سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون

شیشه های بیواکتیو یکی دیگر از پوشش های مهم امپلنتها هستند. این شیشه ها معمولا بوسیله ی یکی از روش های زیر اعمال می شوند:
لعاب زنی (enameling)
اسپری کردن بوسیله ی شعله (Flame Spraying)
روش تشکیل پوشش به روش غوطه وری (Dip Coating)
روش اسپری شعله شبیه به روش پلاسما اسپری است با این تفاوت که گاز حامل یونیزه نشده و دماهای مورد استفاده در این روش به مراتب پایین تر از روش پلاسما اسپری است.
در روش تشکیل پوشش به روش غوطه وری امپلنت فلزی ابتدا اکسید شده سپس به داخل شیشه ی مذاب غوطه ور می شود اکسید کردن امپلنت به این دلیل است که خواص تر شوندگی فلز بهبود یابد.
روش لعاب زنی یک روش سنتی برای تولید پوشش های شیشه ای است. در این روش از یک فرم خاص شیشه به نام فریت ( frit) استفاده می شود. این ماده بوسیله ی سرد کردن سریع شیشه در داخل آب بوجود می آید. فریت که به صورت ذرات درشت است، ابتدا آسیاب شده و سپس بر روی زیر لایه ی فلزی اعمال می شود. به همراه فریت مواد خاصی مصرف می شود که چسبندگی فلز و پوشش افزایش یابد. این مواد خاص با فریت و فلز واکنش می دهند و سبب افزایش چسبندگی شیمیایی می شوند.به هر حال این روش به طور موفقیت آمیز برای اعمال شیشه های بیواکتیو استفاده نشده است و از این رو روش های دیگر جایگزین شده است.

شیشه های رادیوتراپی

شیشه های آلومینو سیلیکاتی ایتریایی (YAS)که شیشه هایی رادیو اکتیو هستند برای پرتو افکنی به تومورهای سرطانی درمحیط بدن استفاده می شوند. اگر چه تومورهای کبدی درحالت اولیه در ایالات متحده ی امریکا نسبتا کمیاب هستند اما این نوع ترمورها بسیار کشنده هستند. و سالانه 3000-4000 مرگ در ایالات متحده ی آمریکا و 1.2 میلیون مرگ در جهان به دلیل این تومورها رخ می دهد. نکته ی مهم تر این است که بیشتر این ترمورها قابل عمل نیستند. زیرا عمل جراحی آنها دارای پیچیدگی فراوانی است. پرتو افکنی تومورها در داخل بدن اجازه می دهد تا با تمرکز پرتو افکنی با کمترین میزان آسیب، تومور را از بین برد. این روش یکی از روش های مهم در درمان این بیماری است. شیشه های YAS به دلایل زیر برای این کار برد مناسبند:
سمی نیستند.
به آسانی رادیو اکتیو می شوند.
در حالی که رادی اکتیو هستند، این مواد از لحاظ شیمیایی نامحلول هستند.
فرآیند سل ژن برای تولید شیشه ای YAS کروی استفاده می شود. خاصیت رادیو اکتیو این نوع شیشه ها به دلیل وجود ایزوتوپ 90Yاست. این نوع ایزوتوپ از خود پرتو β ساتع می کند و دارای نیمه عمر 64.1 ساعت است. میانگین نفوذ پرتو β (الکترون ها) در بدن 2.5 میلی متر است. (ماکزیم نفوذ 10 میلی متر است). برای آنکه ماده ی رادیو اکتیو به محل های وجود تومور برسد1- 15 میلیون گوی کوچک میکرومتری به داخل شریان کبدی ترزیق می شود. در این حالت خون وظیفه ی رساندن این مواد به محل های مورد نظر را دارد. زمان درمان 2-4 ساعت است. اندازه ی قطر گوی های کوچک بین 35-15Mm است. این اندازه به صورتی است که اجازه می دهد تا جریان خون کبد آنها را حمل کند اما به اندازه ای بزرگ هستند که وارد کل جریان خون نشوند. گوی های کوچک وارد شده به کبد در محل تومورها تمرکز می یابند که علت آن این است که توده ی توموری میزان مصرف خون بیشتری نسبت به بافت های اطراف خود دارد. با وجود عناصر رادیو اکتیو در اخل تومور عمل پرتو افکنی به درستی انجام می شود و به دلیل آنکه نیمه عمر ماده ی رادیو اکتیو مورد استفاده 64.1 ساعت است پس از سه هفته اثرات رادیو اکتیویته از بین می رود.
اگر چه استفاده از گوی های کوچک رادیو اکتیو در درمان سرطان جگر در مراحل اولیه ی خود است ولی محصولات تجاری ساخته شده بوسیله ی این تکنولوژی با نام تجاری Therasphere در آمریکا و کانادا تولید می شود. و از این دارو برای درمان سرطان غیر قابل جراحی کبد استفاده می شود. سایر کاربردهای پزشکی این گوی ها در درمان سرطان های کلیه و مغز است.
شکل 1 میکروکره های ساخته شده از شیشه های برات کلسیم لیتیم (LCB) را نشان می دهد.

این نوع میکروکره ها با عبور شیشه از بین یک شعله ی با دمای بالا تولید شده اند. از روش مشابه با روش عبور از شعله می توان برای تولید میکروکره های شیشه ی YAS استفاده کرد . میکروکره های LCB به داخل میکروکره های توخالی هیدروکسی آپاتیت وارد می شود. این سیستم ها در رسانش داروئی کاربرد دارند.

دریچه های مصنوعی قلب

کربن یک بیوسرامیک مهم است. این ماده هم زیست سازگار پذیر است و هم از لحاظ شیمیایی خنثی است. کربن به فرم های مختلفی وجود دارد. مهم ترین فرم کربن برای کاربردهای بیومدیکالی یک نوع گرافیت پیرولیتیک (Pyrolytic graphite) است. که فرم ایزوتروپیک دما پایین (LTI Carbon) نامیده می شود.
این ماده دارای ساختاری غیر منظم بر پایه ی گرافیت است. (از این رو به آن گرافیت توربو استراتیک (turbostratic Carbon) می گویند. در کربن توربواستراتیک توالی ABABA توده از حالت چرخش رندوم خارج شده یا با لایه هایی نسبت به همدیگر جایگزین گشته است.
کریستال های کربن LTI تنها اندازه ای برابر 10 نانومتر دارند و در ماده ی بالک به صورت رندوم قرار گرفته اند. این ریز ساختار موجب می شود که ماده دارای خواص و ویژگی های فیزیکی ایزوتروپیک باشد. (برخلاف گرافیت که دارای ساختار آن ایزوتروپیک است). دانستیه وخواص مکانیکی LTI به تعداد جاهای خالی کربن درهر لایه و اعوجاج بین صفحات بستگی دارد. دانسیته ی این ماده بین 1400kg/m_3 - 2200 است. ( 2200kg/m_3 دانسیته ی تئوری است).
کربن LTI با دانستیه ی بالا سخت ترین فرم کربن استراتیک است. ما می توانیم استحکام این مواد را با افزودن Si افزایش دهیم. با افزوده شدن Si به این مواد ذرات میکرونی غیر – مداومی از β-sic تشکیل می شود که به صورت اندوم در زمینه کربین پرولیتیک (با دانه های کروی) پراکنده شده اند.
با استفاده از فرآیند رسوب دهی شیمیایی از حالت بخار (CVD) می توان کربن و Sic را به صورت مشخص رسوب داد و آلیاژهایی از Si و LTI تولید کرد. دو واکنش ممکنه عبارتند از :
تجزیه ی پروپان:

تجزیه ی متیل تری کلروسیلان:

یکی از کاربردهای اصلی کربن LTI در ساخت پروتز دریچه ی قلب است. (شکل 2)

این کاربرد یکی از کاربردهای با شرایط بسیار سخت برای مواد بیولوژیک است. اولین استفاده از کربن LTI به عنوان دریچه ی قلب در سال 1969 گزارش شده است. اکثر دریچه های مصنوعی قلب که امروزه استفاده می شوند از جنس کربن پیرولیتیک LTI پالایش یافته با سیلسیم (Si) هستند.

سرامیک دندانی

پرسلان های فلدسپاتیک (پرسلان هایی بر پایه ی فلدسپار) به عنوان پوشش دندان استفاده می شوند. که علت این استفاده مسائل زیبایی است . این پوشش ها معمولا 500 میکرون ضخامت دارند. امروزه این مواد عمدتاً با شیشه ها جایگزین شده اند. (اگر چه نام آنها تغییر نکرده است.) لوسیت (Lucite): فلدسپات پتاسیک) عمدتاً برای بهبود ضریب انبساط حرارتی این پوشش ها استفاده می شده است.دی کور (Dicor) یک شیشه سرامیک است که به وسیله ی کورنینگ (corning) و برای جایگزینی دندان ها توسعه یافت. در این روش دندان بوسیله ی شیشه ریخته گری می شود که در این فرآیند از یک قالب مومی استفاده می شود. سپس شیشه ی ریخته گری شده با اعمال عملیات حرارتی به سرامیک تبدیل می شود. آلومینا نیز برای تولید دندان استفاده می شود. (اگر چه به دلیل وجود تخلخل دندانهای آلومینایی در هنگام استفاده شدن می شکنند). یکی از راه بهبود این مواد پالایش آلومینا با شیشه های دارای لانتانیوم است. روش ترمیم متفاوت با این نوع امپلنت ها در شکل 3 نشان داده شده است.