बायोसिरेमिक

बायोसिरेमिक्स और बायोग्लास सिरेमिक पदार्थ हैं जो जैव संगत हैं। बायोसिरेमिक्स जैव पदार्थ का एक महत्वपूर्ण उपसमुच्चय है। बायोसिरेमिक्स में सिरेमिक ऑक्साइड से बायोकम्पैटिबिलिटी होती है, जो निकाय में अक्रिय होते हैं, रिसोर्बेबल पदार्थ के दूसरे चरम तक, जो अंततः मरम्मत में सहायता करने के बाद निकाय द्वारा प्रतिस्थापित कर दिए जाते हैं। बायोसिरेमिक्स का उपयोग कई प्रकार की चिकित्सा प्रक्रियाओं में किया जाता है। बायोसिरेमिक्स प्रायः शल्य चिकित्सा प्रत्यारोपण में कठोर पदार्थ के रूप में उपयोग किए जाते हैं, हालांकि कुछ बायोसेरामिक्स लचीले होते हैं। उपयोग की जाने वाली सिरेमिक पदार्थ चीनी मिट्टी के बरतन प्रकार के सिरेमिक पदार्थ के समान नहीं है। बल्कि, बायोसिरेमिक या तो निकाय की अपनी पदार्थों से निकटता से संबंधित हैं या अत्यंत टिकाऊ धातु ऑक्साइड हैं।

इतिहास
1925 से पहले, प्रत्यारोपण शल्य चिकित्सा में प्रयुक्त पदार्थ मुख्य रूप से अपेक्षाकृत शुद्ध धातु थी। अपेक्षाकृत प्राचीन शल्य चिकित्सा तकनीकों पर विचार करते हुए इन पदार्थों की सफलता आश्चर्यजनक थी। 1930 के दशक ने बेहतर शल्य चिकित्सा तकनीकों के युग के प्रारम्भ के साथ-साथ विटालियम जैसे मिश्र धातुओं का पहला उपयोग चिह्नित किया।

1969 में, एल. एल. हेन्च और अन्य ने पता लगाया कि विभिन्न प्रकार के कांच और मिट्टी के पात्र जीवित हड्डी से जुड़ सकते हैं। हेन्च सामग्री पर एक सम्मेलन के लिए अपने रास्ते पर विचार से प्रेरित थे। वह एक कर्नल के पास बैठा था जो अभी-अभी वियतनाम युद्ध से लौटा था। कर्नल ने साझा किया कि चोट लगने के बाद सैनिकों के शरीर अक्सर प्रत्यारोपण को अस्वीकार कर देते हैं। हेन्च को दिलचस्पी हुई और उन्होंने उन सामग्रियों की जांच शुरू की जो जैव-संगत होंगी। अंतिम उत्पाद एक नई सामग्री थी जिसे उन्होंने बायोग्लास कहा। इस कार्य ने एक नए क्षेत्र को प्रेरित किया जिसे बायोसिरेमिक कहा जाता है। बायोग्लास की खोज के साथ, बायोसेरामिक्स में रुचि तेजी से बढ़ी।

26 अप्रैल, 1988 को क्योटो, जापान में बायोसेरामिक्स पर पहली अंतर्राष्ट्रीय संगोष्ठी आयोजित की गई थी।

अनुप्रयोग
सिरेमिक अब आमतौर पर चिकित्सा क्षेत्रों में दंत प्रत्यारोपण और हड्डी प्रत्यारोपण (दवा) के रूप में उपयोग किया जाता है। सर्जिकल cermets नियमित रूप से उपयोग किया जाता है। ज्वाइंट रिप्लेसमेंट आमतौर पर पहनने और सूजन प्रतिक्रिया को कम करने के लिए बायोसिरेमिक सामग्री के साथ लेपित होते हैं। बायोसिरेमिक के चिकित्सा उपयोग के अन्य उदाहरण पेसमेकर, किडनी डायलिसिस मशीन और श्वासयंत्र में हैं। 2010 में चिकित्सा सिरेमिक और सिरेमिक घटकों की वैश्विक मांग लगभग 9.8 बिलियन अमेरिकी डॉलर थी। अगले वर्षों में 6 से 7 प्रतिशत की वार्षिक वृद्धि होने का अनुमान लगाया गया था, साथ ही विश्व बाजार मूल्य 2015 तक बढ़कर 15.3 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने और पहुंच जाने की भविष्यवाणी की गई थी। 2018 तक यूएस $ 18.5 बिलियन।

यांत्रिक गुण और संरचना
बायोसेरामिक्स का उपयोग एक्सट्रॉस्पोरियल सर्कुलेशन सिस्टम (उदाहरण के लिए किडनी डायलिसिस) या इंजीनियर बायोरिएक्टर में किया जाता है; हालाँकि, वे इम्प्लांट (दवा) के रूप में सबसे आम हैं। मिट्टी के पात्र अपने भौतिक-रासायनिक गुणों के कारण बायोमटेरियल्स के रूप में कई अनुप्रयोगों को दिखाते हैं। उन्हें मानव शरीर में निष्क्रिय होने का लाभ है, और उनकी कठोरता और घर्षण प्रतिरोध उन्हें हड्डियों और दांतों के प्रतिस्थापन के लिए उपयोगी बनाता है। कुछ सिरेमिक में घर्षण के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध भी होता है, जो उन्हें खराब जोड़ों के लिए प्रतिस्थापन सामग्री के रूप में उपयोगी बनाता है। विशिष्ट बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए उपस्थिति और विद्युत इन्सुलेशन जैसे गुण भी चिंता का विषय हैं।

कुछ बायोसेरामिक्स में अल्यूमिनियम ऑक्साइड (Al2O3) क्योंकि उनका जीवनकाल रोगी की तुलना में अधिक लंबा होता है। सामग्री का उपयोग मध्य कान के अस्थि-पंजर, ओकुलर प्रोस्थेसिस, पेसमेकर के लिए विद्युत इन्सुलेशन, कैथेटर ऑरिफिस और कार्डियक पंप जैसे इम्प्लांटेबल सिस्टम के कई प्रोटोटाइप में किया जा सकता है। Aluminosilicates आमतौर पर दंत कृत्रिम अंग, शुद्ध या सिरेमिक-बहुलक दंत सम्मिश्रण में उपयोग किया जाता है। सिरेमिक-बहुलक सम्मिश्रण विषाक्त प्रभाव वाले संदेहास्पद अमलगम की जगह गुहाओं को भरने का एक संभावित तरीका है। एलुमिनोसिलिकेट्स में एक कांच की संरचना भी होती है। राल में कृत्रिम दांतों के विपरीत, टूथ सिरेमिक का रंग स्थिर रहता है ऑस्टियोआर्टिकुलर प्रोस्थेसिस के लिए एल्यूमिना के विकल्प के रूप में येट्रियम ऑक्साइड के साथ डोप किए गए जिरकोनिया को प्रस्तावित किया गया है। मुख्य लाभ एक बड़ी विफलता शक्ति और थकान के लिए एक अच्छा प्रतिरोध है।

कांच का कार्बन का भी उपयोग किया जाता है क्योंकि यह हल्का, पहनने के लिए प्रतिरोधी और रक्त के अनुकूल होता है। यह ज्यादातर कार्डियक वाल्व रिप्लेसमेंट में उपयोग किया जाता है। हीरे का उपयोग उसी अनुप्रयोग के लिए किया जा सकता है, लेकिन लेप के रूप में।

कैल्शियम फॉस्फेट-आधारित सिरेमिक वर्तमान में, आर्थोपेडिक और मैक्सिलोफेशियल अनुप्रयोगों में पसंदीदा हड्डी स्थानापन्न सामग्री है, क्योंकि वे संरचना और रासायनिक संरचना में हड्डी के मुख्य खनिज चरण के समान हैं। इस तरह के सिंथेटिक हड्डी विकल्प या मचान सामग्री आमतौर पर झरझरा होती है, जो एक बढ़ी हुई सतह क्षेत्र प्रदान करती है जो ऑसियोइंटीग्रेशन को प्रोत्साहित करती है, जिसमें सेल उपनिवेशीकरण और पुनरोद्धार शामिल है। हालांकि, ऐसी झरझरा सामग्री आमतौर पर हड्डी की तुलना में कम यांत्रिक शक्ति प्रदर्शित करती है, जिससे अत्यधिक झरझरा प्रत्यारोपण बहुत नाजुक हो जाता है। चूंकि सिरेमिक सामग्री के लोचदार मॉड्यूलस मूल्य आम तौर पर आसपास के हड्डी के ऊतकों की तुलना में अधिक होते हैं, इसलिए इम्प्लांट हड्डी इंटरफ़ेस पर यांत्रिक तनाव पैदा कर सकता है। बायोसेरामिक्स में आमतौर पर पाए जाने वाले कैल्शियम फॉस्फेट में हाइड्रोक्सीपैटाइट (एचएपी) सीए शामिल हैं10(बाद में4)6(ओह)2; ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट β (β टीसीपी): Ca3 (बाद में4)2; और HAP और β TCP का मिश्रण।

तालिका 1: जैव चीनी मिट्टी के अनुप्रयोग

तालिका 2: सिरेमिक बायोमैटिरियल्स के यांत्रिक गुण

बहुउद्देशीय
कई प्रत्यारोपित सिरेमिक वास्तव में विशिष्ट बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं। हालांकि, वे अपने गुणों और अपनी अच्छी जैव अनुकूलता के कारण विभिन्न इम्प्लांटेबल सिस्टम में अपना रास्ता खोजने का प्रबंधन करते हैं। इन मिट्टी के पात्र में, हम सिलिकन [[कार्बाइड]], टाइटेनियम नाइट्राइड और कार्बाइड और बोरॉन नाइट्राइड का हवाला दे सकते हैं। TiN को हिप कृत्रिम अंग में घर्षण सतह के रूप में सुझाया गया है। जबकि सेल कल्चर परीक्षण एक अच्छी जैव-अनुकूलता दिखाते हैं, प्रत्यारोपण का विश्लेषण TiN परत के एक delaminating से संबंधित महत्वपूर्ण पहनने को दर्शाता है। सिलिकॉन कार्बाइड एक अन्य आधुनिक-दिन का सिरेमिक है जो अच्छी जैव-अनुकूलता प्रदान करता है और हड्डी के प्रत्यारोपण में इसका उपयोग किया जा सकता है।

विशिष्ट उपयोग
उनके पारंपरिक गुणों के लिए उपयोग किए जाने के अलावा, बायोएक्टिव सिरेमिक्स ने अपनी जैविक गतिविधि के कारण विशिष्ट उपयोग देखा है। कैल्शियम फॉस्फेट, ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड इसके सामान्य उदाहरण हैं। अन्य प्राकृतिक सामग्री - आम तौर पर पशु मूल की - जैसे कि बायोग्लास और अन्य कंपोजिट खनिज-कार्बनिक मिश्रित सामग्री जैसे कि HAP, एल्यूमिना, या टाइटेनियम डाइऑक्साइड के साथ बायोकंपैटिबल पॉलिमर (पॉलीमेथाइलमेथैक्रिलेट): PMMA, पॉली (एल-लैक्टिक) एसिड का संयोजन पेश करते हैं। : PLLA, पॉली (एथिलीन)। कंपोजिट्स को बायोरेसोरेबल या गैर-बायोरेसोरबल के रूप में विभेदित किया जा सकता है, बाद वाला एक गैर-बायोरेसोरेबल पॉलीमर (पीएमएमए, पीई) के साथ बायोरेसोरेबल कैल्शियम फॉस्फेट (एचएपी) के संयोजन का परिणाम है। हड्डी के समान यांत्रिक गुणों के साथ जैविक गतिविधि के संयोजन में कई संयोजन संभावनाओं और उनकी योग्यता के कारण भविष्य में ये सामग्रियां अधिक व्यापक हो सकती हैं।

बायोकम्पैटिबिलिटी
बायोसिरेमिक के एंटीकोर्सिव, बायोकंपैटिबल और एस्थेटिक होने के गुण उन्हें चिकित्सा उपयोग के लिए काफी उपयुक्त बनाते हैं। zirconia सिरेमिक में बायोइनर्टनेस और नॉनसाइटोटॉक्सिसिटी है। कार्बन हड्डी के समान यांत्रिक गुणों वाला एक अन्य विकल्प है, और इसमें रक्त अनुकूलता, कोई ऊतक प्रतिक्रिया और कोशिकाओं के लिए गैर-विषाक्तता भी शामिल है। बायोइनर्ट सिरेमिक्स हड्डी के साथ संबंध प्रदर्शित नहीं करते हैं, जिसे ऑसियोइंटीग्रेशन के रूप में जाना जाता है। हालांकि, बायोएक्टिव सिरेमिक के साथ कंपोजिट बनाकर बायोइनर्ट सिरेमिक की बायोएक्टिविटी हासिल की जा सकती है। बायोग्लास सहित बायोएक्टिव सेरेमिक गैर-विषैले होने चाहिए, और हड्डी के साथ एक बंधन बनाते हैं। हड्डी की मरम्मत के अनुप्रयोगों में, यानी हड्डी के पुनर्जनन के लिए मचान, जैव मिट्टी की घुलनशीलता एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, और हड्डी की वृद्धि दर के सापेक्ष अधिकांश जैव मिट्टी की धीमी विघटन दर उनके उपचारात्मक उपयोग में एक चुनौती बनी हुई है। अप्रत्याशित रूप से, बायोकेरामिक्स के यांत्रिक गुणों को बनाए रखने या सुधारने के दौरान उनके विघटन विशेषताओं में सुधार करने पर अधिक ध्यान दिया जाता है। क्रिस्टलीय सामग्री के सापेक्ष उच्च विघटन दर के साथ ग्लास सिरेमिक ऑस्टियोइंडक्टिव गुण प्राप्त करते हैं, जबकि क्रिस्टलीय कैल्शियम फॉस्फेट सिरेमिक भी ऊतकों और बायोरेसोरशन के लिए गैर-विषाक्तता प्रदर्शित करते हैं। सिरेमिक पार्टिकुलेट रीइन्फोर्समेंट ने इम्प्लांट अनुप्रयोगों के लिए अधिक सामग्री का चयन किया है जिसमें सिरेमिक/सिरेमिक, सिरेमिक/बहुलक, और सिरेमिक/मेटल कंपोजिट शामिल हैं। इन सम्मिश्रणों में सेरामिक/बहुलक सम्मिश्रण आस-पास के ऊतकों में विषैले तत्व छोड़ते पाए गए हैं। धातुओं को संक्षारण संबंधी समस्याओं का सामना करना पड़ता है, और धातु के प्रत्यारोपण पर सिरेमिक कोटिंग्स लंबे समय तक अनुप्रयोगों के दौरान समय के साथ ख़राब हो जाती हैं। सिरेमिक/सिरेमिक सम्मिश्रण अस्थि खनिजों की समानता के कारण श्रेष्ठता का आनंद लेते हैं, जैव-अनुकूलता प्रदर्शित करते हैं और आकार देने की तैयारी करते हैं। बायोसिरेमिक्स की जैविक गतिविधि को विभिन्न इन विट्रो और इन विवो अध्ययनों के तहत माना जाना है। आरोपण की विशेष साइट के अनुसार प्रदर्शन की जरूरतों पर विचार किया जाना चाहिए।

प्रसंस्करण
तकनीकी रूप से, मिट्टी के पात्र कच्चे माल जैसे पाउडर और प्राकृतिक या सिंथेटिक रासायनिक योजक से बने होते हैं, जो या तो संघनन (गर्म, ठंडा या आइसोस्टैटिक), सेटिंग (हाइड्रोलिक या रासायनिक) के पक्ष में होते हैं, या सिंटरिंग प्रक्रियाओं को तेज करते हैं। उपयोग की जाने वाली फॉर्मूलेशन और आकार देने की प्रक्रिया के अनुसार, बायोकेमिक्स घनत्व और सरंध्रता में सीमेंट्स, सिरेमिक जमा, या सिरेमिक कंपोजिट के रूप में भिन्न हो सकते हैं। सरंध्रता अक्सर बायोसेरामिक्स में बायोग्लास सहित वांछित होती है। प्रतिरोपित झरझरा बायोसेरामिक्स के प्रदर्शन में सुधार की दिशा में, सरंध्रता, छिद्र आकार वितरण और छिद्र संरेखण के नियंत्रण के लिए कई प्रसंस्करण तकनीकें उपलब्ध हैं। क्रिस्टलीय सामग्री के लिए, अनाज के आकार और क्रिस्टलीय दोष बायोडिग्रेडेशन और ऑसियोइंटीग्रेशन को बढ़ाने के लिए आगे के रास्ते प्रदान करते हैं, जो प्रभावी बोन ग्राफ्ट और बोन ट्रांसप्लांट सामग्री के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह अनाज शोधन करने वाले डोपेंट को शामिल करके और विभिन्न भौतिक साधनों के माध्यम से क्रिस्टलीय संरचना में दोष लगाकर प्राप्त किया जा सकता है।

बायोमिमेटिक प्रक्रियाओं पर आधारित एक विकासशील सामग्री प्रसंस्करण तकनीक का उद्देश्य प्राकृतिक और जैविक प्रक्रियाओं की नकल करना है और परंपरागत या जलतापीय प्रक्रियाओं [जीआरओ 96] के बजाय परिवेश के तापमान पर बायोकेरामिक्स बनाने की संभावना प्रदान करना है। इन अपेक्षाकृत कम प्रसंस्करण तापमानों का उपयोग करने की संभावना प्रोटीन और जैविक रूप से सक्रिय अणुओं (विकास कारक, एंटीबायोटिक्स, एंटी-ट्यूमर एजेंट, आदि) के अतिरिक्त जैविक गुणों के साथ खनिज कार्बनिक संयोजनों के लिए संभावनाएं खोलती है। हालांकि, इन सामग्रियों में खराब यांत्रिक गुण होते हैं, जिन्हें आंशिक रूप से, बंधन प्रोटीन के साथ जोड़कर सुधार किया जा सकता है।

वाणिज्यिक उपयोग
क्लिनिकल उपयोग के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सामान्य बायोएक्टिव सामग्रियों में 45S5 बायोएक्टिव ग्लास, A/W बायोएक्टिव ग्लास सिरेमिक, घने सिंथेटिक HA और बायोएक्टिव कंपोजिट जैसे polyethylene मिश्रण शामिल हैं। ये सभी सामग्रियां आसन्न ऊतक के साथ एक इंटरफेसियल बंधन बनाती हैं।

उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना बायोसेरामिक्स वर्तमान में विभिन्न उत्पादकों के पास व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। ब्रिटेन के निर्माता मॉर्गन एडवांस्ड सेरामिक्स (मैक) ने 1985 में आर्थोपेडिक उपकरणों का निर्माण शुरू किया और हिप रिप्लेसमेंट के लिए सिरेमिक फीमोरल हेड्स का एक मान्यता प्राप्त आपूर्तिकर्ता बन गया। MAC Bioceramics का एल्यूमिना सिरेमिक सामग्री के लिए सबसे लंबा नैदानिक ​​इतिहास है, जो 1985 से HIP Vitox® एल्यूमिना का निर्माण कर रहा है। एक एपेटाइट संरचना के साथ कुछ कैल्शियम-कमी वाले फॉस्फेट इस प्रकार ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट के रूप में व्यावसायीकरण किए गए, भले ही उन्होंने ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट की अपेक्षित क्रिस्टलीय संरचना का प्रदर्शन नहीं किया।

वर्तमान में, एचए के रूप में वर्णित कई वाणिज्यिक उत्पाद विभिन्न भौतिक रूपों में उपलब्ध हैं (उदाहरण के लिए, विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ब्लॉक)। HA/पॉलिमर कम्पोजिट (HA/पॉलीथीलीन, HAPEXTM) कान के प्रत्यारोपण, अपघर्षक, और आर्थोपेडिक और दंत प्रत्यारोपण के लिए प्लाज्मा-स्प्रे कोटिंग के लिए भी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है।

कैनबिस या डेल्टा 8 उपकरणों में बायोकेरामिक्स का उपयोग ऐसे अर्क के वाष्पीकरण के लिए बत्ती के रूप में किया जाता है।

भविष्य के रुझान
Bioceramics को कैंसर के संभावित उपचार के रूप में प्रस्तावित किया गया है। उपचार के दो तरीके प्रस्तावित किए गए हैं: अतिताप और रेडियोथेरेपी। हाइपरथर्मिया उपचार में एक जैव-रासायनिक सामग्री का आरोपण शामिल होता है जिसमें फेराइट या अन्य चुंबकीय सामग्री होती है। क्षेत्र तब एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आता है, जिससे प्रत्यारोपण और आसपास का क्षेत्र गर्म हो जाता है। वैकल्पिक रूप से, बायोसिरेमिक सामग्री को बी-एमिटिंग सामग्री से डोप किया जा सकता है और कैंसर वाले क्षेत्र में प्रत्यारोपित किया जा सकता है।

अन्य प्रवृत्तियों में विशिष्ट कार्यों के लिए इंजीनियरिंग बायोसेरामिक्स शामिल हैं। चल रहे अनुसंधान में उनकी जैव-अनुकूलता में सुधार करने के लिए सामग्री के रसायन शास्त्र, संरचना, और सूक्ष्म और नैनोस्ट्रक्चर शामिल हैं।

यह भी देखें

 * सिरेमिक-गर्भवती फ़ैब्रिक