بیومتریال

بیومتریال ، بیوماده یا زیست‌ماده به ماده‌ای با منشا 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 شده‌است. 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 غالبا 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 دریچه قلب، یا شاید زیست فعال باشند با تعامل کاربردی بیشتر مثل هیدروکسی لاپاتیت که ایمپلنت‌های مفصل ران را پوشش می‌دهد. بیومدیکال‌ها هم چنین هرروزه در سازه‌های دندانی، جراحی و دارورسانی استفاده می‌شوند. به‌طور مثال یک سازه آغشته به محصولات دارویی می‌تواند در یک بدن جای بگیرد، که اجازه می‌دهد این دارو مدت جذب بیشتری داشته باشد و در مدت زمان طولانی‌تری 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 تاثیر مخرب نداشته باشند.
عوامل فوق «فاکتورهای سازگاری زیستی» نامیده می‌شوند.
کانی‌سازی زیستی (بیومتریالیزیسیون)
کانی‌سازی زیستی به وسیله موجودات زنده‌ای که مواد معدنی تولید می‌کنند انجام می‌پذیرد، اغلب برای سفت یا سخت کردن بافت‌های موجود در بدن. بعضی از این بافت‌ها کان‌بافت نامیده می‌شوند.
این یک پدیده به شدت گسترده است: تمام شش طبقه‌بندی قلمروها شامل اعضایی می‌شوند که قادرند مواد معدنی تولید کنند، و بیشتر از ۶۰ نوع مواد معدنی متفاوت در موجودات شناخته شده‌است. مثال‌ها شامل سیلیکات‌ها در جلبک‌ها و دیاتوم‌ها، کربنات‌ها در بی‌مهرگان و کلسیم فسفات‌ها و کربنات‌ها در مهره داران است. این مواد طبیعی معمولا 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 غالبا استفاده‌های خاصی مانند سنسورهای مغناطیسی در باکتری‌های مغناظیسی دارند، دستگاه‌های احساس جاذبه و ذخیره آهن و تحرک.
خودسامانی (خود مونتاژ)
پپتید خودسامانده برای بافت‌های عصبی
خودسامانی رایج‌ترین عنوان به کار گرفته شده در جامعه علمی امروز، به معنای تجمع هم‌زمان اجزای مختلف مثل اتم‌ها، مولکول‌ها، کلوییدها و میسل‌ها بدون هرگونه اعمال خارجی می‌باشد.
گفته شده‌است 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 به‌طور گسترده در سیستم‌های بیولوژیکی دیده می‌شود و جزو اصول پایه دربسیاری از سیستم‌های پیچیده بیولوژیکی می‌باشد. این مولکول‌ها در واقع ظهور یک رده 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 متمایزکننده این‌ها خود سازمان دهی می‌باشد.
کاربرد
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
۱۳. مواد پایدارچند نوع دریچه قلبی مکانیکی۱۴.استنت‌ها
۱۵. مجراهای عصبی
۱۶. پین و پیچ برای تثبیت شکستگی
۱۷. مش جراحی
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.
سازگاری
سازگاری زیستی به رفتار زیست ماده‌ها در محیط‌های مختلف تحت شرایط فیزیکی و شیمیایی مختلف مربوط است. این جمله ممکن است به خواص ویژه یک ماده اشاره کند. بدون مشخص کردن مکان یا طریقه مورد استفاده قرار گرفتن آن ماده. برای مثال یک ماده ممکن است تحت شرایط متفاوت روی یک موجود زنده پاسخ‌های متفاوتی بدهد مثلا واکنش ایمنی را برانگیخته کند یا نه
یا ممکن است با تیپ خاصی از سلول یا بافت ادغام بشود یا نشود.
نقطه 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 تنظیم‌کننده 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.
زیست بسپار (بیوپلیمر)
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. سلولز نه تنها متداول‌ترین پلیمر بلکه متداول‌ترین ترکیب ارگانیک بر روی زمین است. حدود ۳۳٪ کل گیاه سلولز است.
بیوسرامیک
بیوالکتریک
بیومکانیک
بیونیک
http://www.journals.elsevier.com/biomaterials/
https://biomaterialsres.biomedcentral.com/
http://www.nature.com/subjects/biomaterials