ایمپلنت های تیتانیومی با روکش الماس
به گزارش وبلاگ بینام، در این مقاله امکان ساخت ایمپلنت ها یا کاشت های پزشکی با استفاده از چاپ سه بعدی و رو کش های الماس ظریف و ساخته شده در مایکروویو آنالیز می گردد.
الماس ها تا به امروز مصارف زیبایی در خارج از بدن داشته اند اما با گذر زمان کاربرد این ماده در حال تغییر و پیش رفت است. به گفته دانشمندان با ساخت ماده نو تیتانیومی با رو کش الماس در استرالیا، ممکن است در آینده بتوان از این مواد در ساخت ایمپلنت ها یا کاشت های پزشکی مانند تعویض مفصل زانو یا لگن استفاده کرد.
با توجه به مقاله ای که در مجله ACS (کاربرد مواد و رابطه آن ها) در 13 مارس 2018 چاپ شد، پژوهشگران دانشگاه RMIT در ملبورن پیروز به ساخت یک ایمپلنت یا کاشت پزشکی از جنس تیتانیوم با استفاده از چاپ 3 بعدی شدند که این قطعه، رو کشی از جنس الماس داشت. پرینتر 3 بعدی نوعی چاپگر است که یک فایل کامپیوتری را تبدیل به جسم 3 بعدی می نماید. این فرآیند به صورت لایه لایه انجام می گیرد. این لایه ها پی در پی به هم متصل می شوند و روی هم قرار می گیرند تا زمانی که جسم مورد نظر ساخته شود. چاپگر 3 بعدی به شما یاری می نماید تا اشکال پیچیده تر با مصرف مواد اولیه کمتری نسبت به روش های سنتی و قدیمی فراوری کنید. در این پژوهش نیز دانشمندان قطعه ی تیتانیومی جهت ایمپلنت را با استفاده از چاپگر 3 بعدی فراوری کردند. قطعه تیتانیومی در معرض گرمای شدید محفظه مایکرو ویو قرار می گیرد و هنگامی که آماده بیرون آمدن است، این قطعه به وسیله الماس روکش می شود. آن ها به وسیله محفظه گرمایشی یک مایکرو ویو مخصوص، الماس مصنوعی در آزمایشگاه فراوری کردند.
به گفته پژوهشگران، این تکنولوژی صرفاً جنبه زیبایی ندارد و ایمپلنت با روکش الماس با اعضای بدن انسان سازگارتر است و نسبت به کاشت های معمول پزشکی که از تیتانیوم خالص تشکیل شده است، کمتر در معرض عفونت قرار می گیرد.
به گفته کیت فوکس یکی از محققان این پروژه، استاد ارشد دانشگاه RMIT، در حال حاضر استاندارد طلایی برای کاشت های پزشکی، تیتانیوم است، اما در اغلب موارد این ماده رابطه خیلی خوبی با بافت های بدن انسان ندارد و در مواردی می تواند منجر به اختلالات ایمنی، حساسیت و یا حتی سرطان شود. به همین علت در این پژوهش برای فراوری سطحی که به سلول های بدن پستانداران بهتر متصل می شود، از یک داربست 3 بعدی با روکش الماس استفاده کردند.
فوکس می گوید در این مطالعه محققان یک روکش الماس ظریف با استفاده از نانو الماس های انفجاری فراوری کردند. در حین انفجار، فشار و دمای اتاق به قدر کافی بالا می رود تا کربن های حاصل از انفجار را به الماس تبدیل کند. در واقع در این روش با استفاده از یک انفجار کنترل شده، کریستال های بسیار ظریف الماس ایجاد می شود که طول این روکش بسیار ظریف در حد چند میلیونیم سانتی متر است. الماس یکی از شکل های کربن است و تشکیل الماس های طبیعی در زمین میلیاردها سال طول می کشد، اما فراوری نانو الماس های انفجاری در آزمایشگاه تنها ظرف چند دقیقه انجام می شود و از نظر هزینه نیز، مقرون به صرفه است. لذا این روش از نظر صرف زمان و هزینه به صرفه است. جنس الماس های ساخته شده به وسیله انسان همان جنس الماس تشکیل شده در طبیعت (کربن خالص تبلور یافته 3 بعدی) است.
محققان دانشگاه RMIT به جای ایجاد انفجار، از ماشینی به نام محفظه گازی فراوری الماس به روش تبخیر شیمیایی به نام CVD استفاده می نمایند. در روش تبخیر شیمیایی می توان الماس را از یک مخلوط گازی هیدرو کربنی پرورش داد. در محفظه CVD، گازهای هیدروژن و متان به وسیله امواج فوق العاده گرم مایکرو ویو بمباران می شوند و تا دمای 1000 درجه سانتی گراد (1832 درجه فارنهایت) گرم می شوند. در اثر این کار، محیط گازی شکلی به نام پلاسما ایجاد می شود که از نظر شیمیایی بسیار فعال است و می تواند بر روی سطوحی معین کریستال های الماس را تشکیل دهد. از ویژگی های روش CVD می توان به انعطاف پذیری و سادگی تنظیمات مربوط به CVD اشاره نمود که به همین علت این روش محبوبیت بیشتری در تحقیقات آزمایشگاهی دارد. با استفاده از روشCVD برای فراوری الماس، ناخالصی های شیمیایی بهتر کنترل می شود و در نتیجه الماس با خواص بهتر ساخته می شود.
بنا بر این پژوهشگران یک قطعه داربست تیتانیومی را که به وسیله چاپ 3 بعدی ایجاد نموده اند، وارد اتاقک CVD نموده و مایکرو ویو را روشن می نمایند. و با خروج آن از مایکرو ویو، قطعه ای به دست می آورند که به خوبی با روکشی از جنس الماس پوشیده شده است.
ایمپلنت هایی با روکش الماس هنوز احتیاج به آزمایش بر روی انسان ها دارند اما فوکس می گوید او مطمئن است ثابت خواهد شد که این کاشت ها کارایی و سازگاری بهتر و خطر عفونت کمتری در مقایسه با ایمپلنت هایی از جنس تیتانیوم خالص که امروزه استفاده می شود، دارند.
الماس باعث اتصال بهتر کاشت مصنوعی به استخوان زنده می شود، بعلاوه در بازه زمانی طولانی اندازه آلوده شدن آن به باکتری را کاهش می دهد. این پوشش الماسی نه تنها باعث سازگاری زیستی بهتر ایمپلنت های به دست آمده از چاپ 3 بعدی می شود بلکه دوام و مقاومت این قطعات را نیز تقویت می نماید. این یک وسیله زیستی فوق العاده و عالی است.
با توجه به ویژگی های منحصر به فرد شیمیایی، مکانیکی، بصری و زیستی الماس، تا به امروز روکش های الماس در تکنولوژی های پزشکی متعددی به کار گرفته شده اند. نمونه هایی از کاربرد این قطعات در دریچه های مصنوعی قلب، و سیستم های انتقال دارو (برای مثال اتصال ذرات نانو الماس ها به مواد شیمی درمانی و ساخت مواد برای ایجاد مرگ کنترل شده سلول های سرطانی)، ساخت پروتزها یا اعضای مصنوعی بدن (مانند مفصل فک) و دستگاه های تصویر برداری مانند دستگاه MRI است. ایمپلنت با روکش الماس با اعضای بدن انسان سازگارتر است و نسبت به کاشت های معمول پزشکی که از تیتانیوم خالص تشکیل شده است، کمتر در معرض عفونت قرار می گیرد. چالش های متعددی برای استفاده از قطعات و دستگاه های حاوی الماس وجود دارد، که باید حل شود. برای تسهیل استفاده بالینی از روکش های الماس می بایستی فرآیندهای فراوری آن تنو پذیر و قابل قیاس باشند. اندازه سمیت کوتاه و بلند مدت الماس، ناخالصی های آن و سرنوشت الماس و مواد حاصل از تجزیه آن در بدن باید به دقت آنالیز شود. بعلاوه اقداماتی نیز به منظور افزایش خواص الماس برای کاربردهای پزشکی مخصوص باید صورت پذیرد. علاوه بر این، تحقیقات دانشمندان برای ابداع روش های پیشرفته تر اتصال مواد دارویی و مولکول های زیستی به الماس نیز باید ادامه یابد.
به این ترتیب امروزه الماس علاوه بر کاربرد زیبایی، در صنعت و تکنولوژی های نوین پزشکی کاربرد دارد و تکنولوژی های فراوری الماس مصنوعی در آزمایشگاه نیز روز به روز در حال پیشرفت است.
منبع: برادنون اسپکتور - Live Science
منبع: راسخون