بیومواد فلزی و کاربردهای آن (بخش اول)

بیومواد فلزی قدیمی‌­ترین گروه از مواد هستند که از سال ­های پیش از میلاد مسیح استفاده از آن ­ها در بدن انسان رایج شده است. استفاده از طلا به عنوان تاریخی‌ترین بیوماده فلزی است که حداقل 2500 سال از استفاده از این فلز  می‌گذرد. به طور مثال استفاده از تاج دندانی طلا و پل دندانی در 500 یا 700 سال از قبل از میلاد مسیح در رم رشد کرده است.

شکل 1. استفاده از روکش طلا در دوران پیش از میلاد مسیح

اگرچه در دنیای امروز، با پیشرفت علم مواد و گسترش سرامیک­‌ها، پلیمر­ها و کامپوزیت­‌ها، جایگاه بیومواد فلزی نسبت به گذشته کمرنگ‌تر شده است، به علت خواص ویژه نظیر استحکام، خستگی، تحمل نیروهای کششی و به طور کلی خواص مکانیکی مناسب همچنان به عنوان بیومواد کاربردهای گسترده‌ای دارند. در ادامه به بررسی رایج‌ترین فلزات مورد استفاده صنعت پزشکی اشاره  می‌شود.

فولاد زنگ نزن

در میان فولادهای گوناگون، فولادهای زنگ نزن برای کاربرد پزشکی مناسب قلمداد شده‌­اند. این فلز در مقایسه با سایر فلزات مورد استفاده در بدن استحکام تسلیم بالاتری دارد و استحکام تسلیم آن به 2800 مگاپاسکال نیز  می‌­رسد. از فولاد زنگ نزن در کاشتنی ­های مفصل ران کامل، سیم­‌های ارتودنسی، تاج یا روکش پیش ساخته، صفحات ارتوپدی، وسایل تثبیت شکست داخلی و نظایر آن استفاده  می‌­شود. از طرفی آلیاژ 304 و نظایر آن در ابزارهای پزشکی نظیر ابزار معالجه ریشه، سوهان سوزنی و برقو، تیغ جراحی، انبر جراحی و مانند آن کاربرد دارند.

شکل 2. ست ابزارهای جراحی فولادی

اولین فولادهای مورد استفاده به عنوان کاشتنی فولادهای 302 بوده­‌اند که در صفحات شکسته بندی کاربرد داشته‌اند. لیکن به سبب مقاومت به خوردگی پایین عمر استفاده از این آلیاژ کوتاه شد و جای خود را به فولاد 316 و بعدتر به فولاد 316L داد. این آلیاژ نیز به سبب حساسیت به خوردگی حفره‌ای و مشکلاتی نظیر عفونت بالا با فولاد 316LVM جایگزین شد. البته به سبب خواص زیست خنثی بودن و تجمع باکتری این آلیاژ نیازمند اصلاح سطح است. که از جمله روش ­های اصلاح سطح به الکتروفورتیک، الکتروپولیش، کاشت یون و نظایر آن  می‌­توان اشاره کرد.

آلیاژهای کبالت کروم

آلیاژ­های پایه کبالت مصرفی در پزشکی بیشتر به آلیاژهای کبالت کروم مشهورند. این آلیاژها در دو دسته­ کار شده و آهنگری گرم و با ترکیبات کبالت-کروم-مولیبدن و کبالت-کروم-نیکل-مولیبدن در صنعت پزشکی جایگاهی یافته‌اند. از نام­‌های تجاری این آلیاژها به استلایت، وایتالیم و وینتریا  می‌توان اشاره کرد. از کاربردهای عمده این آلیاژها استفاده در مفصل مصنوعی زانو و ران است که به سبب خواص استحکام سایشی و مقاومت به خوردگی مناسب این آلیاژ است. از کاربردهای دیگر این فلز سیم ارتودنسی، روکش دندان و پایه دندان ­های مصنوعی ثابت و متحرک است.

شکل 3. کاربرد کبالت کروم در مفاصل بدن

اگرچه این آلیاژ به نسبت فولاد زنگ نزن از مقاومت به خوردگی بالاتری برخوردار است لیکن آلبومین اثرات منفی بر مقاومت به خوردگی این آلیاژ دارد. همچنین آزمون­‌های خوردگی بلند مدت نشان ­دهنده رهایش یون ­های س می‌نظیر کروم از این آلیاژ است. مطابق تحقیقات این آلیاژ در طولانی مدت به سرطان ­زایی نیز منجر می­شود. از طرفی وزن بالای این آلیاژ امروزه استفاده از آن را کمتر کرده است. اصلاح سطحی با سرامیک­‌های زیستی با روش‌های اصلاح سطح پلاسمایی از تلاش ­های نسبتا موفق در این زمینه به شمار  می‌آید.