بیوسرامیک

بیوسرامیک‌ها و شیشه‌های زیستی مواد سرامیک ای هستند که با محیط سازگارند[1]. بیوسرامیک‌ها زیرمجموعه از بیومواد هستند[2].
محدوده بیوسرامیک‌ها در زیست سازگاری از اکسید سرامیکی، که در بدن بی حرکت هستند، تا نهایت بقیه مواد قابل انجذاب، که نهایتاً
بعد از آن که در تعمیر کمک کرده‌اند توسط بدن جایگزین می‌شوند. بیوسرامیک‌ها در انواع روش‌های پزشکی استفاده می‌شوند
بیوسرامیک‌ها معمولاً به عنوان مواد سفت و سخت در ایمپلنت جراحی استفاده می‌شود، با وجود آن بعضی از بیوسرامیک انعطاف‌پذیرند.
استفاده مواد سرامیکی مثل نوع مواد سرامیکی چینی نیست. بلکه، بیوسرامیک‌ها به‌طور نزدیکی مرتبطند یا به موادهای خود بدن یا اکسیدهای فلز بسیار بادوام.

تاریخچه

قبل از ۱۹۲۵، موادهایی که در ایمپلنت جراحی استفاده می‌شدند در درجه اول فلز خالص بودند. موفقیت این موادها تعجب اوربود با توجه به نسبتاً
ابتدایی بودنه تکنیک‌های جراحی. دهه ۱۹۳۰مشخص شده به عنوان عصر تکنیک‌های بهتر جراحی همچنین اولین استفاده از الیاژها مانند
ویتالیم.
در ۱۹۶۹ لاری هنچ و بقیه کشف کردند که انواع مختلف شیشه‌ها و سرامیک‌ها می‌توانند به استخوان زنده پیوند بخورند.[۴]هنچ از
این ایده‌آلهام گرفته شد در راه خود به یک کنفرانس در مورد مواد. او نشسته بود در کنار یک سرهنگ که تازه از جنگ ویتنام برگشته بود.
سرهنگ به اشتراک گذاشت که پس از زخمی شدن بدن‌های سربازان ممکن است ایمپلنت را پس بزنند. هنک هیجان زده شد و شروع
کرده به تحقیق کردن موادی که می‌توانند با محیط سازگاری داشته باشند. محصول نهایی یک مواد جدیدی بود که او شیشه زیستی
نامید. با کشف شیشه‌های زیستی علاقه‌مندی به بیوسرامیک‌ها سریعاً رشد کرد.
. در ۲۶مارس سال۱۹۸۸ اولین نشست بین‌المللی بر
بیوسرامیک‌ها در کیوتو ژاپن برگزار شد.

کاربردها

سرامیک‌ها معمولاً در زمینه‌های درون‌کاشت دندانی و کاشت استخوان استفاده می‌شدند. جراحی معمولاً سرمت استفاده می‌شد. تعویض مفصل معمولاً با بیوسرامیک‌ها پوشش داده می‌شود برای کاهش خوردگی و واکنش التهابی است. مثال‌های دیگراز استفاده پزشکی برای بیوسرامیک‌ها در ضربان قلب سنج سازها هستند، دستگاه دیالیز کلیه، و دستگاه تنفس مصنوعی. تقاضای جهانی برای سرامیک پزشکی و عناصر سرامیکی حدود ۹٫۸ میلیارد دلار در ۲۰۱۰بود. پیش‌بینی شده بود که هرساله رشد ۶تا ۷درصدی در سال‌های بعد. بازارهای ارزش جهانی پیش‌بینی کرد که ۱۵٫۳ میلیارد دلار در ۲۰۱۵ افزایش میابد و در ۲۰۱۸به ۱۸٫۵ میلیارد دلار می‌رسد.
بیوسرامیک‌ها به معنای سنگ‌شکن در سیستم گردش خون (به‌طور مثال دیالیز) یا مهندسی زیست واکنشگر؛ به هرحال، آن‌ها به عنوان
ایمپلنت رایج‌اند. سرامیک‌ها کاربردهای متعددی به عنوان موادهای زیستی با توجه به خواص فیزیکی-شیمیایی ان‌ها. آن‌ها از این نظر
مفیدند که در بدن انسان بی‌اثرند، و سختی آن‌ها و مقاومتشان در برابر خوردگی آن‌ها را مفید می‌کند برای جایگزینی استخوان‌ها و
دندان‌ها. بعضی از سرامیک‌ها مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر اصطکاک دارند، می‌توان آن‌ها را مفید ساخت برای مواد جایگزین برای
ناکارآمدی مفاصل. خواص مانند ظاهر و عایق الکتریکی نیز یک نگرانی برای کاربردهای خاص زیست پزشکی هستند.
برخی از بیوسرامیک‌ها ترکیب آلومینیم اکسید(Al2O3) به خاطر این که طول عمر آن‌ها بیشتر از عمر بیمار است. این مواد می‌توانند به عنوان صدف درون گوش، پروتزهای چشم، عایق الکتریکی برای ضربان ساز، خروجی کاتتر و در نمونه‌های متعدد از سیستم‌های قابل کاشت به عنوان پمپ قلبی.
آلومینوسیلیکات‌ها معمولاً در پروتز دندان استفاده می‌شوند، خالص یا پیوند سرامیک-پلیمر. پیوندهای سرامیک-پلیمر راه بالقوه برای پر کردن حفره‌های جایگزین ملقمه‌های مشکوک به داشتن اثرهای سمی است. آلومینوسیلیکات همچنین ساختار شیشه‌ای دارند. بر خلاف دندان‌های مصنوعی در رزین، رنگ سرامیک دندان باقی مانده‌است. زیرکونیا دوتایی شده با اکسید یتیم به عنوان یک جایگزین برای آلومینا برای پروتزهای استخوانی پیشنهاد شده‌است. مزایای اصلی یک قدرت شکست بزرگ است و مقاومت خوبی در برابر خستگی است.
کربن شیشه‌ای نیز به عنوان سبک است، مقاوم در برابر سایش و سازگاری با خون. معمولاً بیشتر در جایگزینی سوپاپ قلب استفاده می‌شود. الماس را می‌توان برای همان برنامه کاربردی استفاده کرد، اما در شکل پوشش استفاده می‌شود.
سرامیک بر پایه کلسیم فسفات، در حال حاضر، جایگزین استخوان در جراحی ارتوپدی و فک فوقانی ترجیح داده شده‌است. آن‌ها شبیه فاز معدنی استخوان در ساختار و / یا ترکیب شیمیایی هستند. این ماده به‌طور معمولاً متخلخل است، که به دلیل افزایش سطح که استعمار سلولی و واکنش مجدد را ایجاد می‌کند، یک رابط خوب ایمپلنت استخوانی را فراهم می‌کند. علاوه بر این، مقاومت مکانیکی کمتری نسبت به استخوان دارد، و ایمپلنت بسیار متخلخل بسیار ظریف است. از آنجایی که مدول یانگ از سرامیک عموماً بسیار بالاتر از بافت استخوانی است، ایمپلنت می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های مکانیکی در میان استخوان‌ها شود. فسفات کلسیم معمولاً در بیوسرامیک‌ها یافت می‌شود شامل هیدروکسی آپاتیت (HAP) Ca10 (PO4) 6 (OH) 2؛ تری کلسیم فسفات β (β TCP): Ca3 (PO4) 2؛ و مخلوط HAP و β TCP.

چندمنظوره

تعدادی از سرامیک کاشته شده برای برنامه‌های کاربردی پزشکی خاصی طراحی نشده‌اند. با این حال، آن‌ها موفق به پیدا کردن راه خود برای سیستم‌های قابل برنامه‌ریزی مختلف به دلیل ویژگی‌های خود و سازگاری خوب آن‌ها. در میان این سرامیک، ما می‌توانیم سیلیکون کاربید، نیتریدهای تیتانیوم و کاربید و بور نیترید را بیابیم. TiN به عنوان یک سطح اصطکاک در پروتزهای هوپ پیشنهاد شده‌است. در حالی که آزمایش‌های کشت سلولی زیست سازگاری خوبی را نشان می‌دهند، تجزیه و تحلیل لانه گزینی نشان می‌دهد که پوشیدگی‌های قابل توجهی لایه برداری از لایه TiN نشان می‌دهد. سیلیکون کاربید یکی دیگر از سرامیک‌های مدرن امروز است که به نظر می‌رسد سازگاری خوبی را فراهم می آورد و می‌تواند در ایمپلنت استخوان مورد استفاده قرار گیرد.

استفاده خاص

سرامیک‌های زیست فعال علاوه بر اینکه برای خواص سنتی خود مورد استفاده قرار می‌گیرند، به دلیل فعالیت بیولوژیکی آنها، کاربرد خاصی دارند. کلسیم فسفات، اکسیدها و هیدروکسیدها نمونه‌های معمولی هستند. دیگر مواد طبیعی - به‌طور کلی از حیوانات - از قبیل شیشه‌های زیستی و دیگر کامپوزیت‌ها ترکیبی از مواد کامپوزیتی مواد معدنی مانند HAP، آلومینا یا دی‌اکسید تیتانیوم با پلیمرهای زیست سازگار (پلی اتیل متاکریلات): PMMA, poly (L-lactic) اسید: PLLA، پلی (اتیلن). کامپوزیت‌ها می‌توانند به صورت قابل جذب زیستی یا غیرقابل جذب زیستی قابل تشخیص باشند، و این دومین نتیجه ترکیبی از یک فسفات کلسیم غیرقابل جذب (HAP) با پلیمری غیرقابل جذب (PMMA, PE) است. این مواد ممکن است در آینده به دلیل گسترده بودن ترکیبات و توانایی آن‌ها در فعالیت بیولوژیکی با خواص مکانیکی شبیه به استخوان، در آینده گسترش یابد.