آلومينا و زير کونيا
 

آلومينا و زير کونيا دو بيوسراميک نسبتاًً خنثي هستند .اين دو ماده در هنگام استفاده شدن در بدن براي اهداف طولاني مدت به صورت اندک دچار تغيرات شيميايي در مايعات بدن مي شوند. آلومينايي با دانستيه وخلوص بالا >99.5y)) در ساخت برخي از امپلنت هاي مخصوصاً پروتزهاي مفصل ران استفاده مي شود. درسال 2006 ، بيش از اپروتز مفصل ران (hip Protheses) استفاده شده است که در آن از يک گلوله ي آلومينايي به عنوان بخش بالايي (گوي ران ) استفاده شده است. شکل 1 بخش بالايي يک پروتز مفصل ران را با گلوله ي آلومينايي نشان مي دهد اداره ي دارو و غذاي آمريکا (FDA) درسال 1982 ، اجازه ي استفاده از آلومينا دراين کاربر را صادر کرده است.

اگر چه امپلنت هاي دنداني ساخته شده از آلومينا از تک کريستال ها ساخته مي شوند اما بيشتر امپلنت هاي آلومينايي از پلي کريستال هاي با دانه هاي بسيار ريز ساخته مي شوند. اين نوع امپلنت ها معمولاً بوسيله ي فرآيند پرس پس از زينترينگ در دماهاي بالا توليد مي شوند. مقدار کمي MgO ( کمتر از O.5 درصد) به آلومينا افزوده مي شود تا از رشد دانه ها جلوگيري کرده واجازه دهد تا دانسيته ي بالا بوسيله ي زينترينگ بدون اعمال فشار پديد آيد. جدول 1 ليستي از خواص فيزيکي بيوسراميک هاي آلومينا يي آورده شده است.

سازمان استاندارد جهاني (ISO) در مورد آلومينا استانداردهايي ارائه کرده است. ISO6474 استاندارد آلوميناي مورد استفاده درساخت امپلنت ها ست .اين استاندارد در سال 1994 ارائه شده است. (ISO: سازمان بين المللي استاندارد) البته بايد گفت که علاوه بر ISO ، ساير سازمان هاي استاندارد نيز براي آلوميناي مورد استفاده در کاربردهاي پزشکي استاندارد خاص خود را دارند. مهمترين ويژگي يک امپلنت اين است که طول عمر بيمار را افزايش دهد. به دليل طبيعت ترد سراميک ها ،پيش بيني دقيق طول عمر يک امپلنت امکان پذير نيست. ولي اين مسئله واضح است که افزايش نيرو و زمان بارگذاري باعث افزايش احتمال شکست سراميک مي شود. نتايج حاصله از آزمايشات خستگي و . ...نشان مي دهد که بايد امپلنت هاي آلومينايي با بالاترين استاندارد موجود ساخته شوند، مخصوصاً اگر امپلنت به عنوان يک امپلنت ارتوپديک در بيماري جوان استفاده شود.
اگر چه سراميک هاي آلومينايي داراي زيست سازگار پذيري مناسبي بوده و مقاومت به سايش خوبي دارند. ولي آنها داراي استحکام خنثي پاييني بوده وتافنس پاييني دارند. اين مسئله باعث مي شود تا ابعاد امپلنت هاي آلومينايي داراي محدوديت باشند وقطر اکثر آنها بيش از 32 ميلي متر باشد. سراميک هاي زيرکونياي داراي تافنس شکست واستحکام خنثي بالاتر ومدول يانگ پايين تري نسبت به سراميک هاي آلومينايي هستند. به هر حال درمورد زير کونيا نيز مسائلي وجود دارد.
استحکام خنثي و تافنس سراميک هاي زير کونيايي درمواجهه با مايعات بدن به ميزان اندکي کاسته مي شود. اين مسئله به دليل استحاله ي مارتنزيت فاز تتراگونال به مونو کلينيک اتفاق مي افتد. يک چنين استحاله اي در محيط هاي آبکي مشاهده شده است . مقاومت سايشي زير کونيا از آلومينا کمتر است . درترکيبات سراميک، سراميک ، سرعت سايش زيرکونيا مي تواند به ميزان زيادي از آلومينا بيشتر باشد. البته هنگامي که زير کونيا با پلي اتيلن با وزن ملکولي بسيار بالا ( VHMWPE) ترکيب شود، سايش مفرط پليمر اتفاق مي افتد.
زير کويناممکن است داراي درصد پاييني عناصر راديواکتيو با نيمه عمر طولاني مانند Th و U باشد، که جداسازي اين عناصر مشکل وهزينه بر است.دراين زمينه بزرگترين مشکل اين است که اين عناصر پرتو ∝ (اتم هيليوم دوبار مثبت) از خود ساتع مي کنند که اين پرتوها مي تواند بافت هاي نرم و سخت اطراف خود را تخريب کند.اگر چه اين فعل وانفعالات بسيار کم هستند ولي اين سؤال وجود داردکه اثرات دراز مدت پرتوهاي ساتع شده از سراميک هاي زير کونيايي به بدن چيست؟

شيشه هاي بيواکتيو
 

مواد بيواکتيو بين امپلنت وبافت هاي اطرافش پيوند ايجاد مي کنند.
Hench Andersson ( 1993) تعريفي از اين مواد به صورت زير اراته کردند:
يک ماده ي بيواکتيو ماده اي است که با بوجود آوردن يک پاسخ بيولوژيک در سطح خود موجب تشکيل پيوند بين خود و بافت ها مي شود.
اولين مطالعات انجام شده در زمينه ي شيشه هاي بيواکتيو در دانشگاه فلوريدا انجام شد.اين تحقيقات سبب توليد تجاري بيوگلاس 45S5 ( bioglass 45s5) شد. بيوگلاس 45S5 يک شيشه ي اکسيدي با ترکيب چند گانه است. که ترکيب مواد تشکيل دهنده ي آن عبارتست از 45% وزني ، 24.5% وزني ، 24.4 % وزني CaO و 6% وزني .
عناصر اصلي تشکيل دهنده ي شيشه هاي بيواکتيو امروزي نيز از همين 6 ماده است. (شيشه هاي بيواکتيو امروزي همگي از جنس شيشه هاي سيليکاتي هستند.) به هر حال ساختار بيوگلاس 45S5 از شيشه هاي سيليکاتي متفاوت است.شيشه هاي بيواکتيو داراي ساختار دو بعدي صفحه اي هستند که داراي دانسيته ي پاييني هستند.اين ساختار باعث مي شود درصد نسبي سيليس در آنها کم باشد.بيوگلاس ها از لحاظ مکانيکي ضعيف هستند و داراي تافنس شکست پاييني هستند. اين دو خاصيت به دليل ساختار شيشه اي بوجود مي آيد.
شيشه هاي بيواکتيو را مي توان بسهولت بوسيله ي فرايند هاي توليد ساير شيشه هاي سيليکاتي تهيه کرد.دراين روشها اکسيد هاي اصلي ويا ترکيباتي که پس از تجزيه توليد اکسيد مي کنند، با نسبت هاي معين مخلوط مي شوند. در دماي بالا ذوب مي شود. تا ذوبي هموژن پديد آورند.پس از سردکردن مذاب، شيشه بوجود مي آيد.به دليل آنکه از شيشه هاي بيواکتيو در داخل بدن استفاده مي شود. اين مسئله ضروري است که مواد اوليه ي مورد استفاده خلوص بالايي داشته باشند وعمليات ذوب در بوته ي پلاتيني (يا آلياژي از پلاتين) انجام مي شود تا ميزان ناخالصي ها حداقل ميزان ممکنه باشند.
شيشه هاي بيواکتيو داراي خواص ويژه اي هستند که اين خواص آنها را جهت استفاده شدن در بدن مناسب مي کند.
مزايا:
واکنس سطحي اين مواد نسبتاًً بالاست. که اين مسئله منجر به پيوند سريع بافت به ماده مي شود. اين فرآيند داراي 5 مرحله است.سرعت واکنش ومکانيزم هاي هر کدام از بخش هاي اين فرآيند بوسيله ي اسپکتروسکوپي FTIR محاسبه شده است. پيوند خوردن بافت به ماده ي بيواکتيو نيازمند رخ دادن واکنش هاي ديگري است که درحال حاضر مورد بررسي قرار نگرفته اند . امامي توان گفت که فرآيند پيوندخوردن هنگامي شروع مي شود که بخش زنده بر روي لايه ي سيليس ، هيدروکسي کربوآپاتيت جذب شود. علاوه بر اين مدول يانگ اين مواد در گسترده ي 30- 35MPa است که به مدول يانگ استخوان متراکم نزديک است.
معايب.
اين مواد از لحاط مکانيکي ضعيف اند. استحکام پيوند درحالت کششي به طور نمونه بين 40-60MPa است.علاوه بر اين مسئله تافنس شکست اين مواد پايين است.
به عنوان نتيجه اي از بحث بالا بايد گفت شيشه هاي بيواکتيو در کاربردهاي بار کش (bearing load) استفاده نمي شوند.به جاي آن از آنها به عنوان پوشش در فلزات و وسايلي که ميزان بار اعمالي بر آنها کم است يا حالت اعمال نيرو فشاري است، استفاده مي شود. شيشه هاي بيواکتيو به دو شکل پودري وکامپوزيتي استفاده مي شود. اولين استفاده ي موفق از بيوگلاس 45S5 ، استفاده از آن در استخوان کوچک گوش مياني است. حالت اين استخوان در شکل 2 نشان داده شده است.

شيشه هاي بيواکتيو مخروطي شکل درجراحي هاي دهاني استفاده مي شود. دراين کاربرد شيشه ي بيواکتيو عيوب بوجود آمده درفک ( به دليل خارج شدن دندان ها ) را پر مي کند. امپلنت هاي توليدي از شيشه ي بيواکتيو همچنين براي ترميم استخوان نگهدارنده ي چشم استفاده مي شود.
شيشه هاي بيواکتيو در حالت پودري براي درمان بيماري هاي دنداني وناتواني تحرک تارهاي صوتي استفاده مي شود. همچنين از اين مواد در بازسازي استخوان فک نيز استفاده مي شود.
منبع انگليسي مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton
ادامه دارد...