مادة حيوية

معادن

ومن ناحية أخرى، كانت سبائك الكروم-كوبالت هي من أوائل السبائك المقاومة للصدأ وأثبتت كفاءة كبيرة في العمليات الجراحية بدءاً من عام 1936 عندما تم استخدامها في الجراحة العظمية. وغالباً ما تستعمل في الأطراف الصناعية العظمية. تتوفر الكروم-كوبالت على شكل سبائك أو مشكلة ميكانيكياً مع الصلب، وتكون السبيكة المشكلة ميكانيكياً أمتن كما هو موضح في الجدول على اليسار.

المواد السيراميكية

إضافةً إلى ذلك، تمتلك المواد السيراميكية خصائص عالية جداً لاستخدامها كمواد حيوية إلا أنها قصفة مقارنة مع مواد الجسم مثل العظم. ولذلك فإن من أول تطبيقات المواد السيراميكية هو التغليف للمواد المعدنية من أجل تحسين سطوح التماس مع المعادن.

بولميرات

ومن جهة أخرى، يتم تشكيل البولميرات على شكل القطع المرغوب باستخدامها، كما أنه من الممكن استخدامها بحقنها داخل قناة عظمية لتقويتها. غالباً مايتم إضافة مواد إضافية على البولميرات مثل الباريوم من أجل تحسين الخصائص الإشعاعية وبالتالي الحصول على صور شعاعية أوضح للأعضاء، أو مضادات التهاب من أجل تقليل ممانعة الجسم لهذه المواد.

المواد الحيوية الشائعة الاستخدام

من جانب آخر، من الممكن تقسيم المواد الحيوية المصنعة بشكل أساسي إلى معادن، بولميرات، مواد سيراميكية ومركبات كربون. كل من هذه الأصناف من الممكن أن تحوي على الكثير من المواد بأشكال مختلفة، مثل المواد الصلبة، الأغشية، الألياف، أو الطلاء. وتكون باستعمالات مختلفة منها الاستبدال الهيكلي للأعضاء، أو إصلاح الأعضاء التي تقوم بعمليات التبادل الكيميائي، تغليف العناصر الإلكترونية وغيرها.

المواد الكربونية

وفي هذا الصدد، يعتبر الكربون على أنه أساس المواد العضوية.ولذلك فإنه من ناحية المبدأ سيكون مناسباً لتطبيقات المواد الحيوية. يمتلك الغرافيت خصائص شبكة بنيوية ضعيفة غير متناظرة ولكنها قوية نسبياً.

تاريخ

ومن جهة أخرى، تطوير كيمياء البولميرات والبلاستيك بين الأربعينات والخمسينات

من الممكن تقسيم تاريخ تطور المادة الحيوية إلى ثلاث مراحل:

من جهة ثانية، المرحلة الثانية كانت عند التطور السريع للجراحة كإجراء مخطط له على القيام بالجراحة أنه عمل إسعافي بين سنتي 1850 و 1925، مما ساعد على هذا هو اكتشاف الأشعة السينية من قبل فيلهلم كونراد رونتغن في أوائل القرن التاسع عشر مما كشف للمرة الأولى حقيقة مشاكل العظام.

من جهة ثانية، تطوير طرق إنتاج البنسلين والمضادات الحيوية بكميات كبيرة، مما ساعد على تقليل الالتهابات التي تحدث بعد العمليات الجراحية.

ومن ناحية أخرى، قبل سنة 1850 تم استخدام المواد غير المعدنية كالخشب والعاج أو المعادن بشكلها العادي مثل الحديد، الذهب، الفضة، النحاس في تصنيع الأطراف الصناعية البسيطة كالأسنان والأنوف ومن أجل وصل العظام المكسورة حتى تلتئم. في سنة 1829 تم اختبار استخدام أسلاك الرصاص، الذهب، الفضة البلاتينيوم في الكلاب ولكن هذه المواد فشلت في تحقيق النتيجة المرجوة منها. من ناحية أخرى فإن الأشخاص لم يستطيعوا احتمال العمليات الجراحية الطويلة لتثبيت الأطراف الصناعية بدون تخدير.

من جانب آخر، المرحلة الثالثة بدأت منذ سنة 1925 وحتى يومنا هذا، وبسبب التطور الكبير الحاصل في مختلف فروع الجراحة حصل ثلاث تطورات رئيسية على المواد الحيوية:

وعلى صعيد آخر، تطوير مادة كروم الكوبالت وسبائك الصلب بين ثلاثينات وأربعينات القرن العشرين

مشاكل الأجهزة المزروعة

من جهة ثانية، يجب أن تصنع الأعضاء من مواد قابلة للإزالة والاستبدال في حال عطلها أو فشلها

وعلى صعيد آخر، هناك الكثير من المشاكل التي يجب على المواد الحيوية التغلب عليها منها:

من جهة ثانية، يجب أن تكون المادة قابلة للتشكيل بالشكل المناسب بطريقة اقتصادية بدون تدني الخصائص الميكانيكية لها.

من جهة ثانية، يجب أن لا يؤدي تراكم الأيونات السامة التي من الممكن أن تنتج إلى أن تؤدي إلى تسمم أنسجة أو التهابات

من جهة ثانية، يجب أن لا تنقل أنسجة الاتصال الإجهاد الحاصل فيها إلى الأنسجة المحيطة بها

علاوةً على ذلك، يجب أن تكون خصائص المتانة والتعب متلائمة مع شكل العضو لتلائم الإجهاد المسموح، خصوصاً عند نقاط تركيز الإجهاد

علاوةً على ذلك، يجب أن لا تنكسر المادة، إما بسبب الحمولات الفجائية الغير متوقعة، أو بسبب التعب بسبب التطبيق المتكرر للحمولات

إضافةً إلى ذلك، يجب أن لا تصدأ المواد بسبب تأثير سوائل الجسم، وهذه الخاصية ستؤدي لحماية المادة من التآكل الكيميائي والاحتكاكي

كذلك، يجب أن يكون من السهل تعقيم المادة الحيوية (باستخدام البخار، الإشعاع، أو غاز أكسيد الإتيلين)

في هذا الإطار، يجب أن لا تكون المادة سامة للمريض، وعليه يجب أن لا يدخل فيها أي مواد سامة، أو أن تكون هذه المواد مستقرة داخل المادة بشكل لا تخرج معه

يجب أن تعمل المادة لسنوات طويلة وليس فقط لسنة أو سنتين