گرایش بیومتریال
بیومتریال یا بیومواد علم تهیه مواد گوناگون مصنوعی و طبیعی، طراحی روش های ساخت و قالب گیری نهایی ماده و در نهایت اصلاح مواد برای کاربرد اختصاصی در پزشکی است و برای گستره ی وسایل پزشکی نیاز به انتخاب، ساخت و آزمایش مواد داریم که با درک درست از شیمی و فیزیک مواد و شناخت محیط بیولوژیک بدن، میتوانیم به آن دست پیدا کنیم.
گرایش بیومتریال، تلفیقی از مهندسی مواد و سیستم‌های زنده است. به بیان دیگر یک مهندس پزشکی گرایش بیومتریال، مهندس موادی است که حوزۀ کارش انسان و فعالیت‌های زیستی اوست.
هدف از این گرایش یکی جایگزینی و تعویض اعضا و اندام هایی در بدن است که در اثر آسیب یا بیماری کاربری خود را از دست داده اند. و دیگری بررسی اثرات مواد زیستی روی سلول، بافت و اعضای بدن است. در نتیجه مهندس پرشکی بیومتریال باید اطلاعات لازم برای حل مسائل علمی و متداول در زمینه مواد مرتبط با بدن انسان را کسب کند.
در خيلی از موارد اثر بيومتريال و يا وسيله‌ی پزشكی روی بافت، تنها بعد از در تماس قرار دادن ماده و سلول مشخص می‌شود و لذا محققان بيومتريال بايد قادر باشند اثرات بيومتريال را روی سلول، بافت و اعضاء ارزيابی كنند. انجام بررسی‌های ايمنی، نيازمند درک چگونگی واكنش سلول و بافت با ماده كاشتنی است.
شاخه های گرایش بیومتریال
- مهندسی بافت: مهندسی بافت علمی است که با استفاده از آن، با به کارگیری روش هایی نوین به ساخت بسیاری از بافت های بدن می پردازند. روش کار این گونه است که ابتدا با ساخت داربست و شکل سه بعدی از بافت مورد نظر، ساختار کلی بافت را می سازند. سپس با فرستادن سلول ها و مولکول های لازم درون این محیط سه بعدی، رشد، تقسیم و تمایز رخ می دهد و بافت مورد نظر تشکیل می شود که این بافت جایگزین بافت ناقص و نا سالم در بدن می شود. آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت ها از مواد مورد استفاده در کاشت بافت‌های مصنوعی هستند. اینگونه مواد باید غیرسمی، غیر سرطان زا، از نظر شیمیایی غیرفعال و با دوام و دارای قدرت مکانیکی کافی باشند.
- سیستم های رهایش کنترل شده دارو: سیستم رهایش دارو یک فرمولاسیون یا دستگاهی است که معرفی یک ماده دارویی به بدن، و کارایی و امنیت رهایش دارو را با کنترل سرعت، زمان و مکان رهایش دارو در بدن، امکان می سازد. مهندسان بيو مواد ابتدا بايد ماده شيميايي مدنظر را بشناسند و حامل دارويی مناسب را براي رهايش دارو در بدن طراحی کنند. اين حامل دارويی بايد طوری انتخاب و طراحی شود که کمترين آسيب را به بدن برساند مثلا بعد از اينکه دارو از حامل دارويی خود رها شد. حامل دارويی که در بدن باقی می ماند نبايد از ماده اي انتخاب بشود که براي فرد سميت ايجاد کند يا باعث سرطان شود.
اين حامل دارويی بايد از موادی انتخاب شود که بعد از مدتی در بدن تخريب شود و يا اگر از بين نرفت، ضرری برای بدن فرد نداشته باشد.
انتخاب حامل دارويی مناسب، اينکه از چه ماده ای (پليمر-سراميک يا کامپوزيت و…) باشد و طراحی حامل دارویی که چطور بتواند به نقطه مورد نظر بدن رفته و دارو را به آن نقطه برساند، از اصلي ترين و جالب ترين مباحث رهايش دارو در بدن برای مهندسين بيو مواد است. که مهندسان اين رشته، با کسب دانشهای مناسب از جمله شناخت مواد مختلف، نوع رفتار مواد و خواص مواد در مواجهه با سيستم بدن، محاسبات رياضی و مهندسی در زمينه عبور و نفوذ مواد در مواد ديگر و احاطه بر رفتارها بدن و مسيرهای مختلف و موانع مختلف در عبور دارو در بدن، سيستم مناسب را طراحی می کنند.
- اصلاح سطوح مواد: عوامل مھمی بر خواص سطح مواد موثر است که شامل ساختار سطح و محیط می باشد. این ناهمگنی و غیر یکنواختی سطوح مواد در محیط بیولوژیک اهمیت پیدا میکند و نیاز است سطح بیومتریال وابسته به هدف مورد نظر اصلاح شود.
در اصلاح سطح بسته به روش استفاده و هدف مد نظر کاهش ضخامت در سطح داریم که باید کمترین ضخامت مورد نیاز برای یکنواختی، دوام و با عملکرد قابل قبول باشد.
- نانوتکنولوژی: نانوتکنولوژی کاربرد تحقیقات برای حل مسائل و ساخت مواد جدید می‌باشد. از مهمترین تأثیرات فناوری نانوبیوتکنولوژی در مراقبت‌های بهداشتی درمانی است، مانند کاربرد آن در حیطه‌های مختلف داروسازی، پزشکی ژنتیک مولکولی، در ساخت اندام‌های مصنوعی و مواد جدید سازگار با محیط زیست که زمان نگهداری اندام مصنوعی را دو برابر میکند.
- بیوسنسورها: اين سنسورها ابزاري توانمند جهت شناسايی مولکولهای زیستی می باشند. در یک بیوسنسور، عنصر حسگر که به ماده ای بیولوژیکی پاسخ می دهد، دارای طبیعت بیولوژیکی است. این عنصر باید به نوعی مبدل متصل شود تا یک پاسخ قابل مشاهده با چشم را تولید کند. بیو سنسور به طور کلی به احساس و اندازه گیری مواد شیمیایی خاصی که ممکن است فیزیولوژیکی نیز باشد، مربوط می شوند معمولا این مواد را سوبسترا می نامند، در حالی که واژه ی کلی تر آن آنالیت است. طبق یک تعریفی به بیوسنسور، الکترود آنزیمی گفته می شود. یا هرگونه دستگاهی که از واکنش های بیوشمیایی خاص برای تشخیص ترکیبات شیمیایی در نمونه های بیولوژیکی استفاده می کند.
قابلیت های یک مهندس پزشک بیومتریال
- توليد و كاربرد مواد شامل پليمرها، فلزات، سراميكها و كامپوزيتها
- برقراري ارتباط مواد با محيط بيولوژيك بدن نظير آناتومي و فيزيولوژي بافتهاي مختلف بدن
- روشهای اصلاح سطح، پوشش دهی مواد و بهينه نمودن خصوصيات سطحی
- آشنايی كامل با مبحث مهندسي بافت كه يكي از جديدترين دستاوردهای بشر براي دستيابی به جايگزين های مصنوعي است. عمر اين رشته مهندسي در دنيا كمتر از ۲۰ سال است كه خوشبختانه در ايران نيز تحقيقات گسترده و دامنه داری در مورد آن انجام شده است. از آن جمله ميتوان به ساخت داربست های مهندسی بافت استخوان، غضروف، پوست و… توسط دانشجويان دانشگاه صنعتی اميركبير اشاره نمود.
- دارو رسانی و انتقال كنترل شده داروها به بدن. به عنوان مثال نحوه ی انتقال طولانی مدت داروهای ضد بارداری (نورپلنت)
- شناخت روشهای تخريب پليمرها، خوردگي فلزات و اضمحلال سراميک ها
- آشنايی با مبحث بيوسنسورها
- آشنايی مقدماتي با اصول و عملكرد تجهيزات پزشكی و سيستم های آن
