بیومتریال

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

بیومتریال، بیوماده یا زیست‌ماده (به انگلیسی: Biomaterial) به ماده‌ای با منشأ مصنوعی یا طبیعی گفته می‌شود، که به منظور بهبود، درمان، التیام یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می‌رود.

به عنوان یک علم،بیومتریال حدود ۵۰ سال است که مطرح شده است. علم بیومتریال شامل مباحثی از علوم پزشکی، زیست‌شناسی، شیمی، مهندسی بافت و علم مواد می‌شود.

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

یک استنت سرخرگ که از جنس آلیاژ حافظه دار است،انتخاب مواد موردنظر برای آلیاژ نیازمند تسلط بر مباحث علم مواد و زیست‌شناسی می‌باشد

بیومتریال‌ها می‌توانند از طبیعت گرفته شوند یا در آزمایشگاه‌ها به وسیله به کار بردن آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها با روش‌های شیمیایی گسترده ساخته شوند، آن‌ها غالباً برای اقدام‌های پزشکی استفاده می‌شوند یا ساخته می‌شوند 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 دریچهٔ قلب، یا شاید زیست فعال باشند با تعامل کاربردی بیش تر مثل هیدروکسی لاپاتیت که ایمپلنت‌های مفصل ران را پوشش می‌دهد. بیومدیکال‌ها هم چنین هرروزه در سازه‌های دندانی، جراحی و دارو رسانی استفاده می‌شوند. به طور مثال یک سازهٔ آغشته به محصولات دارویی می‌تواند در یک بدن جای بگیرد، که اجازه می‌دهد این دارو مدت جذب بیش تری داشته باشد و در مدت زمان طولانی تری جذب شود.

انتخاب مواد صحیح برای کاشت و پیوند در بدن انسان و یکی از حساس‌ترین و مشکل‌ترین عملیات است.

بطور کلی بیومواد باید دارای خصوصیات زیر باشند:

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

عوامل فوق «فاکتورهای سازگاری زیستی» نامیده می‌شوند.[۱][۲]

کانی‌سازی زیستی (بیومتریالیزیسیون)[ویرایش]

کانی سازی زیستی به وسیلهٔ موجودات زنده ای که مواد معدنی تولید می‌کنند انجام می‌پذیرد،[۳] اغلب برای سفت یا سخت کردن بافت‌های موجود در بدن. بعضی از این بافت‌ها کان‌بافت نامیده می‌شوند.

این یک پدیدهٔ به شدت گسترده است: تمام شش طبقه‌بندی قلمروها شامل اعضایی می‌شوند که قادرند مواد معدنی تولید کنند، و بیش تر از ۶۰ نوع مواد معدنی متفاوت در موجودات شناخته شده است. مثال‌ها شامل سیلیکات‌ها در جلبک‌ها و دیاتوم‌ها، کربنات‌ها در بی مهرگان و کلسیم فسفات‌ها و کربنات‌ها در مهره داران است.[۴][۵][۶] این مواد طبیعی معمولاً ساختار ظاهری را شکل می‌بخشند، مانند صدف‌ها و استخوان‌ها در پرندگان و پستانداران. موجودات زنده بیش از ۵۵۰ میلیون سال است که اسکلت معدنی تشکیل می‌دهند. مثال‌های دیگر مانند کانسار یا ته‌نشین‌های مس، طلا و آهن است که شامل باکتری می‌شود. مواد معدنی بیولوژیک غالباً استفاده‌های خاصی مانند سنسورهای مغناطیسی در باکتری‌های مغناظیسی دارند، دستگاه‌های احساس جاذبه و ذخیرهٔ آهن و تحرک.

خودسامانی (خود مونتاژ)[ویرایش]

پپتید خودسامانده برای بافت‌های عصبی

خودسامانی رایج‌ترین عنوان به کار گرفته شده در جامعهٔ علمی امروز، به معنای تجمع همزمان اجزای مختلف مثل اتم‌ها، مولکول‌ها، کلوییدها و میسل‌ها بدون هرگونه اعمال خارجی می‌باشد.

گفته شده است که کثیری از این دسته مواد از لحاظ ترمودینامیکی ثابت، ساختاری با آرایه تعیین شده و یادآور یکی از ۷ سیستم کریستالی که در متالورژی و کانی‌شناسی کشف شده است، می‌باشند. فرق اساسی در این مواد توازن فضایی آنها در اندازه هر سلول واحد یا شبکه بلور آنها می‌باشد.

خود مونتاژ به طور گسترده در سیستم‌های بیولوژیکی دیده می‌شود و جزو اصول پایه دربسیاری از سیستم‌های پیچیده بیولوژیکی می‌باشد. این مولکول‌ها در واقع ظهور یک ردهٔ جدید بیومتریال‌های استوار بر ویژگی‌های ریزساختاری در طبیعت می‌باشند. این مولکول‌ها هم چنین در نانوتکنولوژی و سنتزهای شیمیایی بسیار نو ظهور و کاربردی هستند. کریستال‌های مولکولی، کریستال‌های مایع کولوئیدها و میسل‌ها، امولسیون‌ها و پلیمرهای خود-مجزا فیلم‌های نازک و خود-تشکیل‌های تک لایه مثال‌هایی از این مولکول‌ها هستند. ویژگی متمایز کننده این‌ها خود سازمان دهی می‌باشد.[۷][۸][۹]

کاربرد[ویرایش]

بیومتریال‌ها در موارد زیر استفاده می‌شوند:

۱.جایگزینی مفاصل

پروتز مفصل ران

۲. صفحات استخوانی

۳.سیمان استخوانی

۴.پروتز ایمپلنت دندانی

۵. تاندون و رباط مصنوعی

۶. پروتز رگ‌های خونی

۷. دریچه قلب

۸. دستگاه ترمیم پوست

۹. مکانیسم دارو رسانی

۱۰.ایمپلنت سینه

۱۱. پیوند عروق

۱۲.بخیه‌های جراحی[۱۰][۱۱]

۱۳. مواد پایدار

چند نوع دریچه قلبی مکانیکی

۱۴.استنت‌ها

۱۵. مجراهای عصبی

۱۶. پین و پیچ برای تثبیت شکستگی

۱۷. مش جراحی[۱۲][۱۳]

پروتزهایی که در بدن کاشته می‌شوند، بسته به نوع واکنش بدن، به ۴ نوع زیر تقسیم می‌شوند:

۱. سمی:اگر ماده سمی باشد، بافت‌های اطراف آن از بین می‌روند.

۲. خنثی:اگر ماده غیر سمی و از لحاظ بیولوژیکی غیرفعال باشد، بافت الیافی با ضخامت متغیر بین بافت پایه و پروتز تشکیل می‌شود.

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

۳. بیواکتیو:اگر ماده غیر سمی و از لحاظ بیولوژیکی فعال باشد، در سطح مشترک بافت پایه و پروتز پیوند تشکیل می‌شود.

۴. قابل جذب:اگر ماده غیر سمی و قابل انحلال باشد، بافت‌های اطراف به تدریج جایگزین آن می‌شوند.[۲]

سازگاری[ویرایش]

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

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

نقطهٔ ابهام این جمله پیشرفت‌های مداوم نگرشی در چگونگی اثر متقابل زیست ماده‌ها با بدن انسان رو منعکس می‌کند و در نهایت اینکه این تقابل‌ها چگونه موفقیت بالینی تجهیزات پزشکی را معلوم می‌کنند مثل دستگاه تنظیم کنندهٔ ضربان قلب و دستگاه جایگزینی مفصل ران.

پروتز‌ها و دستگاه‌های جدید گاهی وقت‌ها از بیش از یک ماده تشکیل شدند، پس ممکن است همیشه برای صحبت راجع به سازگاری زیستی مواد خاص کافی نباشند.[۱۴]

زیست بسپار (بیوپلیمر)[ویرایش]

به پلیمرهایی که توسط موجودات زنده ساخته می‌شوند، بیوپلیمر گویند. سلولز و نشاسته، پروتئین و پپتید، وDNA و RNA همگی مثال‌هایی از بیوپلیمرهایی هستند که واحد مونومری آنها به ترتیب عبارتند از شکر، آمینواسید و نوکلئوتید هستند.[۱۵] سلولز نه تنها متداولترین پلیمر بلکه متداولترین ترکیب ارگانیک بر روی زمین است. حدود ۳۳٪ کل گیاه سلولز است.[۱۶][۱۷]

جستارهای وابسته[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

http://www.journals.elsevier.com/biomaterials/

https://biomaterialsres.biomedcentral.com/

http://www.nature.com/subjects/biomaterials

منابع[ویرایش]

  1. Hench, L.L. , Wilson, J. , ''An introduction to bioceramics'', Advanced series in ceramics, Vol.1, World Scientific, 1993.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ سید احسان تهامی، ناصر حافظی مطلق، فاطمه داوری نیا،" مقدمه ای بر مهندسی پزشکی"،انتشارات گسترش علوم پایه،
  3. Harris, Ph.D.، Edward D.. Minerals in Food Nutrition, Metabolism, Bioactivity. Lancaster, PA: DEStech Publications, Inc.، 1 January 2014. 378. شابک ‎۹۷۸-۱-۹۳۲۰۷۸-۹۷-۸. 
  4. Weiner, Stephen; Lowenstam, Heinz A. (1989). On biomineralization. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 0-19-504977-2. 
  5. Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K.O. Sigel, eds. (2008). Biomineralization: From Nature to Application. Metal Ions in Life Sciences 4. Wiley. ISBN 978-0-470-03525-2. 
  6. Jean-Pierre Cuif، Yannicke Dauphin و James E. Sorauf. Biominerals and fossils through time. Cambridge، 2011. شابک ‎۹۷۸-۰-۵۲۱-۸۷۴۷۳-۱. 
  7. Whitesides، G.، J. Mathias و C. Seto. «Molecular self-assembly and nanochemistry: A chemical strategy for the synthesis of nanostructures». Science 254، ش. 5036 (1991): 1312-9. Bibcode۱۹۹۱Sci...۲۵۴.۱۳۱۲W. doi:10.1126/science.1962191. PMID ۱۹۶۲۱۹۱. 
  8. «Self-Assembledceramicsproduced Bycomplex-Fluidtemplation». Annual Review of Physical Chemistry. Bibcode2000ARPC...51..601D. doi:10.1146/annurev.physchem.51.1.601. PMID 11031294. 
  9. Ariga, K.; Hill, J. P.; Lee, M. V.; Vinu, A.; Charvet, R.; Acharya, S. (2008). "Challenges and breakthroughs in recent research on self-assembly". Science and Technology of Advanced Materials 9: 014109. Bibcode:2008STAdM...9a4109A. doi:10.1088/1468-6996/9/1/014109. 
  10. Pillai CK, Sharma CP. Review paper: absorbable polymeric surgical sutures: chemistry, production, properties, biodegradability, and performance. J Biomater Appl. 2010 Nov;25(4):291-366. Review. PMID 20971780
  11. Pillai، C. K. S. و C. P. Sharma. «Review Paper: Absorbable Polymeric Surgical Sutures: Chemistry, Production, Properties, Biodegradability, and Performance». Journal of Biomaterials Applications. 25، ش. 4 (2010): 291–366. doi:10.1177/0885328210384890. PMID 20971780. 
  12. DeAsis FJ. et al Current state of laparoscopic parastomal hernia repair: A meta-analysis. World J Gastroenterol. 2015 Jul 28;21(28):8670-7. Review. PMID 26229409 PMC 4524825
  13. Banyard DA et al. Regenerative biomaterials: a review Plast Reconstr Surg. 2015 Jun;135(6):1740-8. PMID 26017603
  14. Kammula, R. G. and Morris, G. M. (2001) "Considerations for the Biocompatibility Evaluation of Medical Devices", Medical Device & Diagnostic Industry
  15. Buehler، M. J. و Y. C. Yung. «Deformation and failure of protein materials in physiologically extreme conditions and disease». Nature Materials. 8 3 (2009): 175–88. Bibcode2009NatMa...8..175B. doi:10.1038/nmat2387. PMID 19229265. 
  16. Stupp، S. I. و P. V. Braun. «Molecular manipulation of microstructures: Biomaterials, ceramics, and semiconductors». Science. 277، ش. 5330، 1242–8. doi:10.1126/science.277.5330.1242. PMID 9271562. 
  17. Klemm، D. و B. Heublein. «Cellulose: Fascinating biopolymer and sustainable raw material». Angewandte Chemie International Edition، 2005. doi:10.1002/anie.200460587. PMID 15861454. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Biomaterial