طراحی ایمپلنت‌های با کیفیت با روش ابداعی محققان دانشگاهی

محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با همکاری دانشگاه ملبورن استرالیا بااستفاده از فناوری نانو، موفق به ارائه روشی جدید برای بررسی رفتار ایمپلنت‌های مورد استفاده در بدن شدند که به کمک این آزمون‌ها، می‌توان ایمپلنت‌هایی با طول عمر بیشتر و کیفیت بالاتر را طراحی کرد.

کد خبر: ۳۲۲۲

تاریخ: ۲۹ دی ۱۳۹۲ - ۱۸:۴۳

رفتار ایمپلنت‌های پزشکی کار گذاشته شده در داخل بدن از دیرباز مورد توجه محققان و طراحان بوده است. سطوح هیدروکسی آپاتیت در پروتزهای ارتوپدی ترکیبی از زیست سازگاری بسیار خوب هیدروکسی آپاتیت را با قدرت بالای پروتز فلزی فراهم می‌کند. با این وجود، به دلیل امور روزمره یک شخص از قبیل دویدن و راه رفتن، ایمپلنت کار گذاشته شده در بدن تحت بار دینامیکی قرار می‌گیرد که این امر پیش‌بینی عکس‌العمل آن را در این شرایط بسیار مشکل می‌کند.
به نوشته سایت نانو، از این رو انجام تست‌هایی که خواص مکانیکی این ایمپلنت‌ها را مورد مطالعه و بررسی قرار دهد، اجتناب‌ناپذیر است. تست خستگی تحمل بار ایمپلنت‌ها معمولا بسیار زمان‌بر است. از این رو این پژوهشگران با به کارگیری فناوری نانو، به دنبال ارائه تست‌های جدیدی بودند که قادر به بررسی رفتار ایمپلنت‌ها تحت بار دینامیکی و در زمانی کوتاه باشد.
دکتر سعید صابر سمندری، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در ارتباط با نحوه انجام این پژوهش بیان کرد: اسپری حرارتی یکی از رایج‌ترین روش‌های پوشش‌دهی ایمپلنت‌ها در سراسر دنیاست. از این رو در این تحقیق ابتدا چند فلز سازگار با بدن از قبیل آلیاژ کبالت، آلیاژ تیتانیوم و استیل، با پودر هیدروکسی آپاتیت و به روش اسپری حرارتی پوشش داده شد. سپس نمونه‌ها را تحت بار دینامیکی موضعی و در فواصل زمانی مختلف قرار داده و رفتار ایمپلنت موردنظر را مورد بررسی قرار دادیم.
وی ادامه داد: برای این منظور به جای استفاده از پوشش کامل از قطره‌های منجمد شده پودر هیدروکسی آپاتیت بر روی فلزات استفاده شد و نیروهای دینامیکی با فرکانس‌های مختلف در مرکز یک مایکرو قطره منجمد اعمال شده و توزیع نیرو در کل نمونه بررسی شد. برای شبیه‌سازی بهتر از روش دندانه‌گذاری در مقیاس نانو استفاده شد که دو شکل ایندنتر مختلف یکی بسیار تیز و دیگری کاملا کروی بر روی سطح نمونه قرار گرفت و سپس بار دینامیکی با فرکانس‌های مختلف اعمال شد. این آزمایش،رفتار ایمپلنت‌های پوشش داده شده را در هر وضعیتی به خوبی پیش‌بینی کرده و این امکان را مهیا می‌کند تا ایمپلنت برای کاشت در هر موضعی از بدن به خوبی طراحی شود.
براساس گفته‌های سمندری، روش‌های معمول تست خستگی علاوه بر زمانبر بودن، امکان بررسی نمونه تحت بار دینامیکی موضعی با شرایط خاص را نیز فراهم نمی‌کند. اما با استفاده از روش دندانه‌گذاری در مقیاس نانو، تمام موقعیت‌های موردنظر یک نمونه به راحتی مورد آزمایش قرار می‌گیرد. همچنین این روش تست، نسبت به روش‌های معمول تست خستگی، قادر به شناسایی سریع‌تر رشد ترک درون ایمپلنت‌هاست.
وی در ادامه افزود: وجود تنش‌های پسماند (کششی و یا فشاری) در پوشش‌های حرارتی یک امر اجتناب‌ناپذیر است. ترک خوردن سریع سطح پوشش به دلیل وجود تنش‌های پسماند کششی است که ایده‌آل نبوده و مخرب است. این میزان تنش پسماند را می‌توان با تغییر جنس ایمپلنت و یا حرارت دادن ایمپلنت هنگام عمل پوشش‌دهی کنترل کرد.
محقق طرح تصریح کرد: با توجه به نتایج حاصله، مشخص شد که حرارت دادن فلزات سازگار با بدن قبل یا هنگام عملیات پوشش‌دهی باعث تغییر میزان تنش‌های پسماند در پوشش شده که این امر مقاومت پوشش در برابر بار دینامیکی را تغییر می‌دهد. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که آلیاژ کبالت پوشش داده شده با پودر هیدروکسی آپاتیت نسبت به فلزات دیگر مقاومت بالاتری نسبت به بار دینامیکی از خود نشان داده و برای ایمپلنت‌های ران و دندان توصیه می‌شود.
با استفاده از نتایج این تحقیق، طراحان ایمپلنت‌های پزشکی قادر خواهند بود به راحتی رفتار نمونه طراحی شده خود را پیش‌بینی کرده و ایمپلنتی با طول عمر بالا تولید کنند.
در حال حاضر این پروژه با همکاری چند محقق از کشورهای ایران، استرالیا، لاتویا و ترکیه در حال توسعه است. نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر سعید صابر سمندری و دکتر کارلیس گروس، عضو هیئت علمی دانشگاه ملبورن استرالیا صورت گرفته، در مجله «Acta Biomateriala» به چاپ رسیده است.