مزایای استفاده از مواد پلیمری نسبت به سایر مواد شیمیایی در صنعت پزشکی، آنها را به یکی ازپراستفاده‌ترین‌ها در این صنعت تبدیل کرده است. به طور کلی، کاربرد مواد پلیمری در پزشکی در ساخت تجهیزات پزشکی و همچنین در کاشتنی‌های پزشکی امروزه بسیار به‌کار می‌روند. در این مقاله با توجه به گستردگی کاربردهای مواد پلیمری در تجهیزات پزشکی و کاشتنی‌های پزشکی، صرفا در ادامه به بررسی این مواد در کاشتنی‌های پزشکی می‌پردازیم و کاربردهای مواد پلیمری در ساخت تجهیزات را در مقاله‌ی دیگری بررسی می‌کنیم.
به طور کلی مواد مصرفی به‌کار رفته در بدن را می‌توان به گروه‌های مختلف مواد فلزی، مواد سرامیکی، مواد پلیمری و مواد مرکب دسته‌بندی کرد که از بین موادی که برای مصارف زیستی به‌کار می‌روند، مواد پلیمری جایگاه ویژه‌ای دارند. زیست مواد ترکیباتی با منشا طبیعی یا مصنوعی هستند که کاربردهای متنوعی در صنعت پزشکی دارند.
از زیست مواد برای جایگزینی بافت، بازگرداندن عملکرد بافت با روش‌های مختلف، بهبود عملکرد بافت با روش‌های مختلف، اصلاح و رفع اختلالات و… به گونه‌های مختلفی نظیر در نخ بخیه، صفحه های استخوانی، مفصل‌های جایگزین، دریچه‌های قلب، لنزهای داخل چشم و… به صورت کاشتنی استفاده می‌شود. در ادامه ابتدا نگاهی به ویژگی هایی که زیست مواد پلیمری دارند می اندازیم. به علاوه از آنجایی که بیشترین کاربرد زیست مواد در کاشتنی های ارتوپدی است در ادامه این مقاله کاربرد آنها را در مواردی همچون جایگزین کردن مفاصل، جایگزین کردن استخوان، پرکننده استخوان، اتصال مفصل، ترمیم شکستگی و … بررسی می‌کنیم.
ویژگی های زیست مواد پلیمری
از نظر کارکرد در بدن، زیست مواد پلیمری به دو دسته تقسیم می‌شود. یک دسته زیست سازگار هستند به علاوه پایدار هم هستند. دسته دیگر زیست سازگار و زیست تخریب‌پذیر هستند به معنی که اینکه آهسته آهسته در بدن تجزیه می‌شوند و از بین می‌روند. زیست موادها چه به صورت زیست تخریب پذیر و چه به صورت زیست تخریب ناپذیر (پایدار)، باید زمانیکه به صورت یک قطعه با بافت بدن یا به طور کلی محیط زنده تماس پیدا می‌کنند، دارای یک سری ویژگی های فیزیکی-مکانیکی باشند که بستگی به مورد استفاده‌ی آنها دارد. از مهترین مواردی که آنها باید داشته باشند عبارت است از: استحکام کششی، توان خمشی، تراکم پذیری، ضربه پذیری، خستگی، خزش، پارگی، خوردگی، ساییدگی و ترک برداری در اثر ضربه و همچنین عواملی مانند اینکه سمی یا بیماریزا نباشند، موجب واکنش های ایمنی وخون لختگی نشود، اگر جسم در بدن ناپایدار است اجزای حاصل از تخریب آن سمی یا مضر نباشد و… .
به عنوان مثال در زمینه جراحی مواد پلیمری استانداردهایی باید داشته باشند که در جدول زیر بخشی از آنها آمده است.
در ادامه به مهمترین مواد پایدار اشاره می کنیم.
مهمترین کاربردهای زیست مواد زیست تخریب ناپذیر (پایدار) در کاشتنی های پزشکی
- پرکننده استخوان با استفاده از پلی متیل متاکریلات (PMMA)
- جایگزین کردن مفاصل با استفاده از پلی اتیلن (PE)
- استخوان سازی درستون فقرات با استفاده از پلی اتر اتر کتون (PEEK)
- دریچه های مصنوعی قلب با استفاده از پلی یورتان (PU)
پرکننده استخوان با استفاده از پلی متیل متاکریلات (PMMA)
پلی متیل متاکریلات (PMMA) یا سیمان استخوان از یک پودر جامد پلیمر و مونومر مایع متیل متاکریلات (MMA) به همراه چند افزودنی دیگر تشکیل می شود. این مخلوط در ابتدا خمیری است و پس از چند دقیقه سفت و محکم می شود. PMMA در برابر واکنش‌های شیمیایی ناخواسته مقاومت خوبی دارد و در حالت خالص زیست سازگاری خوبی در بدن دارد.
این ماده کاربردهای متنوعی دارد به عنوان مثال از این مواد می توان در مواردی که در اثر صدمات ناشی از ضربه و یا در جریان سرطان آسیب دیده اند، PMMA می تواند برای پرکردن این فضاهای خالی استفاده شود. البته معایبی هم مثل سمی بودن MMA و… وجود دارد که با روشهایی آنها را بهتر می کنند.
جایگزین کردن مفاصل با استفاده از پلی اتیلن (PE)
یکی از پرمصرفترین پلیمرها در زمینه جراحی‌های ارتوپدی، پلی اتیلن است و در مفصل های جایگزین به دلیل خواصشان به خوبی عمل می کنند. پلی اتیلن با وزن ملکولی فراسنگین (UHMWPE) یا پلی اتیلن شبکه ای شده (HXPE) در مفصل های جایگزین بکار می روند. یکی از معایب استفاده از آنها این است که زمانیکه سایش در مفصل استخوان بوجود می آید ذرات میکرونی UHMWPE سمی و مشکل آفرین هستند.
امروزه از پلی اتیلن شبکه ای شده برای تهیه یک سطح با دوام با اصطکاک کم در تعویض مفاصل ران، زانو، شانه، مچ پا استفاده می شود و در واقع قسمت فنجانی پروتز را از پلی اتیلن می سازند و توط PMMA به استخوان متصل می شود. شکل بالا دو نمونه از جایگزینی کامل ران توسط پلی اتیلن است.
استخوان سازی درستون فقرات با استفاده از پلی اتر اتر کتون (PEEK)
پلی اتر اتر کتون به دلیل خواصی مانند مقاومت شیمیایی بالا، زیست سازگاری و خواص مکانیکی مناسب و پایداری در مقابل تابش اشعه گاما، به انتخاب مناسبی برای کاشتنی‌های ارتوپدی تبدیل شده است. پلیمر پلی اتر اتر کتون ضریب سختی مشابه استخوان دارد. PEEK با انعطاف پذیری نسبی، مدول خمشی و استحکام کششی بالاتر نسبت به UHMWPE یا PMMA در برخی از کاربردها مانند بازسازی عیوب ستون فقرات و… بکار می رود.
دریچه های مصنوعی قلب با استفاده از پلی یورتان (PU)
دریچه های مصنوعی قلب، موادی هستند که عمدتا برای بیمارانی که نیاز به تعویض دریچه قلب دارند بکار گرفته می شود. دریچه های مصنوعی قلب به دو دسته اصلی دریچه های مکانیکی و دریچه های بیوپروستاتیک تقسیم بندی می شوند. مشکلاتی نظیر لختگی بر روی دریچه های مکانیکی فلزی و پایداری کم دریچه های بیوپروستاتیک، توجهات را به سمت ارتقاء این مواد معطوف کرده است. دریچه های پلیمری به عنوان یکی از مواد امید بخش در ساخت دریچه های مصنوعی قلب مطرح شده و در جهت مرتفع کردن مشکلات فعلی دریچه های مکانیکی فلزی و دریچه های بیوپروستاتیک مورد توجه می باشد. زیست سازگاری، خون سازگاری و مقاومت در برابر آهکی شدن و تخریب، موارد کلیدی در دریچه های قلب پلیمری به شمار می آیند. پلی یورتان ها به دلیل خواص مکانیکی خیلی خوب، خون سازی، رفتار همودینامیکی خوب، یکی از محبوب ترین موادی هستند که با وجود مشکلاتی نظیر آهکی شدن و تخریب، کماکان مورد توجه بسیاری از پژوهشگران در کاربردهای قلبی و عروقی قرار دارد.
نتیجه گیری
کاشـتنی نوعـی ابزار پزشـکی اسـت کـه بـرای جایگزینی یک عضـو زیسـتی، حمایت از یک سـاختار زیسـتی آسـیب دیده یا تقویت سـاختار در بخشـی از بدن قرار داده می شـود. در این مقاله ضمن معرفی کاربرد مواد پلیمری در پزشکی، ویژگی‌های زیست مواد را بررسی کردیم و همچنین به چهار کاربرد مهم استفاده از زیست مواد های پایدار در پزشکی یعنی پرکننده استخوان با استفاده از پلی متیل متاکریلات (PMMA)، جایگزین کردن مفاصل با استفاده از پلی اتیلن، دریچه های مصنوعی قلب با استفاده از پلی یورتان، استخوان سازی درستون فقرات با استفاده از پلی اتر اتر کتون (PEEK) را معرفی کردیم. ضمنا اگر علاقه‌مند به کاربردهای مواد پلیمری در صنایع دیگر هستید می‌توانید به مقاله کاربرد مواد پلیمری در صنایع مختلف مراجعه کنید.
