علم بیومتریال (Biomaterials) یک دانش مرزی بین علم مواد و علم پزشکی به شمار می‌رود. نقطه‌ی تلاقی بین این دو علم شگفت انگیز را می‌توان تحت عنوان علم مواد زیستی نامگذاری کرد. مواد زیستی مورد بحث می‌توانند به عنوان موادی طبیعی یا سنتز شده (مصنوعی) باشند و در کاربردهای مختلف در پزشکی مثل عوامل پشتیبانی، تقویتی، بهبودی یا جایگزینی بافت آسیب دیده یا حتی برای کمک به عملکرد بیولوژیکی استفاده مورد استفاده قرار گیرند. امروزه می‌توان مهندسی بیومتریال‌ها را علمی متاثر از مهندسی داروسازی، مهندسی مواد و متالورژی، علوم زیست شناسی و اخیراً بخشی نیز از مهندسی بافت به شمار آورد. این زمینه به طور چشمگیر در زمینه مهندسی بافت، داروها و سایر زمینه‌های مرتبط پیشرفت داشته است.
فهرست مطالب:
موادی مانند فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها، بایوگلس ها، سلول‌ها و بافت و همچنین داربست‌های سلول زدایی شده می‌توانند در ساخت یک بیومتریال به کار گرفته شوند و محصولات زیر را می توان از آن‌ها تولید نمود:
- دریچه‌های قلب
- جایگزین‌های مفصل ران
- ایمپلنت‌های دندانی
- لنزهای تماسی
- داربست‌های ترمیم استخوان
- بسیاری از این محصولات به صورت زیست تخریب پذیر یا قابل جذب در محیط بیولوژیک ساخته می‌شوند که هدف این کار خارج شدن بیومتریال به صورت تدریجی از بدن در صورتی که محصولات آن سمیت ایجاد نکند، است.
دسته‌های بیومتریال
این مواد می‌توانند طبیعی یا مصنوعی باشند و کاربردهای وسیعی نیز از ایمپلنت‌های ارتوپدی تا سیستم‌های دارورسانی داشته باشند. برخی از این دسته‌های مواد در بیومتریال را می توان به شکل زیر نام برد:
- از سنتز الیاف مصنوعی و مواد زیستی برای ترمیم بافت از دست رفته استفاده می‌شود.
- الیاف‌های نرم معمولاً در پلیمرها و الیاف سخت در سرامیک‌ها یا فلزات هستند
- کامپوزیت‌ها می‌توانند خواص الاستیسیته پلیمرها و هم استحکام مناسب سرامیک‌ها را داشته باشد.
- ذرات در ابعاد کوچک برای نانو حسگر ها و نانو ذرات حامل‌های دارویی کاربرد دارند.
- از پلیمرها به صورت مستقیم در ترمیم‌های وریدی و ترمیم‌های پوستی استفاده می‌شود و یا با زخم پوش‌هایی عامل بیماری را ترمیم می‌کنند.
در جدول زیر انواعی از این مواد را توضیح خواهیم داد:
|
بیومتریال |
توضیحات |
کاربرد |
|
پلیمرهای زیستی |
بیش از ۹۰% بیومتریال ها، زمینه‌ی پلیمری دارند. پلیمرها می‌توانند طیف گسترده‌ای از خواص فیزیکی و مکانیکی را ایجاد نمایند و دارای دانسیته بسیار کمتری در مقایسه با مواد فلزی و سرامیکی هستند و پایداری و مقاومت آن‌هادر برابر محیط‌های بیولوژیکی مناسب است. |
بیوپلیمرها کاربردهای متنوعی به عنوان اندام‌های مصنوعی، ابزار پزشکی، وسایل درمانی و تشخیص، ابزار ترمیمی و حسگرها پیدا کرده‌اند. |
|
فلزهای زیست سازگار |
در کاربرد فلزات ممکن است بحث تخریب محصولات و ایجاد سمیت مطرح شود امّا از استحکام مکانیکی آن‌هانمی‌توان توان چشم پوشی کرد. طراحی، فرآیندهای شکل‌دهی و ساخت فلزها، همگام با فناوری جدید توجه ویژه‌ای می‌طلبد چرا که تعامل مواد خارجی با بافت‌های بدن انسان تنها تحت شرایط خاص زیست سازگاری ممکن می‌شود. |
بطور گسترده در جراحی به صورت ایمپلنت‌ها ( کاشتنی‌ها ) کاربرد دارند. |
|
بیوسرامیکها |
سرامیک‌ها ترکیبات بلورین هستند. موادی همچون سیلیکات ها، اکسیدهای فلزی، کاربیدها، نیتریدها را شامل می‌شوند. |
این گونه مواد خواص مکانیکی خوبی دارند، کاربردهای بسیاری به عنوان مواد کاشتنی در دست دارند. |
|
چسب های زیستی |
چسب ها برای اتصال دو ماده از طریق سطح‌شان به کار گرفته می‌شوند. |
این چسب ها را می‌توان برای اتصال بافت‌های نرم و سخت به کار برد. چسب‌های اتصال دهنده بافت‌های نرم میتواند به شکل اتصال خارجی نظیر اتصال کیسه‌های کلاستومی به بدن و یا داخلی نظیر بستن زخم ها و جلوگیری از خونریزی به کار روند. |
بیشتر بخوانید: " بهترین گرایش مهندسی پزشکی"
کاربرد بیومتریال‌ها در پزشکی
بیومواد در درمان و مراقبت‌های بهداشتی تاثیر زیادی دارد. بیش از 6000 نوع دستگاه و تجهیزات پزشکی توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) تایید شدهاند که تعداد بالایی از آن‌ها برای استفاده به بیومواد نیاز پیدا می‌کنند. از جمله کاربردهای مهم این مواد زیستی در جدول بیان گردیده است:
|
بیومتریال ها |
اهمیت |
|
ایمپلنت‌های کاربردی در پزشکی |
دریچه‌های قلبی، استنت‌ها (فنرهای عروقی)، مفاصل و تاندون‌های مصنوعی، ایمپلنت‌ها در شنوایی، ایمپلنت‌های دندانی و محرک های اعصاب و نورون‌ها |
|
مواد سرعت دهنده تشکیل و ترمیم بافت |
مانند نخ‌های بخیه، گیره‌ها و منگنه‌ها برای بستن زخم و پوشش‌های حل شونده در محیط بیولوژیک |
|
بافت‌های ترمیم استخوان |
ترکیبی از یک بیومتریال به عنوان یک داربست که نقش حمایت کننده دارد، برای مثال، هیدروژل‌هایی در بازسازی استخوان های ساخته شده در آزمایشگاه‌ها |
|
نانو وایر و نانوذرات |
این مواد می‌توانند از موانع بیولوژیکی عبور کنند و به تصویربرداری و درمان سرطان سطح مولکولی کمک کنند. |
|
حسگرهای زیستی (Biosensors) |
برای تشخیص وجود مواد خاص، مقدار، سنجش و پایداری این اطلاعات و انتقال آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال حسگرهای سنجش فعالیت مغزی |
|
سیستم‌های انتقال دارو (Drug delivery systems) |
سیستم‌های حاملی که می‌توانند دارو را به سلول های هدف منتقل کرده و روی آن تاثیر بگذارند. برای مثال استنت‌های عروقی که سطح آن‌ها با دارو پوشانده شده (پوشش سطح استنت با هپارین برای جلوگیری از انعقاد و ایجاد لخته در خون) |
مهندسی بیومتریال چه تفاوتی با مهندسی بافت دارد
امروزه مهندسی بافت، به عنوان فصل مشترکی از پزشکی و مهندسی، علمی در جهت حل مسائل پزشکی به شمار می‌رود. مهندسی بافت نسبت به سایر علوم، پیشرفت گسترده‌ای داشته و در مجامع علمی جهانی، جایگاه ویژه‌ای را به خود اختصاص داده است. رشته‌های مهندسی بافت و بیومتریال دو رشته جدا در دانشگاه هستند که مهندسی بافت را می توان به نوعی زیر مجموعه مهندسی بیومتریال دانست. دروس تدریس شده مانند یکدیگرند امّا دروس مهندسی بافت دروسی به خصوص و تخصصی تر هستند. پیش زمینه داشتن قبل از ورود به این زیر شاخه‌ها به شدت توصیه می‌شود و ملزم به علاقه به محیط‌های بیولوژیکی بدن است و می‌بایست آناتومی بدن را به خوبی بشناسید و عملکردهای شیمیایی را تا حد مناسبی در ذهن داشته باشید.
هدف از مهندسی بافت و کاربردهای آن را می توان به شکل زیر بیان نمود:
- طراحی و ساخت جایگزین های زیستی برای بافت‌های از دست رفته در محیط خارجی بدن با استفاده از سازه‌های مهندسی شده به نام داربست یا ماتریس و ترکیب آن با سلول‌ها
- مطالعات در مهندسی بافت از جوانب مختلف مانند ژنتیک، سلول، بافت و سطح اندام
- مطالعات روی فرایندهای رشد و تکثیر سلول‌ها و همچنین ترمیم بافت
- گسترش و پیشرفت ابزارهای مورد نیاز در زمینه مهندسی بافت مانند بیوراکتورها، نانومواد ها، حامل‌های ژن و دارو
مهندسی بیومتریال در بازار کسب و کار
برای اینکه آماری حدودی از درآمد و بازار کسب و کار در مهندسی بیومتریال به دست آورید، به اعدادی که در پایین آمده توجه کنید:
به طور میانگین یک مهندس بیومتریال در آمریکا سالانه 85000 دلار(2024) درآمد دارد که ساعتی ۴۱ دلار درآمد کسب خواهد کرد. درآمد سالانه در دو شهر لیکس و سانفرانسیسکو به ترتیب 96000 و 98000 دلار در سال(2024) است که بیشترین درآمد یک مهندس بیومتریال در بین تمامی شهرها در آمریکا به شمار می‌رود. در مورد گرایش مهندسی بافت، درآمد سالانه یک مهندس بافت 81000 دلار در سال(2024) و برابر ۳۹ دلار در هر ساعت است که کم‌تر از یک مهندس بیومتریال است.
لازم به ذکر است که این ارقام مختص به افرادی است که در آزمایشگاه‌ها به تحقیقات علمی مشغول بوده و بیشتر زمان خود را روی تحقیق در دنیای علم می‌کنند.
بیشتر بخوانید: "پردرآمدترین گرایش مهندسی پزشکی"
شما به‌عنوان یک مهندس بیومتریال می‌توانید با شرکت در کلاس‌ها و دوره‌های مهندسی پزشکی، شانس کسب موفقیت و پیدا نمودن یک شغل مناسب در این حوزه را افزایش دهید.
گروه آموزشی پارس پژوهان با بهره‌گیری از اساتید مجرب بستری را برای شما عزیزان فراهم می‌نماید تا بتوانید در کلاس‌های این مجموعه شرکت نمایید و آمادگی خود را برای ورود به بازار کار بالا ببرید. از جمله دوره‌های مهم این رشته می توان به موارد زیر اشاره نمود:
جمع بندی
مهندسی بیومتریال در مهندسی پزشکی کاربرد گسترده ای دارد و یک حوزه کلیدی در علوم پزشکی است که با استفاده از مواد بیولوژیکی و مصنوعی، به بهبود کیفیت زندگی انسان‌ها کمک می‌کند. با توجه به پیشرفت‌های سریع در این زمینه، انتظار می‌رود که در آینده، کاربردهای بیشتری برای بیومتریال‌ها در درمان بیماری‌ها و بهبود سلامت عمومی مشاهده گردد.
نویسندگان: احسان زینلی- صالحه علی پور, کارشناس ارشد مهندسی پزشکی
شاخه جذابی بنظر میاد.