بیومتریال

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از بیومواد)
پرش به: ناوبری، جستجو

بیومتریال، بیوماده یا زیست‌ماده (به انگلیسی: Biomaterial) به ماده‌ای با منشا مصنوعی یا طبیعی گفته می‌شود، که به منظور بهبود، درمان، التیام و 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،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.

یک استنت سرخرگ که از جنس آلیاژ حافظه دار است،انتخاب مواد موردنظر برای آلیاژ نیازمند تسلط بر مباحث علم مواد و زیست شناسی می باشد

بیومتریال ها می توانند از طبیعت گرفته شوند و یا در آزمایشگاه ها به وسیله به کار بردن آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ ها با روش های شیمیایی گسترده ساخته شوند، آن ها غالبا برای اقدام های پزشکی استفاده  میشوند و 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 کارکرد ها شاید ظریف باشند ، مانند استفاده شدن در دریچه ی قلب ، یا شاید زیست فعال باشند با تعامل کاربردی بیش تر مثل هیدروکسی لاپاتیت که ایمپلنت های مفصل ران را  پوشش میدهد . بیومدیکال ها هم چنین هرروزه در سازه های دندانی ، جراحی و دارو رسانی استفاده میشوند . به طور مثال یک سازه ی 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 وسیله ی موجودات زنده ای که مواد معدنی تولید می کنند انجام می پذیرد،[۳] اغلب برای سفت یا سخت کردن بافت های موجود در بدن . بعضی از این بافت ها کان‌بافت نامیده میشوند.

این یک پدیده ی به شدت گسترده است : تمام شش طبقه بندی قلمروها شامل اعضایی می شوند که قادرند مواد معدنی تولید کنند ، و بیش تر 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. [۴][۵][۶]این مواد طبیعی  معمولا 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 میدهند .مثال های دیگر مانند کانسار یا ته نشین های مس،طلا و آهن است که شامل باکتری میشود . مواد معدنی بیولوژیک غالبا استفاده های خاصی مانند سنسور های مغناطیسی  در باکتری های مغناظیسی دارند ، دستگاه های احساس جاذبه و ذخیره ی آهن  و تحرک.

خودسامانی(خود مونتاژ)[ویرایش]

پپتید خودسامانده برای بافت های عصبی

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

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 کانی‌شناسی کشف شده است، می باشند.فرق اساسی در این مواد  توازن فضایی آنها در اندازه هر سلول واحد یا شبکه بلور آنها میباشد.

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 ی جدید بیومتریال های استوار بر ویژگی های ریزساختاری در طبیعت می باشند.این مولکول ها هم چنین در نانوتکنولوژی و سنتز های شیمیایی بسیار نو ظهور و کاربردی هستند. کریستال های مولکولی، کریستال های مایع کولوئید ها و میسل ها،امولسیون ها و پلیمر های خود-مجزا فیلم های نازک و خود-تشکیل های تک لایه مثال هایی از این  مولکول ها هستند.ویژگی متمایز کننده این ها خود سازمان دهی می باشد.[۷][۸][۹]

کاربرد[ویرایش]

بیومتریال ها در موارد زیر استفاده میشوند:

1.جایگزینی مفاصل

پروتز مفصل ران

2.صفحات استخوانی

3.سیمان استخوانی

4.پروتز ایمپلنت  دندانی

5.تاندون و رباط مصنوعی

6.پروتز رگ های خونی

7.دریچه قلب

8.دستگاه ترمیم پوست

9.مکانیسم دارو رسانی

10.ایمپلنت سینه

11.پیوند عروق

12.بخیه های جراحی[۱۰][۱۱]

13.مواد پایدار

چند نوع دریچه قلبی مکانیکی

14.استنت ها

15.مجراهای عصبی

16.پین و پیچ برای تثبیت شکستگی

17.مش جراحي[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.[۱۴]

سازگاری[ویرایش]

سازگاری زيستی به رفتار زيست ماده ها در محيط های مختلف تحت شرايط فيزيكی و شيميايی مختلف مربوط است.اين جمله ممكن است به خواص ویژه ی یک ماده  اشاره كند.بدون مشخص كردن مكان يا طريقه ی مورد استفاده قرار گرفتن آن ماده.براي مثال يك ماده ممكن است تحت شرايط متفاوت روي يك موجود زنده پاسخ هاي متفاوتي بدهد مثلا واکنش ايمني را برانگيخته كند یا نه

يا ممكن است  با تيپ خاصي از سلول يا بافت ادغام بشود يا نشود.

نقطه ي ابهام اين جمله پيشرفت هاي مداوم نگرشي در چگونگی اثر متقابل زيست ماده ها با بدن انسان رو منعكس ميكند و در نهايت اينكه اين تقابل ها چگونه موفقيت باليني تجهیزات پزشكي را معلوم میکنند مثل دستگاه تنظيم كننده ي ضربان قلب و دستگاه جايگزيني مفصل ران .

پروتز ها و دستگاه هاي جديد گاهي وقت ها از بيش از يك ماده تشكيل شدند، پس ممكن است هميشه براي صحبت راجع به سازگاري زيستی مواد خاص كافي نباشند.[۱۵]

زیست بسپار(بیو‌‌پلیمر)[ویرایش]

به پلیمرهایی که توسط موجودات زنده ساخته می شوند،بیوپلیمر گویند.‌ سلولز و نشاسته،پروتئین و پپتید،وDNA و RNA همگی مثال هایی از بیوپلیمرهایی هستند که واحد مونومری آنها به ترتیب عبارتند از شکر، آمینواسید و نوکلئوتید هستند.[۱۶] سلولز نه تنها متداولترین پلیمر بلکه متداولترین ترکیب ارگانیک بر روی زمین است. حدود ۳۳٪ کل گیاه سلولز است.[۱۷][۱۸]

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.۱, World Scientific, ۱۹۹۳.
  2. سید احسان تهامی، ناصر حافظی مطلق، فاطمه داوری نیا،" مقدمه ای بر مهندسی پزشکی"،انتشارات گسترش علوم پایه، ISBN 978-964-490-594-0
  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. سید احسان تهامی، ناصر حافظی مطلق، فاطمه داوری نیا،" مقدمه ای بر مهندسی پزشکی"،انتشارات گسترش علوم پایه، ISBN 978-964-490-594-0
  15. Kammula, R. G. and Morris, G. M. (2001) "Considerations for the Biocompatibility Evaluation of Medical Devices", Medical Device & Diagnostic Industry
  16. 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. 
  17. 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. 
  18. 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