بیومواد فلزی و کاربردهای آن (بخش دوم)

همانطور که در مقاله قبلی اشاره شد، کاربرد بیومواد فلزی در صنعت پزشکی زیاد است. از دیگر فلزات رایج که در این مقاله به آن ­ها پرداخته می‌­شود می‌­توان به تیتانیم، منیزیم و زیرکونیوم و آلیاژهای آن ­ها اشاره کرد.

تیتانیوم و آلیاژهای آن

تیتانیم به سبب خواصی نظیر مدول الاستیک نسبتا پایین با مقاومت خوردگی عالی، رفتار فیزیکی-مکانیکی خوب در دمای بالا و نسبت استحکام به وزن بالا در شمار کاشتنی‌های پرکاربرد فلزی قرار دارد. تیتانیم در بدن انسان به عنوان کاشتنی کاربردهای فراوانی دارد که از کاربردهای آن می‌­توان به پیچ، میخ و صفحات تثبیت کننده، استخوان مصنوعی، کاشتنی‌های دندانی و استنت ­ها اشاره کرد.

 آلیاژهای تیتانیوم مواد مناسبی برای کاشتنی ­های تحت بار می‌باشد، لیکن مقاومت به خوردگی سایشی آن ­ها ضعیف است. از طرفی زیست سازگاری صرفا به علت حضور تخلخل‌ها در سطح فلز است و از نظر زیست سازگاری، زیست خنثی محسوب می‌گردد. به این معنی که در ارتباط با بدن واکنشی نشان نخواهد داد و به همین سبب کپسولی فیبروز پیرامون آن تشکیل شده و موجب پدیده­ لق شدگی یا شل شدگی کاشتنی خواهد شد.

 به همین دلیل برای بهبود کاشتنی ­های تیتانیم، عملیات اصلاح سطح مناسب الزامی است. از انواع عملیات­‌های سطح می‌توان به اکسید کردن سطح، زیر سازی سطح با ماسه پاشی، اصلاح سطح با لیزر، کاشت یون، پاشش حرارتی و پوشش دهی اشاره کرد. استفاده از پوشش مناسب سبب بهبود خواص مکانیکی و همچنین ارتقا زیست سازگاری و همبندی با استخوان می‌­شود، این کاربرد بیومواد فلزی در صنایع مختلف مورد استفاده است.

کاربرد تیتانیومشکل 1. تیتانیوم و کاربردهای گوناگون آن

منیزیم

منیزیم به سبب مدول الاستیک نزدیک به استخوان، چگالی پایین، سازگاری با تصاویر MRI و خواص تخریب پذیری در بین آلیاژهای فلزی انتخاب مناسبی برای استفاده در کاربردهای ارتوپدی در پیچ‌های جذب شدنی و استنت­‌های قلبی است. منیزیم و آلیاژهای آن علیرغم ویژگی‌های مطلوب نظیر تخریب پذیری و مدول نزدیک به استخوان و به وجود نیامدن پدیده­ سپر تنشی، مشکلاتی دارد که از آن جمله می‌توان به خواص مکانیکی ناکافی برای مدت زمان نیاز به حمایت کاشتنی، نرخ تخریب بالاتر از زمان مورد نیاز برای برجا ماندن کاشتنی در موضع و نرخ آزادسازی هیدروژن بالا اشاره کرد.

ارتوپد منیزیمیشکل 2. تصویر پیچ ارتوپدی منیزیمی به کار رفته در بدن حیوان و آزمون برون­تن

روش­‌های گوناگونی برای اصلاح سطح آلیاژهای منیزیم وجود دارد که علاوه بر حفظ خاصیت تخریب پذیری و سایر مزایای کاشتنی‌های منیزیمی، بهبود خواصی نظیر افزایش مقاومت به خوردگی و کاهش آزاد شدن هیدروژن را در پی خواهد داشت. روش ­های اصلاح با جداسازی منیزیم از محیط، نرخ خوردگی منیزیم را کاهش می‌­دهد. از جمله روش ­های اصلاح سطح می‌­توان به پوشش ­های تبدیلی، رسوب شیمیایی از فاز بخار (PVD)، الکتروفورتیک و اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) اشاره کرد. این روش ­ها به بهبود خواص خوردگی و از طرفی خواصی مانند ضدباکتریایی و زیست فعالی کمک می‌نماید.

زیرکونیوم

زیرکونیم و آلیاژهای آن مانند سایر فلزات به طور عمده در کاربردهای اورتوپدی و دندانی کاربرد دارند. این فلزات دارای خواص مناسبی مانند وزن ویژه­ پایین، مقاومت به خوردگی بالا و زیست سازگاری هستند. آلیاژهای تیتانیوم-زیرکونیوم با حدود 17 درصد زیرکونیوم خواص مقاومت به خستگی و الانگیشن بالاتری را نسبت به تیتانیوم ارائه می‌­دهند. شواهد تست ­های درون­تن نشان می‌­دهد که ایمپلنت ­های زیرکونیومی خواص استخوان زایی خوبی را از خود نشان می‌­دهند.

ایمپلنت دندانیشکل 3. ایمپلنت دندانی تیتانیوم-زیرکونیوم

زیست ­سازگاری زیرکونیم خالص و آلیاژهای آن به خواص سطحی آن وابسته است. از طرفی به علت قرارگیری کانی این فلز در کنار مواد رادیواکتیو مشکلات خالص سازی آن را در پی دارد. همچنین محدودیت منابع و استراتژیک بودن این کالا از موانع توسعه این بیوماده فلزی ست. از روش­‌های رایج برای بهبود خواص زیرکونیوم می‌توان به روش PEO اشاره کرد که پوششی از زیرکونیم و خواص سایشی و خوردگی مناسب را بر زیرکونیوم می‌­نشاند.



دیدگاهتان را بنویسید