چکیده

باافزایش روز افزون کاربرد بیومتریال ها در پزشکی ،به عنوان ابزار هایی در جهت رفع نیاز ها و مشکلات بدن و نیاز روز افزون به مواد جدید که به طرز شایسته تری  جوابگوی این نیاز ها باشند ، چندین دهه است که مطالعات بر روی دسته ای نوین از مواد به نام هیدروژلها در حال انجام است .

به دلیل ویژگی های برجسته ای که این مواد در سیستم حیاتی بدن از خود نشان دادند ،کاربرد آنها در زمینه پزشکی و مهندسی زیستی روز به روز در حال گسترش است .از جمله این کاربردها می توان به تهیه پانسمان‌ها و زخم پوش‌ها، عدسی‌های چشمی، غشاءهای زیستی، سیستم‌های انتقال دارو, مهندسی بافت، پوست مصنوعی, انواع داربست‌های تشکیل شونده در محل، ساخت بیوسنسورها، نانو بیومتریال‌ها و . . اشاره نمود . همچنین تحقیقات وسیع در این رابطه، دسته های جدیدی از همین مواد را به عنوان هیدروژلهای فوق جاذب برای کاربردهای خاص تر ،به پزشکی معرفی نموده است .

مقدمه

امروزه مهندسی بیومتریال به عنوان یکی از زیر شاخه‌های علم مهندسی پزشکی گسترش بسیاری یافته‌ و دارای زیر بخش های  متعددی است. این شاخه از مهندسی پزشکی نزدیک‌ترین ارتباطات را با بدن موجود مورد مطالعه قرار می دهد و این امر اهمیت کار مهندسان بیومتریال را آشکار می‌کند. هدف اصلی از مهندسی بیومتریال، طراحی ماده‌ای با ویژگی‌های خاص است که بتواند به طور موقت یا دائم جایگزین یک عضو یا بافت طبیعی گردد و یا در جهت تصحیح عملکرد عضو طبیعی موثر واقع شود.

 طراحی یک بیومتریال شامل مراحل زیر است:

آنالیز عملکرد دلخواه و محل مناسب به کارگیری بیومتریال در بدن, فیزیولوژی و بافت شناسی بافت‌هایی که در تماس مستقیم با بیومتریال هستند، انتخاب ماده مناسب و تکنولوژی قابل دسترس در تولید آن, ساخت نمونه‌های اولیه و انجام آزمایش‌های گوناگون جهت بررسی خواص مختلف فیزیکی و شیمیایی, آنالیز زیست‌سازگاری و آزمون های بیولوژیکی بیومتریال در نمونه‌های زنده بادر نظر گرفتن  عملکرد نهایی و در نهایت بررسی‌های مستمر و تست‌های بالینی.

پاسخ یک بیومتریال در مراحل فوق بیش از هر چیز به نوع ماده انتخابی و طراحی آن وابسته است. امروزه مواد بسیاری همچون فلزات, سرامیک‌ها, بافت‌های طبیعی, پلیمرها و یا کامپوزیت‌ها در ساخت یک بیومتریال مناسب به‌کار می‌روند. در دسته مواد پلیمری هیدروژل‌ها با زیست سازگاری بالا و ارتباط مناسبی که با بافت‌های بدن برقرار می‌کنند، امید بسیاری را در جهت طراحی و تهیه بیومتریال‌‌های موفق به‌خصوص در چند دهه اخیر ایجاد نموده‌اند.با وجود پیشرفت‌های چشمگیر حاصل شده ،  تحقیقات وسیعی بر روی هیدروژل‌ها, خواص‌, ساختار, عملکرد آنها در مقابل سیستم‌های زنده و اصلاح و آماده سازی این مواد برای کاربرد به عنوان بیومتریال پیوسته ادامه دارد.

 معرفی هیدروژل‌ها

 هیدروژل‌ها دسته‌ای از مواد پلیمری با ساختار شبکه‌ای (پیوندهای عرضی فیزیکی یا شیمیایی) بوده که قابلیت تورم و جذب آب بالایی دارند. این خصوصیت هیدروژل‌ها را از سایر پلیمرها متمایز می‌سازد. پیوندهای عرضی فیزیکی می‌توانند بوسیله‌ درهم گره خوردگی<!--[if !supportFootnotes]-->[1]<!--[endif]--> زنجیرها، ایجاد بلور در ساختار پلیمر و یا برهمکنش‌های ضعیف مثل پیوند هیدروژنی یا واندروالسی تشکیل شوندکه در شکل زیر نمایی ازاین پیوند ها دیده میشود.

شکل1 :       <!--[if !vml]--><!--[endif]-->پیوند های عرضی توسط یک عامل شبکه ای کننده

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->پیوند عرضی حاصل از برهمکنش گروه های عاملی در طول زنجیر

اهمیت هیدروژل‌ها در کاربردهای پزشکی اولین بار در سال 1950 با استفاده از ژل پلی 2-هیدروکسی اتیل متاکریلات ((PHEMA در ساخت لنزهای تماسی نرم آشکار شد. این ژل خاصیت ترشوندگی بسیار خوب، رفتار الاستیکی بالا و زیست‌سازگاری مناسبی از خود نشان ‌داد. به این جهت نسبت به سایر پلیمرهای سنتزی شباهت خوبی با بافت‌های طبیعی بدن داشت. پس از آن تحقیقات زیادی در جهت توسعه هیدروژل‌ها در کاربردهای پزشکی صورت گرفت. همان‌طورکه اشاره شد، موفقیت یک بیومتریال به میزان زیست سازگاری آن بستگی دارد. فاکتورهای بسیاری بر زیست‌سازگاری یک ماده موثر بوده و بررسی تمام منابع موجود نشان می‌دهد که هیدروژل‌ها موادی زیست سازگار هستند. این خصوصیت در پی چند عامل است:

<!--[if !supportLists]-->1.           <!--[endif]-->کشش سطحی<!--[if !supportFootnotes]-->[2]<!--[endif]--> هیدروژل‌ها در فصل مشترک با بافت‌های بیولوژیک پایین است و این عامل جذب پروتئین و چسبندگی سلولی را کاهش میدهد. به دلیل محتوای آب بالای این مواد, سطح هیدروژل به عنوان یک  سطح قابل نفوذ ابر آبدوست شناخته می‌شود که از زیست سازگاری بالایی برخوردار است.

<!--[if !supportLists]-->2.            <!--[endif]--> هیدروژل‌ها برخی از خصوصیات هیدرودینامیک ژل‌های بیولوژیک بدن, بافت‌ها و سلول‌ها را مدل‌سازی می‌کنند و این بررسی رفتار بافت‌های طبیعی را نیز آسان‌تر می‌سازد.

<!--[if !supportLists]-->3.            <!--[endif]--> ماهیت نرم و الاستیک برخی از هیدروژل‌ها، اصطکاک سطحی این مواد را با بافت‌های اطراف کم می‌کند. کاهش اصطکاک سطحی باعث می‌شود که غشا موکوسی مانند سطوح داخلی عروق آسیب کمتری ببیند .

    با توجه به مزایای ذکر شده، خواص مکانیکی اغلب هیدروژل‌ها پایین است به خصوص پس از تورم. البته این مشکل را می‌توان از طریق اصلاح ساختار با روش‌های مختلف برطرف کرد.

از جمله کاربردهای هیدروژل‌ها به عنوان بیومتریال در پزشکی زیستی<!--[if !supportFootnotes]-->[3]<!--[endif]-->،  می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

در تهیه پانسمان‌ها و زخم پوش‌ها، عدسی‌های چشمی، غشاءهای زیستی، سیستم‌های انتقال دارو, مهندسی بافت<!--[if !supportFootnotes]-->[4]<!--[endif]-->، پوست مصنوعی, انواع داربست‌های تشکیل شونده در محل<!--[if !supportFootnotes]-->[5]<!--[endif]-->، ساخت بیوسنسورها، نانو بیومتریال‌ها و . . .. جدول 1 عمومی‌ترین و مهمترین هیدروژ‌ل‌های پلیمری و کاربرد آنها در پزشکی را نشان می‌دهد.

جدول 1: مهمترین هیدروژل‌های مورد استفاده در پزشکی