به گزارش خبرگزاری ایمنا، مطالعه‌ای که در مجله نیچر منتشر شده نشان می‌دهد که بزرگ‌تر کردن ساختارهای ریز درون فلز که به آن‌ها «دانه» گفته می‌شود، منجر به تولید ایمپلنت‌های زیست‌تجزیه‌پذیری می‌شود که دو برابر قوی‌تر از پیچ‌ها و صفحات بر پایه منیزیم هستند که هم‌اکنون در جراحی‌های ارتوپدی به کار می‌روند. این مواد قوی‌تر در دمای بدن پایداری بیشتری پیدا می‌کنند و این مشکل مهم دوام پایین را که سال‌ها مانع از استفاده گسترده ایمپلنت‌های حل‌شونده شده بود، برطرف می‌کند.
در حال حاضر، زمانی که فرد دچار شکستگی استخوان می‌شود که نیاز به جراحی دارد، پزشکان به‌طورمعمول از پیچ‌ها و صفحات فولادی ضدزنگ یا تیتانیومی استفاده می‌کنند؛ این ایمپلنت‌ها مؤثر هستند، اما به‌صورت دائمی در بدن باقی می‌مانند و ممکن است مشکلاتی همچون تحلیل استخوان در اطراف محل ایمپلنت یا شل‌شدگی ایجاد کنند که نیاز به جراحی مجدد دارد، ایمپلنت‌های زیست‌تجزیه‌پذیر به استخوان کمک می‌کنند تا بهبود پیدا کند و پس از آن به‌طور ایمن در بدن حل می‌شوند و نیازی به جراحی برای خارج‌کردن آن‌ها نیست، بااین‌حال گزینه‌های کنونی که از آلیاژهای منیزیم ساخته شده‌اند، به‌نسبت ضعیف هستند و تنها در قسمت‌هایی از بدن که بار زیادی را تحمل نمی‌کنند قابل استفاده‌اند، محققان با آلیاژهای روی-منیزیم کار می‌کردند، زمانی که متوجه شدند نمونه‌هایی که دانه‌های بزرگ‌تری دارند در آزمایش‌های مقاومت عملکرد بهتری نسبت به نمونه‌های دارای دانه‌های کوچک‌تر نشان می‌دهند.
برای درک این پدیده، پژوهشگران نمونه‌هایی با اندازه دانه‌ای بین ۱۱ تا ۴۷ میکرومتر را مورد بررسی قرار دادند. با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی پیشرفته و آزمایش‌های فشاری، مشخص شد که نحوه تغییر شکل فلز به‌شدت به اندازه دانه‌ها بستگی دارد، در نمونه‌های دارای دانه‌های کوچک، تغییر شکل بیشتر در مرز بین دانه‌ها رخ می‌دهد، اما در نمونه‌های با دانه‌های بزرگ‌تر، تغییر در داخل خود دانه و از طریق نوعی لغزش کریستالی خاص و یک پدیده چرخشی غیرمعمول به‌نام «دوقلویی‌های انطباقی» (Accommodation Twins) رخ می‌دهد، این «دوقلویی‌های انطباقی» با دوقلویی‌های مکانیکی معمول در فلزات متفاوت‌اند. در حالی که دوقلویی‌های مکانیکی به فلز کمک می‌کنند تا در برابر فشار خارجی تغییر شکل دهد، دوقلویی‌های انطباقی به دانه‌های مجاور کمک می‌کنند تا تغییر شکل یکدیگر را جبران کنند و ساختار کلی فلز را پایدار نگه دارند.
چرا آلیاژ با دانه‌های بزرگ‌تر قوی‌تر است؟
علت این رابطه معکوس به ساختار بلوری منحصربه‌فرد روی بازمی‌گردد، اتم‌های روی در الگویی شش‌ضلعی مرتب می‌شوند که موجب می‌شود رفتار فلز در جهت‌های مختلف بسیار متفاوت باشد که بسیار بیشتر از فلزاتی همچون منیزیم و تیتانیوم است، زمانی که فشار به فلز وارد می‌شود، دانه‌های بزرگ‌تر، تنش را به‌طور یکنواخت‌تری پخش می‌کنند و در نتیجه ماده قوی‌تر می‌شود. پژوهشگران آلیاژهای خود را در دمای اتاق و در سرمای شدید آزمایش کردند و دریافتند که این اثر در هر دو حالت پابرجا است، در دمای نیتروژن مایع که نمونه‌های با دانه‌های بزرگ حتی دو برابر قوی‌تر از حالت دمای اتاق بودند.
دانشمندان آلیاژها را هم در شرایط آزمایشگاهی و هم در مدل‌های زنده خرگوش طی شش هفته بررسی کردند تا رفتار ایمپلنت‌ها در بدن را بشناسند، در آزمایش‌های انجام‌شده با سلول‌های استخوان انسان، زمانی که فلز رقیق شده بود، اثر سمی بسیار کمی از خود نشان داد و در محدوده مجاز بین‌المللی باقی ماند، فلز تنها مقادیر بسیار اندکی از روی، منیزیم، مس و منگنز آزاد کرد که کمتر از میزانی است که یک انسان به‌طور روزانه از طریق تغذیه به‌طور ایمن مصرف می‌کند، در آزمایش‌های حیوانی، پیچ‌های ساخته‌شده از آلیاژ جدید با نرخ ۰.۱۱ میلی‌متر در سال در استخوان ران خرگوش تجزیه شدند.
آینده‌ای امیدوارکننده برای پزشکی ارتوپدی
عنصر کلیدی این نسل جدید از ایمپلنت‌های حل‌شونده، فلز روی است. این آلیاژها با فرایندهایی همچون ذوب، ریخته‌گری و اکستروژن گرم تولید می‌شوند که فرایندهایی هستند که همین حالا در تولید ابزارهای پزشکی کاربرد دارند، بنابراین این فناوری می‌تواند بدون نیاز به زیرساخت جدید، در مقیاس تجاری گسترش پیدا کند، ایمپلنت‌های زیست‌تجزیه‌پذیر قوی‌تر می‌توانند گزینه‌های درمانی را برای شکستگی‌های پیچیده گسترش دهند، نیاز به جراحی‌های مجدد را کاهش دهند و عوارض طولانی‌مدت ناشی از ایمپلنت‌های دائمی را از میان بردارند، گام بعدی بهینه‌سازی ترکیب آلیاژ برای کاربردهای خاص و انجام مطالعات حیوانی بزرگ‌تر است، در صورت موفقیت این آلیاژهای زیست‌تجزیه‌پذیر می‌توانند پزشکی ارتوپدی را متحول کنند و مزایای ایمپلنت‌های دائمی را با راحتی ایمپلنت‌های موقت برای میلیون‌ها بیمار در سراسر جهان فراهم آورند.