در سالهای اخیر، علم مهندسی سطح و فناوری نانو توانسته تحولی اساسی در حوزهی پزشکی و تجهیزات درمانی ایجاد کند. یکی از شاخههای مهم این پیشرفتها، نانوپوششهای PVD (Physical Vapor Deposition) است که با ایجاد لایههایی فوقسخت، زیستسازگار و مقاوم به سایش، عملکرد و دوام ابزارهای پزشکی را به شکل چشمگیری بهبود داده است.
شرکتهای دانشبنیان ایرانی از جمله فناوران سخت آرا نیز با بهرهگیری از فناوریهای نوین پوششدهی نانوساختار، در مسیر ارتقای کیفیت تجهیزات پزشکی گامهای مؤثری برداشتهاند.
فناوری PVD چیست و چرا برای پزشکی اهمیت دارد؟
فناوری PVD، یا «رسوبدهی فیزیکی از بخار»، فرآیندی است که طی آن لایههای نازکی از مواد فلزی یا سرامیکی به روش تبخیر و چگالش بر سطح قطعات نشانده میشود. این فرآیند در محیط خلأ انجام میگیرد و امکان ایجاد پوششهایی با ضخامت چند نانومتر تا چند میکرومتر را فراهم میسازد.
در حوزهی پزشکی، اهمیت این روش در دو ویژگی کلیدی آن نهفته است:
- زیستسازگاری (Biocompatibility) – به این معنا که پوشش ایجادشده هیچ واکنش آلرژیک یا سمی در بدن انسان ایجاد نمیکند.
- افزایش دوام و مقاومت سطحی – ابزارهای جراحی و قطعات کاشتنی (ایمپلنتها) با این پوششها مقاومت بالاتری در برابر خوردگی، اکسیداسیون و سایش پیدا میکنند.
پوششهای نانوساختار در ایمپلنتهای پزشکی
یکی از چالشهای اصلی در کاشت ایمپلنتهای فلزی، آزاد شدن یونهای فلزی (مانند کبالت یا کروم) در بدن است که ممکن است باعث واکنشهای آلرژیک یا التهابی شود.
پوششهای PVD مانند TiN، TiAlN و DLC (Diamond-Like Carbon) به عنوان لایهای محافظ عمل کرده و از تماس مستقیم فلز پایه با بافت بدن جلوگیری میکنند.
این پوششها تا ۹۸٪ مانع آزادسازی یونهای فلزی میشوند و در عین حال باعث کاهش سایش سطوح مفصلهای مصنوعی تا ۷۰٪ میگردند.
به همین دلیل، در ساخت مفصلهای زانو و لگن مصنوعی، این فناوری جایگزین روشهای سنتی آبکاری شده است.
افزایش دوام و کارایی ابزارهای جراحی
ابزارهای جراحی نظیر تیغهای جراحی، انبرها و متههای ارتوپدی، در معرض تماس مداوم با خون، مایعات بدن و مواد ضدعفونیکننده قرار دارند.
پوششهای سخت نانوساختار مانند ZrN/CrN، TiAlN و DLC که با روش PVD اعمال میشوند، سبب میشوند سطح ابزار:
- در برابر خوردگی شیمیایی مقاوم شود؛
- اصطکاک کمتری داشته باشد (در نتیجه حرارت و فرسایش کاهش یابد)؛
- ظاهر براق و تمیزی خود را برای مدت طولانی حفظ کند.
افزون بر این، خاصیت ضدچسبندگی (anti-sticking) این پوششها مانع از چسبیدن بافت یا مایعات به ابزار میشود، که خود به استریلیزاسیون آسانتر و افزایش ایمنی جراحی کمک میکند.
نانوپوششهای PVD؛ راهکاری ضدآلرژی و زیستسازگار
بسیاری از بیماران به آلیاژهای فلزی حساسیت دارند. نانوپوششهای PVD به عنوان سدی بین بدن و فلز پایه عمل میکنند و مانع تماس مستقیم با آلیاژهای حساسیتزا میشوند.
برای مثال، در ایمپلنتهای ساختهشده از Co-Cr-Mo یا Ti-6Al-4V، لایههای DLC یا TiN نهتنها از خوردگی جلوگیری میکنند بلکه به دلیل سطح صاف و غیرواکنشپذیر خود، از تجمع باکتری و ایجاد التهاب نیز پیشگیری میکنند.
پوششهای DLC؛ الماس مصنوعی در خدمت پزشکی
یکی از پرکاربردترین پوششهای زیستی، پوشش الماسمانند DLC است که ضریب اصطکاک آن کمتر از ۰.۱ است.
این ویژگی باعث میشود در مفاصل مصنوعی، حرکت نرمتر و بدون صدای قطعات فراهم شود.
از دیگر مزایای پوشش DLC میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی در محیطهای بدن؛
- جلوگیری از چسبیدن پروتئینها و باکتریها به سطح ایمپلنت؛
- امکان استفاده در ابزارهای جراحی ظریف مانند تیغهای میکروجراحی، کاترها و سوزنهای دقیق.
توسعه فناوری PVD در ایران
در دهه اخیر، شرکتهای فناور داخلی از جمله فناوران سخت آرا توانستهاند فناوری پوششدهی نانوساختار را بومیسازی کنند و خدمات صنعتی در حوزه پزشکی ارائه دهند.
این شرکت با استفاده از پوششهایی مانند TiN، CrN و DLC توانسته دوام ابزارهای جراحی و ایمپلنتهای فلزی را افزایش دهد و در برخی موارد جایگزینی برای پوششهای وارداتی فراهم آورد.
همچنین با بهرهگیری از سیستمهای لایهنشانی پیشرفته، امکان کنترل ضخامت و ترکیب پوشش در مقیاس نانو فراهم شده است که دقت و کیفیت تجهیزات پزشکی را به سطح استانداردهای جهانی رسانده است.
آینده نانوپوششهای پزشکی
تحقیقات جاری نشان میدهد نسل جدید پوششهای نانوساختار، نهتنها نقش محافظتی دارند، بلکه میتوانند خاصیت ضدباکتریایی یا رهاسازی دارو نیز پیدا کنند.
به عنوان مثال، ترکیب نانوذرات نقره یا اکسید روی در لایههای PVD میتواند مانع رشد باکتریهای مضر شود و خطر عفونت پس از جراحی را کاهش دهد.
با تداوم این پیشرفتها، میتوان انتظار داشت که در آینده نزدیک، ایمپلنتها و ابزارهای جراحی با عمر طولانیتر، عملکرد دقیقتر و سازگاری بالاتر با بدن انسان تولید شوند.
جمعبندی
نانوپوششهای PVD امروزه به عنوان یکی از فناوریهای کلیدی در صنعت تجهیزات پزشکی شناخته میشوند. این پوششها با ترکیب ویژگیهای زیستسازگاری، سختی بالا، مقاومت به خوردگی و اصطکاک پایین، توانستهاند در بهبود کیفیت و ایمنی ابزارهای پزشکی نقشی اساسی ایفا کنند.
استفاده از این فناوری در ایران نیز با تلاش شرکتهایی مانند فناوران سخت آرا به مرحله تجاری رسیده و نویدبخش آیندهای است که در آن، تجهیزات پزشکی با دوامتر، ایمنتر و سازگارتر با بدن انسان تولید خواهند شد.