كيفية استخدام المعادن في التطبيقات الطبية الحيوية

مقدمة

تشكل المعادن جزءًا أساسيًا من الأجهزة الطبية الحيوية. حيث تجعلها قوتها ومتانتها وتوافقها الحيوي مناسبة للعديد من الاستخدامات. سوف نستعرض بعض المعادن الشائعة، ونصف بنية هذه المعادن وخصائصها، ونتحدث عن تطبيقاتها في الأجهزة الطبية الحيوية.

المعادن الشائعة للأجهزة الطبية الحيوية

فيما يلي لمحة موجزة عن المعادن الشائعة المستخدمة في الأجهزة الطبية الحيوية.

بنية المعدن وخصائصه

يحدد تركيب المعدن كيفية أدائه. فمعظم المعادن لها بنية بلورية تحدد مدى صلابتها وقوتها ومقاومتها للإجهاد. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ، المكون من الحديد والكروم والنيكل، مناسباً بسبب تركيبته الحبيبية. يتميّز التيتانيوم ببنية سداسية متقاربة سداسية الشكل في درجة حرارة الغرفة ويُظهر قوة خضوع تتراوح بين 780 و1100 ميجا باسكال، بينما يمكن أن تحقق سبائك الكوبالت والكروم أكثر من 1200 ميجا باسكال - وهي مثالية للتطبيقات الحاملة للإجهاد مثل الغرسات.

تُعد مقاومة التآكل أمرًا حيويًا، خاصة داخل الجسم. يشكل التيتانيوم طلاء أكسيد مستقر يوفر الحماية ضد السوائل المالحة، ويعتمد الفولاذ المقاوم للصدأ على طلاء سلبي من الكروم. كما تعزز المعالجات السطحية مثل التخميل والأنودة من المتانة.

الصلابة مهمة أيضًا. وتتميز سبائك الكوبالت والكروم بالمتانة ومقاومة التآكل مع انخفاض الاحتكاك، بينما يتميز التيتانيوم بأنه متوافق حيوياً بدرجة كبيرة ويمتلك معدل منخفض للغاية من رد الفعل التحسسي. يعتمد اختيار المعدن على الموازنة بين القوة والثبات واستجابة الجسم.

التطبيقات الطبية الحيوية للمعادن

تؤدي المعادن وظائف مهمة في الأجهزة الطبية المؤقتة والدائمة أيضًا. يتم إنتاج أجهزة تقويم العظام، بما في ذلك بدائل المفاصل وزرعات العظام، من سبائك الكوبالت والكروم والتيتانيوم بسبب قوتها وتوافقها الحيوي. كما تُستخدم غرسات الأسنان أيضاً بشكل متكرر مع التيتانيوم لأنه يندمج بشكل طبيعي مع العظام من خلال الاندماج العظمي.

ويُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الكوبالت والكروم في طب القلب للدعامات وصمامات القلب كمتانة دائمة للضغط على المدى الطويل. وتُعد معادن المجموعة البلاتينية الأنسب لأقطاب أجهزة تنظيم ضربات القلب وأقطاب المحفزات العصبية بسبب ثباتها الكيميائي.

كما تجعل المعادن آلات التشخيص ممكنة - تعتمد آلات التصوير بالرنين المغناطيسي على مكونات معدنية دقيقة للغاية، وتستخدم الأغشية المعدنية الرقيقة في عمليات الزرع الدقيقة للاستشعار. ويعتمد اختيار المعادن على البنية والقوة ومقاومة التآكل، كما أن البحث يعزز السبائك من أجل غرسات أكثر أماناً وتناسقاً.

الخلاصة

تم تحديد أفضل المعادن لاستخدامات محددة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والكوبالت والكروم ومعادن مجموعة البلاتين. ويحدد هيكلها وخصائصها نجاح الأجهزة الطبية الحيوية. ومن الأمثلة القليلة على ذلك الغرسات المعدنية وتركيبات الأسنان وصمامات القلب والدعامات.

الأسئلة المتداولة

س: ما هو المعدن الأفضل لزراعة الأسنان؟
س: غالباً ما يُفضل التيتانيوم لزراعة الأسنان نظراً لقوته وتوافقه الحيوي الممتاز.

و: كيف تقاوم المعادن التآكل داخل الجسم؟
س: تُشكّل المعادن طبقات أكسيد واقية أو أغشية سلبية تساعد على مقاومة التآكل في سوائل الجسم.

س: هل يمكن الاعتماد على سبائك الكوبالت والكروم لاستبدال المفاصل؟
س: نعم، توفر سبائك الكروم والكوبالت والكروم قوة عالية ومقاومة للتآكل، مما يجعلها مثالية لاستبدال المفاصل.