سرامیک‌هاسازگارترین مواد جهت استفاده در بدن انسان هستند
حسینعبداللهی
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:
حسینعبداللهی
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.
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.
