ای که خواص فیزیکی-مکانیکی آن بسیار شبیه و نزدیک به بافت طبیعی است ، به انجام می رسد. برای کاربردهایی در رابطه با بافت نرم (پوست ، زردپی ، بند یا رباط ، پستان ، چشم ، سیستم عضلانی و صورت) بسپارهای طبیعی یا مصنوعی برای جایگزینی بافت صدمه دیده استفاده می شود. فلزات ، سرامیک ها و کامپوزیت ها به طور گسترده ای برای جایگزینی یا تقویت و مستحکم سازی دندان و استخوان به کار می رود. ضریب کشسانی و استحکام بافت های نرم معمولاً کمتر از 100 مگا پاسکال است؛ بنابراین پلیمرها با داشتن استحکام مشابه و استحکام کشسانی کمی بالاتر متداولترین ماده برای جایگزینی این نوع بافت ها به شمار می آیند. برعکس استخوان دارای استحکام کششی بالاتری است و ضریب کشسانی آن خیلی بیشتر از ضریب کشسانی بافت نرم می باشد. از آنجا که پلیمرها دارای ضریب کشسانی حدود 10 گیگا پاسکال نمی باشند آلیاژهای فلزی ، سرامیک ها و کامپوزیت های تقویت شده با رشته برای جایگزینی استخوان مصرف می شوند.

خودسامانی (خود مونتاژ)

خودسامانی رایج ترین عنوان به کار گرفته شده در جامعه علمی امروز ، به معنای تجمع هم زمان اجزای مختلف مثل اتم ها ، مولکول ها ، کلوییدها و میسل ها بدون هرگونه اعمال خارجی می باشد.

پپتید خودسامانده برای بافت های عصبی

گفته شده است که کثیری از این دسته مواد از لحاظ ترمودینامیکی ثابت ، ساختاری با آرایه تعیین شده و یادآور یکی از 7 سیستم کریستالی که در متالورژی و کانی شناسی کشف شده است ، می باشند. فرق اساسی در این مواد توازن فضایی آن ها در اندازه هر سلول واحد یا شبکه بلور آن ها می باشد.

خود مونتاژ به طور گسترده در سیستم های بیولوژیکی دیده می شود و جزو اصول پایه دربسیاری از سیستم های پیچیده بیولوژیکی می باشد. این مولکول ها در واقع ظهور یک رده جدید بیومتریال های استوار بر ویژگی های ریزساختاری در طبیعت می باشند. این مولکول ها هم چنین در نانوتکنولوژی و سنتزهای شیمیایی بسیار نو ظهور و کاربردی هستند. کریستال های مولکولی ، کریستال های مایع کولوئیدها و میسل ها ، امولسیون ها و پلیمرهای خود-مجزا فیلم های نازک و خود-تشکیل های تک لایه مثال هایی از این مولکول ها هستند. ویژگی متمایزکننده این ها خود سازمان دهی می باشد.

کاربرد

بیومتریال ها در موارد زیر استفاده می شوند :

• جایگزینی مفاصل
• صفحات استخوانی
• سیمان استخوانی
• پروتز ایمپلنت دندانی
• تاندون و رباط مصنوعی
• پروتز رگ های خونی
• دریچه قلب
• دستگاه ترمیم پوست
• مکانیسم دارو رسانی
• ایمپلنت سینه
• پیوند عروق
• بخیه های جراحی
• مواد پایدار
• استنت ها
• مجراهای عصبی
• پین و پیچ برای تثبیت شکستگی
• مش جراحی

پروتز مفصل ران

پروتزهایی که در بدن کاشته می شوند ، بسته به نوع واکنش بدن ، به 4 نوع زیر تقسیم می شوند :

• سمی : اگر ماده سمی باشد ، بافت های اطراف آن از بین می روند.
• خنثی : اگر ماده غیر سمی و از لحاظ بیولوژیکی غیرفعال باشد ، بافت الیافی با ضخامت متغیر بین بافت پایه و پروتز تشکیل می شود.

از آنجایی که این بافت هیچ گونه پیوند فیزیکی-شیمیایی با اجزای مجاور ندارد ، به راحتی حرکت کرده و سبب رها شدن پروتز می شود.

• بیواکتیو : اگر ماده غیر سمی و از لحاظ بیولوژیکی فعال باشد ، در سطح مشترک بافت پایه و پروتز پیوند تشکیل می شود.
• قابل جذب : اگر ماده غیر سمی و قابل انحلال باشد ، بافت های اطراف به تدریج جایگزین آن می شوند.

سازگاری

سازگاری زیستی به رفتار زیست ماده ها در محیط های مختلف تحت شرایط فیزیکی و شیمیایی مختلف مربوط است. این جمله ممکن است به خواص ویژه یک ماده اشاره کند. بدون مشخص کردن مکان یا طریقه مورد استفاده قرار گرفتن آن ماده. برای مثال یک ماده ممکن است تحت شرایط متفاوت روی یک موجود زنده پاسخ های متفاوتی بدهد مثلاً واکنش ایمنی را برانگیخته کند یا نه

چند نوع دریچه قلبی مکانیکی

یا ممکن است با تیپ خاصی از سلول یا بافت ادغام بشود یا نشود.

نقطه ابهام این جمله پیشرفت های مداوم نگرشی در چگونگی اثر متقابل زیست ماده ها با بدن انسان رو منعکس می کند و در نهایت اینکه این تقابل ها چگونه موفقیت بالینی تجهیزات پزشکی را معلوم می کنند مثل دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب و دستگاه جایگزینی مفصل ران.

پروتز ها و دستگاه های جدید گاهی وقت ها از بیش از یک ماده تشکیل شدند ، پس ممکن است همیشه برای صحبت راجع به سازگاری زیستی مواد خاص کافی نباشند.

زیست بسپار (بیوپلیمر)

به پلیمرهایی که توسط موجودات زنده ساخته می شوند ، بیوپلیمر گویند. سلولز و نشاسته ، پروتئین و پپتید ، و دنا و رنا همگی مثال هایی از بیوپلیمرهایی هستند که واحد مونومری آن ها به ترتیب عبارتند از شکر ، آمینواسید و نوکلئوتید هستند. سلولز نه تنها متداول ترین پلیمر بلکه متداول ترین ترکیب ارگانیک بر روی زمین است. حدود 33% کل گیاه سلولز است.