بیومواد و کاربردهای آن

بیو مواد ، موادی ( مصنوعی و طبیعی؛ جامد و بعضی مواقع مایع ) هستند که در وسایل پزشکی یا در ارتباط با سیستم های بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند. بیو مواد به عنوان یک رشته بیش ازتقریباً نیم قرن است که تثبیت شده و رشد کرده است و در آن از ایده هایی مانند داروها، بیولوژیکی، شیمی، علم مواد و مهندسی استفاده کرده اند.

این مقدمه کوتاه، بعضی از مشخصات کلیدی بیو مواد را مرور می کند و مسائل بخش های عمده را مشخص می کند.

به تازگی مواد بسیار متنوع و پیچیده ای در پزشکی مصرف می شود و فنّاوری زیستی دلیلی بر پیشرفت های فنّاوری قابل توجهی است که طی سی سال گذشته حاصل شده است. حدود سی سال پیش، بسپارها و فلزات معمول تجارتی برای کاشتنی ها و ابزارها و وسایل پزشکی مورد استفاده قرار می گرفت. انگیزه و تحرک نسبتاً کمی برای توسعه مواد جدید وجود داشت. . مواد و مجموعه های مصرفی برای مصارف زیستی در گستره وسیعی از نظر شکل و وضعیت به طور مصنوعی ساخته می شود و دربرگیرنده مواد مرکب یا کامپوزیت ها و سیستم های پوشش داده شده است. برخی از مواد جدید و فناوری ها به ویژه برای مصارف زیستی توسعه یافته است. در حالی که گونه هایی از مواد نیز در واقع از سایر بخشها اقتباس شده است.

اگرچه بیو مواد در درجه اول برای ابزارآلات پزشکی مورد استفاده هستند، اما آن ها همچنین برای کشت سلول ها در آزمایشگاه، آزمایش کردن پروتئین های خون در آزمایشگاه بالینی، پردازش زیست مولکول ها در بیوتکنولوژی، برای ایمپلنت های تنظیم باروری در گاو، در آرایه های ژنی تشخیصی، در آبزی پروری صدف ها و برای « بیوچیپ های» سِل-سیلیکون تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند.

بعضی از تجهیزات پزشکی معمول که شامل بیو مواد می شوند، در شکل زیر نشان داده شده اند :

بیو مواد می توانند فلزات، سرامیک ها، پلیمرها، شیشه ها، کربن ها و مواد کامپوزیتی باشند. مانند موادی که به عنوان بخش های ماشینکاری شده یا قالب شده، پوشش ها، فیبرها، فیلم ها، فوم ها و پارچه ها مورد استفاده هستند.

شمار تجهیزات پزشکی استفاده شده ی هر ساله توسط بشر بسیار بزرگ است. چارت زیر نیز میزان کاربرد تجهیزات معمول را نشان می دهد :

تعریف بیو مواد

یک سری مواد غیر قابل رشد که در یک دستگاه پزشکی برای تقابل با سیستم های بیولوژیکی مورد نظر، استفاده می شوند. (Williams,1987)

اگر کلمه « پزشکی » حذف شود، این تعریف بسیار عمومی می شود که هنوز هم تا حدودی مفید است.

اگر کلمه « غیر قابل رشد » حذف شود، تعریف بسیار بسیار عمومی می شود و می تواند مهندسی بافت جدید و ابزارآلات ارگانیک مصنوعی هیدریدی که در سلول ها زندگی می کنند، را نیز شامل شود.

این تعریف به عنوان یک مکمل به فهمیدن یک جنبه مهمی از بیو موادها که « زیست سازگاری » است نیاز دارد.

زیست سازگاری توانایی یک ماده برای دریافت پاسخی مناسب از محیط میزبان (به طور مثال بدن) در یک کاربرد ویژه است.

این پاسخ های مناسب می تواند شامل جلوگیری از لخته شدن خون، مقاومت در برابر انتقال باکتری و شفا یافتن به طور طبیعی باشد.

مثال هایی از کاربردهای ویژه عبارتند از یک پوسته همودیالیز (کلیه مصنوعی)، یک کاتتر ادراری و یا پروتز مفصل ران. جالب است بدانیم که پوسته همودیالیز شاید برای ۳ ساعت در تماس با خون بیمار باشد، کاتتر شاید برای یک هفته درون بدن بیمار باشد و مفصل ران شاید برای تمام عمر بیمار!

در بیو مواد چه موضوعاتی مهم هستند ؟

• سم شناسی

یک بیو ماده شاید سمی نباشد، مگر آنکه برای چنین شرایطی مخصوصاً مهندسی شده است (برای مثال یک «بمب هوشمند» در سیستم دارورسانی که سلول های هدف سرطانی را از بین می برد). زمانی که بیوماده برای استفاده در محل مورد نظر باید غیر سمّی و طبیعی باشد، سم شناسی برای بیو مواد به یک علم پیچیده تکامل یافته تبدیل می شود. این برای گفتن معقول است که یک بیوماده نباید هیچ چیزی از جرم خود بدهد مگر آنکه مخصوصاً برای انجام دادن آن طراحی شده باشد. سم شناسی همچنین با روش های ارزیابی چگونگی بهتر شدن یک بیوماده جدید درحال توسعه سروکار دارد.

• زیست سازگاری

درک کردن و اندازه گیری زیست سازگاری برای علم بیو مواد منحصر به فرد است. متاسفانه، ما تعاریف دقیق یا اندازه گیری دقیقی از قابلیت زیست سازگاری نداریم. قابلیت زیست سازگاری از نظر عملکرد یا موفقیت در یک وظیفه خاص تعریف شده است. بنابراین، برای یک بیماری که در حال خوب شدن با یک ایمپلنت پروتز عروقی است ، چندین استدلال می کنند که این پروتز « زیست سازگار » نیست. اگرچه، پروتز شاید برای انجام این کار طراحی شده باشد و همچنین بتواند مانع از لخته شدن خون شود ( آمبولی یا جسم مسدود کننده جریان خون ) ، هر چند که آمبولی در این مورد معمولاً نتیجه بالینی اندکی دارد. این تعریف موثر از زیست سازگاری (« بیمار زنده است بنابراین آن ایمپلنت مورد استفاده باید زیست سازگار باشد ») به ما فهم کمتری در طراحی جدید یا بهبود یافته پروتزهای عروقی ارائه می دهد. این احتمال وجود دارد که زیست سازگاری شاید یک روز برای ابزارآلاتی در بافت نرم، بافت سخت و سیستم قلبی عروقی تعریف شود ( سازگاری خون ). در شکل زیر ایمپلنت های مورد استفاده در بدن را مشاهده می کنید.

• ساختار بافت در حال کار و پاتوبیولوژی

بیو مواد گنجانده شده در داخل تجهیزات پزشکی در داخل بافت ها و ارگان های بدن کاشته می شوند.

بنابراین، اصول کلیدی ساختار نرمال و غیر نرمال سلول ها، بافت ها و ارگان ها کنترل می شود و تکنیک هایی که ساختار و عملکرد نرمال و غیر نرمال بافت ها را تعیین می کند مورد مطالعه قرار می گیرند و مکانیزم های اساسی فرایند بیماری برای فعالان در این زمینه (بیو مواد) ملاحظات حیاتی هستند.

بخش هایی که بیو مواد شامل آن ها می شود از جمله سیستم های دارورسانی، مهندسی بافت، پلیمرهای هوشمند، بهبود دادن سطح، سیستم های پزشکی تولید شده درجا، پلیمرهای قابل تجزیه زیستی و سازنده های پزشکی نانو سایز

گرایش بیومواد یکی از گرایش های کارشناسی ارشد مهندسی مواد است. اطلاعات بیشتر+