سلامتی انسانها
سوال: آقای دكتر ضمن تشكر از وقتی كه در اختیار ما قرار دادید، لطفاً در ابتدا یك تعریف و تقسیم‌بندی كلی از سرامیكها و حوزه‌های كاربرد این مواد داشته باشید. دكتر صولتی: سرامیكها را میتوان به صورت مواد غیرآلی و غیرفلزی تعریف نمود كه این یك تعریف بسیار اجمالی است و برای بعضی مقاصد كافی نیست ولی جایگاه سرامیكها را نسبت به سایر مواد مهندسی مشخص می‌سازد. با توجه به این تعریف، تعدادی از تركیبات را از حوزه بسیار وسیع مواد خارج كرده و بدین ترتیب، حجم عمده‌ای از مواد جامد باقیمانده را سرامیك می‌نامند.
عموماً سرامیكهای مهندسی را از نظر تركیبی به دو دسته كلی تقسیم‌بندی می‌نمایند:
1) سرامیكهای اكسیدی
2) سرامیكهای غیراكسیدی
سرامیكهای اكسیدی به این علت كه حجم عمده‌ای از مواد سرامیكی را تشكیل می‌دهند در یك گروه مستقل قرار گرفته‌اند و سرامیكهای غیراكسیدی نیز می‌توانند خود شامل تركیبات كاربیدی، نیتریدی، سیلیسیدی، بوریدی، فسفیدی و موارد دیگر باشند.
مواد سرامیكی چون دامنه بسیار وسیعی از تركیبات را از لحاظ خواص و حوزه كاربرد شامل میشوند، لذا خواص و كاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند. به عنوان مثال برای خواص الكتریكی، سرامیكهایی با خواص عایق كامل تا رسانای نستباً كامل و ابررسانا وجود دارند. به همین صورت برای خواص مغناطیسی میتوان خصوصیات مغناطیسی كامل تا پارامغناطیس را از این مواد انتظار داشت. محدوده خواص نوری مواد سرامیكی نیز از كدر بودن كامل تا شفافیت كامل را در برمی‌گیرد و همچنین در مورد سختی، سرامیكهایی به نرمی گرافیت تا سختی الماس وجود دارند. در موارد دیگر خواص و كاربردها نیز وضعیت مشابهی برای سرامیكها وجود دارد.
سوال: به نظر شما بیوسرامیك‌ها به عنوان زیرمجموعه‌ای از حوزه بسیار وسیع مواد سرامیكی باید چه خصوصیات و ویژگیهایی داشته باشند؟ دكتر صولتی: بیوسرامیك‌ها را میتوان آن بخش از مواد سرامیكی دانست كه كاربرد آنها در حوزه محیط‌های فیزیولوژیك مثل بدن انسان است.
محیط بدن نسبت به مواد بیگانه، محیطی بسیار سخت‌گیر می‌باشد به گونه‌ای كه ورود یك ماده به محیط فیزیولوژیك یا محیط زنده با چالش‌های بزرگی روبرو است و بنابراین مسائل بسیار دشواری جهت طراحی و كاربرد بیومواد بر سر راه یك مهندس بیومواد وجود خواهد داشت.
وظایف دشوار زیر را میتوان از یك بیوسرامیك در حین كاركرد در محیط زنده انتظار داشت:
1) در محیط زنده بدن خود را حفظ نماید و از بین نرود.
2) به بافت‌های زنده اطراف خود آسیبی نرساند.
3) عملكرد خاصی را در محیط بدن از خود نشان دهد.
4) عملكرد ماده مورد نظر با سازوكارهای طبیعی بدن هماهنگ باشد.
اتفاقات بسیاری در حین استفاده از ماده خارجی در بدن ممكن است رخ دهد كه بهترین آنها وقتی است كه تنها خود ماده آسیب ببیند و بدترین اتفاق آن است كه ماده به بافت اطراف خود آسیب برساند كه اغلب مجموعه‌ای از این دو حالت اتفاق می‌افتد.
حالت ایده‌آل و مطلوب برای كاربرد بیومواد در بدن زمانی است كه ماده كاملاً زیستسازگار بوده و بدون اینكه خود از بین برود، ضمن عملكرد مطلوب، به بافت اطراف خود نیز آسیبی نرساند.
سوال: عموماً چه تقسیمبندیهایی برای بیوسرامیك‌ها به عنوان یك زیرمجموعه مهم از بیومواد مرسوم است؟ دكتر صولتی: بیوسرامیك‌ها را معمولاً از چند زاویه میتوان دسته‌بندی نمود. یكی از مهمترین روشهای تقسیم‌بندی بیوسرامیك‌ها صرفنظر از ماهیت و جنس آنها، بر اساس واكنشی است كه محیط فیزیولوژیك بدن با آنها انجام می‌دهد كه این یك پارامتر بسیار مهم است. بر این اساس بیوسرامیك‌ها را به سه دسته تقسیم‌بندی می‌كنند:
1) بیوسرامیك‌های تقریباً خنثی: موادی هستند كه با محیط بدن واكنشی نمی‌دهند و از لحاظ شیمیایی خنثی هستند. مثل اكسیدآلومینیوم، اكسیدزیركونیوم و كربن كه این سرامیكها به دلیل خنثی بودن شیمیایی، زیستسازگار می‌باشند.
2) بیوسرامیك‌های فعال: موادی هستند كه با بدن واكنش می‌دهند كه این واكنش‌ها مخرب نیست، بلكه مثبت بوده و سازگار با بدن می‌باشد. به عنوان مثال میتوان به كلسیمفسفات‌ها و در راس آنها به هیدروكسی آپاتیت اشاره نمود كه مهمترین كلسیمفسفات زیستسازگار و شاید به نوعی مهمترین بیوسرامیك باشد.
3) بیوسرامیك‌های جذبشونده: این دسته از مواد كه بیشتر برای تعمیرات و پشتیبانی‌های موقت مورد استفاده قرار می‌گیرند به دلیل تركیب شیمیایی خاص خود، می‌توانند در محیط‌های آبی مثل محیط بدن به اجزای تشكیل دهنده خود تجزیه شوند ضمن اینكه مواد حاصل از تجزیه آنها در بدن خنثی و بیاثر هستند. به عنوان مثال میتوان تریكلسیمفسفات را نام برد كه این بیوسرامیك می‌تواند به عنوان یك داربست موقت برای زمان مشخصی در بدن مورد استفاده قرار گیرد.
از دیدگاه نحوه تثبیت قطعات كاشتنی مورد استفاده در بدن نیز میتوان بیوسرامیك‌ها را به دو دسته تقسیم‌بندی نمود:
الف) بیوسرامیك با تثبیت شكلشناختی یا مورفولوژیكال: این دسته از بیوسرامیك‌ها با محیط اطراف خود واكنشی نمی‌دهند و تثبیت آنها در بدن بر اساس اصطكاك و در هم فرورفتگی خواهد بود.
ب) بیوسرامیك با تثبیت بیولوژیك: این گروه از بیوسرامیك‌ها با محیط اطراف خود واكنش می‌دهند و به بافت اطراف خود می‌چسبند كه ممكن است پیوند شیمیایی صورت گیرد و یا تخلخل‌ها پر شود كه به این صورت داخل بدن تثبیت میشوند.
سوال: به عنوان آخرین سوال اگر بخواهیم مقایسه‌ای بین مواد مختلفی كه به عنوان بیومتریال مورد استفاده قرار می‌گیرند انجام دهیم، بیوسرامیك‌ها چه جایگاهی دارند؟ دكتر صولتی: تجربه و بررسی‌های علمی و فنی نشان داده است كه سرامیكها به طور ذاتی زیستسازگارترین مواد موجود می‌باشند كه دلیل این امر را باید در ماهیت تركیبات سرامیكی نسبت به دو دسته دیگر مواد یعنی فلزات و پلیمرها جستجو كرد.
بیشتر پلیمرها صرفنظر از خواص مكانیكی ضعیف، با بدن سازگار نبوده و در محیط‌های فیزیولوژیك، پایداری شیمیایی مطلوبی ندارند.
فلزات علی‌رغم اینكه خواص مكانیكی مطلوبی دارند ولی در تماس با بافت‌های زنده بدن دچار خوردگی الكتروشیمیایی میشوند كه این به دلیل ماهیت این دسته از مواد است كه دارای الكترون آزاد می‌باشند. حتی فلزاتی كه خنثی به نظر می‌رسند اثرات نامطلوبی در داخل بدن دارند و بدین ترتیب بیشتر فلزات از دیدگاه زیستسازگاری گزینههای مناسبی جهت استفاده در بدن نیستند.
در مورد سرامیكها داستان به گونه‌ای دیگر است. بعضی از مزایای سرامیكها از دید زیستسازگاری نسبت به مواد دیگر عبارتند از:
1) عموماً سرامیكها از عناصری تشكیل میشوند كه آن عناصر به صورت طبیعی در محیط بدن وجود دارند كه از آن جمله میتوان به كلسیم و فسفر اشاره نمود.
2) پیوندهای تشكیلدهنده تركیبات سرامیكی نوعاً كوالانسی و یونی می‌باشند و به جز موارد بسیار اندكی مثل گرافیت، در این تركیبات الكترون آزادی وجود ندارد و بنابراین اغلب این مواد ضعف خوردگی الكتروشیمیایی ندارند.
3) وقتی سرامیكها در معرض تخریبات بیولوژیك از جانب بدن قرار می‌گیرند می‌توانند از لحاظ شیمیایی تا مدتهای زیادی دوام بیاورند كه این زمان می‌تواند در حد مدت عمر یك انسان باشد.
4) اگر بدن بتواند بنا به دلایلی بیوسرامیك را تخریب كند، خطر محصولات ناشی از تخریب سرامیكها به مراتب كمتر از خطر فلزات و پلیمرها در بدن است.
بنابراین از مجموع این دلایل میتوان گفت سرامیكها سازگارترین و مناسب‌ترین مواد برای استفاده در بدن و محیط فیزیولوژیك می‌باشند
سرامیک مشتق از کلمه keramos یونانی است که به معنی سفالینه یا شئی پخته شده است. در واقع منشا پیدایش این علم همان سفالینههای ساخته شده توسط انسانهای اولیه هستند. در واقع قبل از کشف و استفاده فلزات، بشر از گلهای رس به علت وفور و فراوانی آنها و همچنین شکلگیری بسیار خوب آنها در در صورت مخلوط شدن با آب و درجه حرارت نسبتاً پایین پخت آنها استفاده میکرد. آلومینوسیلیکاتها که خاکهای رسی خود آنها به حساب میآیند، از عناصر آلومینیوم، سیلیسم و اکسیژن ساخته میشوند که این سه عنصر بر روی هم حدود 85 درصد پوسته جامد کره زمین را تشکیل می‌دهند. این سه عنصر فراوانترین عناصر پوسته زمین هستند.