شيشه – سراميک هاي بيواکتيو
 

ما مي دانيم که شيشه – سراميک ها بوسيله ي کريستاليزاسيون شيشه ها توليد مي شوند.اين کار بوسيله ي کريستاليزاسيون بوسيله ي عمليات حرارتي انجام مي شود. برخي از شيشه – سراميک ها ، ترکيباتي بيواکتيوهستند.رفتار اين مواد در بدن بسيار شبيه به رفتار شيشه هاي بيواکتيو است.گفته مي شود که اين مواد پيوندي قوي با بافت ايجاد مي کنند.

سرابون A-W (Cerabone A-W)
 

اين نوع شيشه – سراميک از کريستاليزاسيون شيشه اي با ترکيب زير توليد مي شود.
4.6% وزني MgO، 44.7 % وزني CaO ، 34%.O وزني ، %6.2 وزني و %O.5 وزني فازهاي کريستالي اين شيشه – سراميک اکسي فلئورو آپاتيت به نام فاز A وتباولاستونيت به نام فاز W است. اين فاز ها به ترتيب در دماي 870C° و 900C° رسوب مي کنند .ترکيب فاز شيشه اي باقيمانده عبارتست از : %16.5 وزني MgO ، 24.2 % وزني CaO و 59.2% وزني ويژگي هاي شيشه – سراميک A-W در جدول 2 بخش اول مقاله نشان داده شده است.کابردهاي اين نوع شيشه – سراميک عبارتست از پروتزهاي ستون فقرات ، اسپسي سرهاي ستون فقرات ( Vertebral Spacers) و پروتزهاي تاج لگن خاصره (iliac crest Prostheses)

کراويتال (ceravital)
 

اين نام به تعدادي از ترکيبات مختلف شيشه و شيشه – سراميک اشاره دارد که در دهه ي 1970 در آلمان توليد شدند. اين نوع از شيشه سراميک ها براي استفاده هاي پزشکي توسعه يافتند. تنها جايي که از اين نوع شيشه – سراميک ها به صورت باليني استفاده مي شود در جايگزيني استخوانهاي کوچک درگوش مياني است. دراين کاربردها خواص مکانيکي ماده به حدي است که پروتز تنها مي تواند حداقل نيروهاي اعمالي را تحمل کند.

بيووريت I(I bioverit)
 

اين شيشه – سراميک از دو فاز کريستالي دريک زمينه ي شيشه اي تشکيل شده است . جزء کريستالين حياتي که باعث مي شود اين شيشه – سراميک قابليت ماشين کاري داشته باشد، ميکاست. براي ايجاد خاصيت بيواکتيوي ، فاز ديگر پديد آمده دراين شيشه – سراميک آپاتيت است. نوع وميزان هر فاز به ترکيب شيشه ي اضافي بستگي دارد.

جدول 1 ترکيب نمونه وار يک شيشه – سراميک بيووريتي I را نشان مي دهد. ترکيب 1 از ميکاي فلئوروفلوگوپيتي و آپاتيت توليد شده است.ترکيب 2 نيز از ميکاي تتراسيليسيک و آپاتيت توليد شده است. چندين کاربرد باليني براي شيشه – سراميک هاي با قابليت ماشين کاري وبيواکتيو وجود دارد اين کاربردها عبارتند از اسپي سرهاي مورد استفاده در جراحي هاي ارتوپديک و امپلنت هاي گوش مياني

هيدروکسي آپاتيت
 

خانواده ي مينرالي آپاتيت داراي فرمول عمومي است .در هيدورکسي آپاتيت (HA) يا کلسيم هيدروکسي آپاتيت A=Ca ، B=P و X=OH بخش مينرالي دندان واستخوانها از آپاتيت کلسيم و فسفر است که کريستالهايي شبيه به HA دارد.تقريباً 70% وزني و 50 درصد حجمي استخوان طبيعي از هيدروکسي آپاتيت ساخته شده است.
هيدروکسي آپاتيت داراي کريستال هاي هگزا گونال است که ثوابت شبکه اي آن عبارتند از : a=o.9432nm و C=O.6881nm
يون هاي هيدروکسي درموقعيت هاي گوشه هاي صفحه ي اصلي ودر فاصله هاي مساوي در طول ستون هگزاگونال (موازي محور C ) قرار دارند. شش عدد از 10 يون کلسيم دوباره مثبت درسلول واحد با گروه هاي هيدروکسيل پيوند داده اند. يک گروه از اين يون هاي تشکيل يک مثلث مي دهند. که در دوره يک گروه OH قرار دارند. يکي از اين مثلث ها در Z=0.25 وديگري در Z=0.75 قرار دارند. شش تتراهدرال به صورت آرايش پيچي شکل از Z=0.25 تا Z=0.75 قرار دارند. شبکه ي گروه هاي تشکيل يک شبکه ي اسکلت مانند مي دهد که باعث پايداري ساختار آپاتيت مي شود.
ممکن است در ساختار HA جانشيني هايي بوجود آيد يون هاي جانشين به جاي گروه هاي موجب تغيير در پارامترهاي شبکه وبرخي ازخواص کريستال مانند پايداري آن مي شود. اگر گروه در HA با جايگزين شود، آينون ها به يون هاي اطراف خود نزديک مي شوند. اين مسئله سبب افزايش پايداري شبکه مي شود. وبه اين دليل است که گفته مي شود يون فلئور باعث کاهش فساد دندان ها مي شود. يون فلئور باعث کاهش فساد دندان ها مي شود. اين يافته ها از مطالعات بر روي فلئور وتأثيراتش بر روي HA نتيجه شده است. معمولاً آپاتيت هاي زيستي که فازهاي مينرالي استخوان ، ميناي دندان وعاج دندان را تشکيل داده است. را هيدروکسي آپاتيت (HA) مي گويند. در واقع اين اجزاي بدن با HA خالص از لحاظ استوکيومتري ، ترکيب شيميايي وکريستاليزاسيون تفاوت دارند. همچنين خواص فيزيکي ومکانيکي اين اجزا نيز نسبت به HA خالص متفاوت است. (همانگونه که درجدول 2 نشان داده شده است) .

آپاتيت هاي زيستي معمولاً داراي کمبود يون بوده ودر آنها همواره گروه کربنات جايگزين شده است. به همين دليل برخي اوقات به آپاتيت هاي زيستي، کربنات آپاتيت مي گويند. (نه هيدروکسي آپاتيت) براي کاربردهاي بيومديکالي HA به يک يا دو حالت وجود دارد.
1)فرم متراکم
2)فرم متخلخل
ما در ادامه به نحوه ي توليد اين فرم ها وبرخي از کاربردهايشان اشاره مي کنيم.
از بيشتر روش هاي مورد استفاده در ساخت سراميک ها مي توان براي ساخت آپاتيت متراکم (dense HA) استفاده کرد.ساده ترين روش توليد پرس خشک پودر HA است. در اين روش فشار پرس 60-80MPa است. پودر مورد استفاده ممکن است . همچنين با مقدار کمي از يک بايندر مخلوط شود. بايندرهاي مناسب براي اين فرآيند يک درصد وزني نشاسته ي غلات و آب ، اسيد استريک (Steric acid) در الکل يا هيدروکربن هاي با وزن ملکولي پايين است. پس از پرس کردن ، سراميک خام در اتمسفر هوا زينتر مي شود. دماي زينترينگ بيش از 1300c° است. نمونه ها معمولاً چند ساعت در دماي ماکزيمم قرار داده مي شوند تاعمل زينترينگ مناسب انجام شود.
با استفاده از تکنيک پرس ايزواستتيک ما مي توانيم دانسيته ي مناسب را در دماي پايين تر بدست آوريم. (در دماي 900c° به جاي 1300C° ). استفاده از دماي پايين تر درعمل زينترينگ نه تنها هزينه ي توليد را کاهش مي دهد بلکه از بوجود آمدن ساير فازهاي فسفات کلسيم نيز جلوگيري مي کنند.
فرآيند پرس ايزواستاتيک گرم همچنين براي شکل دهي سراميک هاي HA استفاده مي شود. استفاده از اين فرآيند موجب تشکيل بدنه هاي بادانسيته ي يکنواخت تري نسبت به بدنه هاي توليدي با پرس تک محوري مي شود. وبدنه هايي با استحکام مکانيکي بالاتر بوجود مي آورد. معايب پرس گرم وپرس ايزواستاتيک گرم قيمت بالاي ادوات آن هاست.
کاربردهاي فراواني براي هيدروکسي آپاتيت متراکم وجود دارد. اين نوع آپاتيت به دوفرم بالک وذره اي کاربرد دارد. جدول 3 ليستي از کاربردهاي آن آورده شده است. يکي از کاربردهاي مهم اين مواد در جايگزيني ريشه هاي دندان است. اين امپلنت ها که کمک مي کنند تا حفرات آلواره از بين نرود وحالت صورت تغيير نکند.

ويژگي خاص هيدروکسي آپاتيت متخلخل (poraus HA) اين است که اين ماده اجازه مي دهد که بافت در داخل تخلخل هايش رشد کند. اين ماده سبب ثابت شدن زيستي (فيکس شدن زيستي) امپلنت مي شود.اندازه ي حداقل تخلخل هاي لازم براي اين کار 100 ميکرون است.هنگامي که HA متخلخل به عنوان بستر رشد بافت استفاده مي شود. اين ماده بايد از شبکه ي استخواني تقليد کند. ريز ساختار ايده آل براي بازسازي استخوان متراکم (غشائي) يک ساختار با تخلخل هاي به هم پيوسته (به ميزان 65% ) است، که اندازه ي تخلخل ها بين 190تا 230 ميکرون باشند. جايگزين ايده آل براي استخوان اسفنجي مي تواند شامل شبکه ي نازکي از تخلخل هاي به هم پيوسته ي بزرگ (500-600Mm) باشد.
چندين روش براي توليد سراميک هاي HA متخلخل وجود دارد. که بيشتر آنها روش هايي ابداعي هستند. در ادامه به برخي از اين روش ها اشاره مي کنيم:

زينترينگ پودر HA
 

دراين فرآيند پودر HA ويا يک مخلوط مناسب زينترينگ مي شود. ذرات نفتالن مورد استفاده درمخلوط در طي فرآيند حرارت دهي تبخير مي شود. وتشکيل شبکه اي از تخلخل ها را در توده ي ماده مي دهد. از روش هاي مشابهي در تهيه ي مواد متخلخل مختلف مانند فرم هاي شيشه اي استفاده مي شود.

تهيه ي يک ماده ي سيماني
 

دراين روش مخلوطي از يک سيمان HA با گرانول هاي ساکاروز تهيه مي شود. (اين نوع سيمان ها بوسيله ي آب سخت مي شوند) . دراين روش تخلخل ها پس از حل شدن ساکاروز در طي فرآيند گيرش سيمان بوجود مي آيند. واکنش يک سيمان HA( درمحيط آبکي) که دراين روش استفاده مي شوند در زير آورده شده است:

استفاده از يک الگوي طبيعي
 

روش استفاده از الگوي طبيعي (natural-template method) در سال 1974 بوجود آمده اين روش مي تواند در HA متخلخل توليد کند . يک الگوي مناسب براي اين کار اسکلت مرجان دريايي است که از کلسيم کربنات تشکيل شده است. (يک چنين مرجان هايي در اقيانوس آرام جنوبي يافت مي شوند.)
در واکنش توليد HA واکنشي تبادلي ميان گروه هاي کربنات و فسفات انجام مي شود. واکنش مي تواند به صورت زير انجام شود:

ساختار HA توليد شده بوسله ي واکنش هاي تبادلي داراي تخلخل هاي به هم متصل است.هيدروکسي آپاتيت رشد يافته از اسکلت مرجان هاي پوريتس (PORITES) و گونيوپورا (Goniopora) به ترتيب مي توانند ساختار نمدي استخوان هاي متراکم و اسفنجي را ايجاد مي کنند.
منبع انگليسي مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton
ادامه دارد...