کاربرد انواع استیل در پزشکی

مقدمهنمی توان از کاربرد استنلس استیل ها بنابر خواص و ویژگی های منحصربه فردشان در ساخت تجهیزات مورد استفاده در علم پزشکی نوین چشم پوشی کرد. از جمله این ویژگی ها می توان به مقاومت به خوردگی در برابر مایعات بدن، زیست سازگاری، نسبت استحکام به وزن خوب، مقاومت خستگی و حساسیت مغناطیسی کم اشاره نمود. اصطلاح زیست سازگاری را می‌توان به زبان ساده توانایی انجام عملکرد مناسب در وضعیت و حالت خاصی در بدن انسان تعریف کرد. خواص فولاد ضدزنگ سنتی اغلب این خواص و ویژگی‌های را برآورده نمی‌کند. برای مثال، مقاومت در برابر سایش در مفاصل اغلب مستلزم کاشت ﺁلیاژهای کبالت-کروم است. در کاربردهای دیگر، ﺁلیاژهای تیتانیومی به دلیل پدیده‌ای به نام پیوند استخوانی که منجر به چسبندگی و اتصال قوی ایمپلنت و استخوان می‌شود، ارجحیت دارند. در اواسط دهه ۶۰ میلادی دانشمند سوئدی بنام برانمارک از نخستین کسانی بود که پیوند استخوانی را انجام داد و کاشت ایمپلنت‌های تیتانیومی در دندانپزشکی را آغاز نمود.استنت‌های قلبی عروقی ازجمله کاربردهای ویژه‌ای است که در ﺁن ﺁلیاژهای حافظه‌دار بر پایه نیکل و تیتانیوم (Ni-Ti) به‌خوبی مورداستفاده قرارگرفته‌اند. به دلیل گستردگی این حوزه و کاربرد بسیار زیاد نمی‌توان در این مقاله به این موضوع پرداخت و تنها به تعداد محدودی از آن‌ها اشاره شده است. کاربردهای پزشکی ﺁلیاژهای خاص عمدتا در سه حوزه ابزار جراحی و دندانپزشکی، قلبی عروقی و بازسازی مشاهده می‌شود. درواقع فولادهای ضدزنگ سنتی در ابزار مورداستفاده در جراحی کاربرد دارند.دندانپزشکی و جراحیشکل 1 (الف). سوزن‌های بخیه در اندازه‌های مختلف فولاد ضدزنگ رسوب سختی ساندویک نانوفلکس (Sandvi Nanoflex)از انواع مختلف ابزار دندانپزشکی و جراحی می‌توان ریمر، قلاب، گیره، رترکتور، پیچ‌گوشتی، تیغه‌های جراحی، چاقو و سوزن جراحی را نام برد. استفاده از فولادهای ضدزنگ سنتی (عمدتا آستنیتی و مارتنزیتی) در ابزارآلات، عمدتا مطلوب و رضایت‌بخش بوده است. اگرچه، نمونه‌ای که در این مقاله ذکرشده به‌کارگیری فولاد رسوب سختی ساندویک نانوفلکس با توجه به خواص منحصربه‌فرد ﺁن است. این نوع فولاد در اصل متناسب با خصوصیات سوزن‌های جراحی که ترکیبی از استحکام و شکل‌پذیری بالاست ساخته شد.شکل 1(ب). استفاده از ابزارهای مختلف جراحی در جراحی چشم با توجه به استحکام زیاد رسوب در ماتریس مارتنزیتی سخت، مقاومت کششی بیش از ۳۰۰۰ مگا پاسکال قابل‌دستیابی است. به دلیل ترکیبی از سه ویژگی استحکام بالا، شکل‌پذیری و پایداری خوب لبه‌ها، نه‌تنها برای سوزن‌های بخیه‌، بلکه برای پیچ‌گوشتی‌، شیرآلات، ریمر و سوزن خون‌گیری مناسب است. نمونه‌ای از سوزن بخیه در شکل ۱ (الف) و کاربرد آن در جراحی چشم شکل 1 (ب) دیده می‌شود. چشم عضو بسیار حساس بدن است و به مراقبت بسیار نیاز دارد. بدیهی است که عملکرد مناسب سوزن‌ها نیاز به ترکیبی از استحکام و شکل‌پذیری بالا دارد.قلبی ‌عروقیشکل 2. یک دستگاه ضربان‌ساز قلب همراه با سرب ضربان‌ساز. ترکیب معمول هسته‌ پلاتینی با لایه خارجی F562. ازجمله کاربردهای قلبی عروقی می‌توان به سرب‌های ضربان‌ساز و ICD (کاردیوورتر- دفیبریلاتور قابل کاشت)، استنت‌های قلبی، سیستم‌های سیم راهنما، سیم‌های حسگر، دریچه‌های‌ مصنوعی قلب، کاتتر و رترکتور قلبی عروقی اشاره کرد. برخی از این کاربردها مانند سیم‌های راهنما و سیم‌های حسگر، فولادهای ضدزنگ ﺁستنیتی نوع ۳۰۴ و ۳۱۶ عملکرد مطلوبی دارند. بااین‌وجود، کاربردهای قلبی عروقی اغلب نیازمند ﺁلیاژهای خاص مانند F562 (آلیاژ %۳۵ Co، %۳۵ Ni، %20 Cr، %10 Mo) یا ASTM B684 (آلیاژ Pt-Ir 10 یا 20 درصد Ir) یا یک ماده مرکب با هسته‌ای از یک فلز نجیب هستند.F562 در ساخت استنت، ضربان‌ساز و ICD به دلیل ترکیب مقاومت خوردگی، استحکام بالا و مقاومت خستگی، کاربرد دارد.شکل 3. استنت‌های شریان محیطی به شکل فشرده و گسترده. حافظه شکل، قابلیت تحمل تغییر شکل در یک دما است، و پس از گرمایش بالاتر از دمای تبدیل، به شکل اولیه و تغییر شکل نیافته خود بازمی‌گردد. منبع ویکی‌پدیا. ASTM B684 ﺁلیاژی است که برای این هدف ساخته‌شده است. در مواردی که رسانندگی الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند ضربان‌ساز و دفیبریلاتور، سیم‌های کامپوزیتی از جنس هسته‌ی فلز نجیب مانند Ag، Au یا Pt بکار گرفته می‌شود (شکل ۲). استنت وسیله‌ای باقابلیت انبساط است که در بدن انسان کار گذاشته‌شده تا مجرای رگ را باز نگه دارد. استنت معمولا با استفاده از سیم راهنما که از جنس فولاد ضدزنگ ﺁستنیتی است (مانند خلأ ذوب مجدد ۳۰۴ یا ۳۱۶) در جایگاه نهایی خود قرار می‌گیرد. اما برای تولید انبساط نهایی، اغلب از اثر حافظه‌ای که توسط ﺁلیاژ نیتینول (Ni-Ti) ایجاد می‌شود، استفاده می‌شود. دمای تبدیل به دمایی گفته می‌شود که در آن استنت شکل اصلی خود را به دست می‌آورد و با تغییر ترکیب کمی تنظیم شود. قبل از عمل، استنت فشرده می‌شود و پس‌ازآن در موقعیت خود قرار می‌گیرد. انبساط نهایی زمانی صورت می‌گیرد که با دمای بدن هم‌دما شود (شکل ۳).بازسازیشکل 4 (الف). تصویر اشعه ایکس جایگزینی کامل (چپ) و قسمتی از زانو (راست) را نشان می‌دهد. جزء بالایی جزء فمورال یا کشاله ران و قسمت پایینی جزء تیبیال یا درشت‌نی است. صفحه پلیمری در تصویر اشعه ایکس قابل مشاهده است. امید به زندگی طولانی همراه با رشد جمعیت جهان بر نیاز به کاشت ایمپلنت‌های جایگزین مانند تعویض مفصل ران، زانو، شانه، مچ و ﺁرنج در بدن انسان تأکید دارد. مواد مناسب عبارت‌اند از فولادهای ضدزنگ ﺁستنیتی (ASTM F138، ASTM F1586 غنی از نیتروژن)، ﺁلیاژهای تیتانیومی (عمدتا ﺁلیاژ Ti-6Al-4V) یا ﺁلیاژهای پایه کبالت (ASTM F75). این آلیاژها به دلیل خاصیت الاستیسیته نرم‌ Ti و ﺁلیاژهای ﺁن، شباهت بیشتری به خاصیت الاستیسیته‌ی استخوان دارند و درنتیجه، احتمال فرسودگی آن‌ها کمتر است. پالس (Spike) اغلب از جنس Ti-6Al-4V است. عوامل مؤثر بر انتخاب مواد، هزینه و سن بیمار است. ایمپلنت‌ها در شرایط آسیب‌زا مانند ترمیم و نگهداری استخوان‌ها پس از حوادث نقش مهمی ایفا می‌کند. این ایمپلنت‌ها غالبا از جنس فولادهای تیتانیوم یا ضدزنگ‌ هستند.مفصل‌ها معمولا در معرض ضربات مکرر قرار دارد. بنابراین مقاومت به سایش و مقاومت خستگی در تعیین طول عمر یک ایمپلنت بسیار مهم است.شکل 4(ب). اجزایی که قبل از عمل جراحی کاشت زانو استفاده می‌شوند، موقعیت آن‌ها در شکل ۴ الف نشان داده شده است. برای مثال، مقاومت سایشی ناکافی که منجر به تخریب (ذرات سایش) از ایمپلنت می‌شود، ممکن است باعث استئولیز (osteolysis) شود، که ممکن است در این حالت ایمپلنت از جای خود سست شود و عمل جراحی جدید نیاز باشد. پوشش سطحی سطوح در معرض تماس، به‌عنوان مثال پوشش سرامیکی، اغلب برای بهبود مقاومت سایشی و چسبندگی استفاده می‌شود. مثالی که در اینجا ذکرشده ایمپلنت زانو است که در ﺁن دو قطعه فلزی، جزء فمورال در قسمت بالا و جزء تیبیال در قسمت پایین استفاده می‌شود. برای جلوگیری از تماس مستقیم بین فلزات، یک لایه پلیمری در بین این دو قطعه قرار داده شده است. ﺁلیاژهای کبالت کروم و سرامیک‌ها در ترکیب یا همراه با پلیمر، تنها ترکیب‌هایی هستند که می‌توانند در یک مفصل مصنوعی مفصلی پایدار باقی بمانند. قطعات در معرض سایش اغلب بر روی ماده‌ای باقابلیت رشد بهتر مانند تیتانیوم یا فولاد ضدزنگ قرار می‌گیرند.بحث کاربردهای پزشکی بسیار گسترده است و در یک مقاله کوتاه نمی‌توان به آن پرداخت. هدف از این مقاله صرفا ارائه چند نمونه منتخب از حوزه‌ پزشکی با تاکید بر اینکه ﺁلیاژهای ضدزنگ نقش کلیدی در بهبود کیفیت زندگی ایفا می‌کنند. ﺁخرین اظهارات خود را با یک مثال از زندگی واقعی بیان می‌کنم. در سال ۱۹۵۸، دستگاه ضربان‌ساز توسط رون المهد و ﺁکه سننینگ در سوئد اختراع شد. اولین مشتری آن‌ها ﺁرن لارسون بود که در ﺁن زمان ۴۳ سال داشت و برای نجات جانش تلاش می‌کرد. با استفاده از فنﺁوری دستگاه تنظیم‌کننده ضربان قلب، ۴۳ سال دیگر نیز عمر کرد و در سال ۲۰۰۱ در سن ۸۶ سالگی جان خود را از دست داد.