روش سل- ژل (Sol – Gel)

فرآیند سل-ژل (به انگلیسی: Sol-gel) که همچنین با نام رسوب‌دهی محلول شیمیایی (به انگلیسی: Chemical Solution Deposition) از آن یاد می‌شود، یک روش شیمی تر است که در مهندسی و علم مواد و مهندسی سرامیک به طور گسترده استفاده می‌شود. این روش معمولاً برای تولید مواد (به عنوان مثال اکسید فلزات) با شروع از یک محلول شیمیایی (سل) که به عنوان پیش‌ماده برای یک شبکه به‌هم‌پیوسته (ژل) از ذرات گسسته یا پلیمرهای شبکه‌ای است، بکار می‌رود. پیش‌ماده‌های معمول شامل آلکوکسید و کلرید فلزات هستند که تحت واکنش‌های مختلف هیدرولیز و بسپارش مرحله‌ای قرار می‌گیرند.

انواع روش های سل- ژل بر اساس نوع پیش ماده مورده استفاده

تقسیم بندی بر اساس نوع نمک

1-پیش ماده های آلکوکسیدی
2-پیش ماده های نمک فلزی

تقسیم بندی بر اساس نوع محیط پیرامون

1-پیش ماده های پلیمری
2-پیش ماده های آبی

کلوئید

اصطلاح کلوئید از ترکیب دو کلمه یونانی Kolla (به معنی چسب)و eidos (به معنای شبیه)بدست آمده است که اولین بار توسط دانشمند انگلیسی بنام توماس گراهام بکار برده شد.

سل

عموماً سل عبارت است از سوسپانسیون پایدار از ذرات جامد کلوئیدي و یا پلیمري که در یک مایع قرار دارند . این ذرات می توانند آمورف و یا کریستالی باشند . ذرات جامد کلوئیدی که ابعادی نانومتری دارند از طریق دو واکنش تشکیل می شوند که عبارتند از:
1) هیدرولیز: در اثر حل شدن نمک در آب، کاتیون فلزي با آب کمپلکس تشکیل می دهد . در این حالت انتقال جفت الکترون از مولکول آب به اربیتال هاي خالی کاتیون فلز واسطه وجود دارد . بار جزئی هیدروژن افزایش می یابد و مولکول آب خاصیت اسیدي پیدا می کند . بر اساس مقدار اسیدي بودن آب ، انواع واکنش هاي هیدرولیز را می توان د اشت. به طور کلی با افزایش دانسیته بار فلز، افزایش تعداد پل هاي یون هاي فلزي توسط لیگاند هاي اکسو و هیدروکسو و افزایش تعداد هیدروژن موجود در لیگاندها، هیدرولیز آسان تر می شود .
2) کندانسیون: این واکنش توسط دو مکانیزم مختلف هسته دوستی انجام می شود و بستگی به عدد همسایگی فلز دارد . وقتی عدد همسایگی مورد نظر مهیا باشد، کندانسیون توسط یک واکنش جانشینی هسته دوستی انجام می شود و وقتی عدد همسایگی مورد نظر فلز مهیا نباشد، افزودنی هسته دوستی وجود دارد. واکنش کندانسیون که در واقع نوعی پلیمراسیون محسوب می شود خود به دو دسته تقسیم می شود:
1- الیشن: یک فرآیند کندانسیون است به طوري که پل هاي هیدروکسیدي بین دو فلز به وجود می آید.
2- اکسیلیشن: واکنش کندانسیونی است که در آن پل هاي اکسیژنی بین دو فلز به وجود می آید .

مراحل تشکیل سل

مراحل تشکیل سل به طور کلی به دو دسته تقسیم بندی می شوند:
1- تشکیل محلولی حقیقی از پیش ماده ها(پیش ماده های آلکوکسیدی یا پیش ماده های نمک فلزی) مورد نظر در حلال که می تواند آب، الکل یا اسید باشد.
2- تشکیل محلول کلوئیدی(سل) از طریق تبدیل اتم های فلزی به کامپلکس های فلزی توسط واکنش های هیدرولیز و کندانسیون، که در واقع واکنش های به وجود آورنده ذرات کلوئیدی می باشند، با انجام این واکنش ها ذرات بزرگ شده و به ابعاد ذرات کلوئیدی یعنی 1nm تا حدود 100nm می رسند. در این مرحله نانوذرات که معمولا آمورف می باشند تشکیل شده است.
3- پایدار کردن ذرات کلوئیدی و جلوگیری از ته نشین شدن آن ها توسط یک عامل پایدار کننده. این عامل می تواند توسط کنترل عوامل محیطی از قبیل کنترل pH، دمای سل، میزان همزدن سل کنترل شود یا از طریق افزودن مواد شیمیایی کنترل گردد.

تفاوت سل با محلول

کلوئیدها از یک نظر شبیه محلولها هستند و از جهاتی دیگر بکلی با آنها متفاوتند. هر سیستم کلوئیدی حداقل دارای دو بخش است:
1 – فاز پراکنده
2 – محیط پراکندگی
اما محلولهای حقیقی فقط یک فاز دارند و ماده حل شده و حلال باهم یک فاز را تشکیل میدهند. تفاوت بعدی اندازه ذرات در سل یعنی کلوئیدها و اندازه ذره در محلول یعنی اتم ها و یون ها است. در سل اندازه ذرات کلوئیدی معمولا بین 50 تا 2000 آنگستروم است. اما در محلول اندازه اتم ها و یون ها در حد آنگستروم است.

اندازه‌هاي کلوييدي

اگر جسمي را که نرم ساييده شده است در آب بريزيم، يکي از سه حالت زير پيش مي‌آيد:
1. ممکن است يک «محلول حقيقي» تشکيل شود که نتيجه‌ي پراکنده شدنِ اتم‌ها، مولکول‌ها يا يون‌هاي آن جسم در يک حلاّل است. اندازه‌ي ذرات در اين محلول از حدود 1nm تجاوز نمي‌کند؛
2. اين امکان وجود دارد که ذراتِ بزرگتر از حدود 100nm باقي بمانند. اين ذرات ميکروسکوپي، به‌تدريج ته‌نشين مي‌شوند. از آنجا که اين ذرات به طور موقت معلق‌اند و بر اثر ماندن ته‌نشين مي‌شوند، به مخلوط حاصل، «مخلوط معلق» يا «سوسپانسيون»‌ مي‌گويند؛
3. ذراتي که اندازه‌ي آنها از 1nm تا حدود 100nm تغيير مي‌کند، معمولاً به صورت پراکنده در همه‌جاي محيط باقي مي‌مانند. اين نوع مخلوط «کلوييد» ناميده مي‌شود. به عبارت ديگر، در يک مخلوط کلوييدي با «نانوذرات» سروکار داريم.
کلوييدها در ميانه‌ي سوسپانسيون‌ها و محلول‌ها قرار مي‌گيرند، ولي ناهمگن به شمار مي‌روند. محيط‌هاي پيوسته همچون آب يا الکل و جسم پراکنده، هرکدام وضعيت جداگانه‌اي به وجود مي‌آورند.

پایدار سازی سل

منظور از پایدار سازی سل این است که ذرات کلوئیدی ته نشین نشوند و همچنان به صورت سوسپانسیون باقی بمانند تا بتوان همچنان به آن طبق تعریف سل گفته شود.پایداري و یا انعقاد سل در فرآیند سل - ژل بسیار مهم می باشد و ساختار و شبکه ژل به دست آمده با اندازه و شکل ذرات تجمع یافته اولیه مرتبط می باشد .

انواع سل

·         سل کلوئیدی

·        منظور از سل کلوئیدی سلی است که در آن تشکیل ژل فقط از طریق چسبیدن(آگلومراسیون) ذرات کلوئیدی بوجود می آید.

·         سل هاي کلوئیدي مونودیسپرس

·        در این نوع سل ها، تمام ذرات داراي شکل و اندازه یکسان می باشند و تشکیل این نوع سل به دلیل میل شدید به آگلومره شدن بسیار دشوار است.

·         سل هاي کلوئیدي پلی دیسپرس

·        اکثر سیستم هاي کلو ئیدي به این صورت می باشند و اندازه ذرات در آنها یکسان نیست و براي بیان اندازه ذرات از متوسط مقادیر استفاده می شود.

·        سل هاي ماکرومولکولی یا پلیمري

·        منظور از سل پلیمری سلی است که در آن تشکیل ژل از طریق اتصال ذرات کلوئیدی توسط زنجیره های پلیمری بوجود می آید. در این سیستم ها رشد ذرات با تشکیل پلیمر صورت می گیرد و این پلیمرها با یکدیگر اتصال برقرار کرده و سپس حلال ر ا در میان خود به تله می اندازند و سرانجام یک جسم نیمه جامد تشکیل می شود که به آن ژل می گویند. این نوع سل ها معمولا از ارگانومتالیک هاي محلول در الکل حاصل می شوند.

مکانیزم پایدار سازی در سل های کلوئیدی

پایداري یک سل کلوئیدي بستگی به مقدار پتانسیل زتا دارد، به طوري که هرچه پتا نسیل زتا بیشتر باشد پایداري سل بیشتر می باشد . براي یک پتانسیل سطحی یکسان، سد و نیروي دفعی براي ذرات بزرگتر بیشتر می باشد . ارتباط متفاوت بین نیروي جاذبه و نیروي دافعه با اندازه، سبب می شود که وقتی اندازه ذرات از حدي بزرگتر شد، نیروي دافعه بر نیروي جاذبه غلبه کرده و سل پایدار شود.

موارد متاثر در انعقاد(آگلومره شدن و تشکیل ژل) در سل های کلوئیدی

اصولا انعقاد ذرات سل ناشی از موارد زیر می باشد:
1- کاهش پتانسیل سطحی ناشی از تغییردر pH پی اچ
2- افزایش غلظت الکترولیت در حلال.

پپتیده شدن

در بعضی مواقع کلوئید انعقاد یافته، می تواند دوباره پخش شود که به این فرآیند پپتیده شدن گفته می شود.

مکانیزم تشکیل نانوذرات در سل های کلوئیدی

سه نوع مکانیزم مختلف برای تشکیل نانو ذرات و جلوگیری از درشت شدن ذرات در سل های کلوئیدی پیشنهاد شده است که عبارتند از:

مکانیزم دافعه الکترواستاتیک

مکانیزم دافعه فضایی

مکانیزم دافعه الکترواستاتیک و فضایی به صورت همزمان

مکانیزم پایدار سازی در سل های پلیمری

مکانیزم پایدار سازی در سل های پلیمری عبارتست از تشکیل یک ابر مولکول که همچون یک نخ تسبیح طویل که مهره های آن در واقع همان ذرات کلوئیدی می باشنددر سزتاسر ظرف واکنش گسترش میابد و بدین ترتیب با فراهم آوردن بستری مناسب باعث جلوکیری از رسوب ذرات کلوئیدی می گردد. در واقع این روش را می توان به درخت سیبی تشبیه کرد که در آن شاخه های اصلی و فرعی درخت همان شبکه پلیمری و میوه ها ذرات کلوئیدی می باشند که بعد از کلسیناسیون به فرم نانو ذره تبدیل می شوند.

مکانیزم تشکیل نانو ذرات در سل های پلیمری

مکانیزم تشکیل نانو ذرات در سل های پلیمری یا ماکرومولکولی هر عاملی است که موجب پایداری شبکه پلیمری یا ابر مولکولی بوجود آمده می شود. در واقع هر عاملی که بتواند مانع از کراس لینک شدن پلیمر شود و یا هر عاملی که موجب تشویق فرایند پلیمراسیون گردد. این ابر مولکول حاصل واکنش شیمیایی فی مابین مواد مورد استفاده جهت تشکیل یک پلیمر می باشد. به عنوان مثال در روش پچینی این ابر مولکول حاصل بسپارش مونومر استر می باشد که حاصل از واکنش استری شدن بین اسید سیتریک و اتیلن گلیکول می باشد. هر عاملی که موجب کراس لینک شدن این ابر مولکول شود برای تشکیل نانو ذرات مضر می باشد.

ژل

عبارت است از یک شبکه پیوسته سه بعدي متخلخل که یک فاز مایع را در خود جاي داده است. دراکثر سیستم هاي سل - ژل، تشکیل ژل با ایجاد پیوندهاي کووالانسی بوده و ژل برگشت پذیر نیست یعنی قابلیت برگشت به حالت سل را ندارد. اگر ژل حاصل داراي پیوندهاي دیگري غیر از پیوند کووالانسی باشد می تواند برگشت پذیر باشد.

انواع ژل بر اساس مکانیزم تشکیل

·         ژل های کلوئیدی

·        در ژل کلوئیدي، شبکه توسط آگلومره شدن(چسبیدن) ذرات کلوئیدي به وجود می آید.

·         ژل پلیمری

·        در ژل پلیمري شبکه داراي یک ریز ساختار پلیمري می باشد به عبارتی واحدهاي پلیمري می باشند که تشکیل ژل می دهند.

مراحل تشکیل ژل

بعد از مراحل 3 گانه که در تشکیل سل بیان شد، مراحل تشکیل ژل که در واقع در دنباله مراحل تشکیل سل است بسته به نوع ژل(کلوئیدی یا پلیمری) عبارتند از:
1- اگر ژل کلوئیدی باشد، از به هم چسبیدن ذرات کلوئیدی توسط نیروهای ضعیف واندروالسی در اثر تبخیر حلال پیرامون ذرات کلوئیدی بوجود می آید.
2- اگر ژل پلیمری باشد، یعنی محیط پیرامون ذرات کلوئیدی از مولکول هایی تشکیل شده باشد که مستعد تشکیل یک زمینه پلیمری باشد، در این صورت ذرات کلوئیدی همانند کشمش در یک کیک کشمشی تثبیت می شوند، لذا با تغییر عوامل پیرامونی مثل تنظیم pH، دما و زمان و یا افزودن مواد شیمیایی می توان به پایدار سازی این شبکه پلیمری سوق پیدا کنیم. سپس با قرار دادن این ژل تشکیل شده در داخل آون می توان از شر شبکه پلیمری پیرامون آن خلاصی پیدا کرد و فقط نانو ذرات را خواهیم داشت. در نهایت با قرار دادن محصول حاصل در کوره با دانستن کمترین دمای کلسیناسیون می توان نانوذرات آمورف را به نانو ذرات کریستالین تبدیل نمود.

انواع ژل بر اساس طرز خشک شدن

زیروژل(Xerogel)

خروج حلال از حفرات در هنگام خشک کردن باعث ایجاد نیروي مویینگی شده و در نتیجه سبب انقباض شبکه ژل می شود . ژلی که در اثر خشک شدن به دست می آید زیروژل نامیده می شود. زیروژل نسبت به ژل تر اولیه معمولاً حجم کمتري دارد و به علت استرس ناشی از خشک کردن ، ژل یکپارچه خراب شده و پودر حاصل می شود .

ایروژل(aerogel)

وقتی که ژل تر تحت شرایطی خشک شود که شبکه و حفرات تغییر حجم نداده و در نتیجه حجم ژل خشک به دست آمده برابر با حجم ژل تر باشد،این ژل چون درآن انقباض رخ نداده، که به این ژل حاصل شده ایروژل گفته می شود. بسیار دانسیته کمی دارد و شدیدا متخلخل می باشد ولی در آن استرس هاي ناشی از انقباض وجود ندارد. اگر ژل خیس درون اتوکلاو قرار داده شود و تحت شرایط خاصی خشک شود، ممکن است میزان انقباض به دلیل حذف فشار موئینگی اندک باشد. این فرایند به خشک کردن بحرانی موسوم است و محصول حاصل نیز ایروژل نامیده می شود.

انواع ژل بر اساس نوع حلال

·         آلکوژل(Alchogel)

·        ژلی است که نوع حلال آن یک الکل بوده است.

·         هیدروژل(Hydrogel)

·        ژلی است که حلال آن آب بوده است.

 

 اين تكنيك يك پروسه مناسب صنعتي براي توليد نانوذرات كلوئيدي از فاز مايع مي‌بـــاشد كه براي توليد نانوذرات و پوششها مورد استفاده زياد قرار مي‌گيرد.

اين فرآيند شامل تشكيل ژل بی شکل از يك محلول است و ژل در دماهاي نسبتا‌ً پايين آب‌گيري مي شود. اين فرآيند از يك محلول آغازگر آغاز مي‌شود كه تمام اجزاء تشكيل دهنده محصول در آن به صورت محلول وجود دارند به همين دليل مخلوط شدن در هنگام تشكيل ژل نيز در مقياس مولكولي باقي مي‌ماند فرآيند سل – ژل شامل هيدروليز پليمريزاسيون تراكمي آلكوكسيدهاي فلزي است الكوكسيد فلزي دارای فرمول  M (OR)X مي‌باشند كه در آن يك يون الكوكسيد و يك پايه الكلي وجود دارد و سنتز آن شامل واكنش مواد فلزي (فلز، هيدروكسيد فلزي، اكسيد فلز يا هاليد فلز با يك الكل است) . الكوكسيدهاي فلزي به سرعت هيدروليز مي‌گردند و در مرحله هيدروليز يك الكوكسيد با يك گروه هيدروكسيد جايگزين مي‌شود كه از آب يك الكل آزاد شكل مي گيرد.

       Solهيدروليز شده مي‌تواند واكنش دهد و پليمريزاسيون رخ دهد. 

اين واكنش‌ها منجر به تشكيل ژل مي‌گردد فاكتورهاي مورد نياز در فرآيند سل - ژل شامل حلال، دما، فشار، كاتاليست‌ها، PH و افزودني مي‌باشد. اين فاكتورها مي‌تواند روي سينتيك، واكنشگرهاي رشد، هيدروليز و عامل‌هاي تراكم مؤثر ‌باشد.

  مزايا و معايب روش سل – ژل

مزايا:

1)   سنتز در دماي پائين

2)   تهيه محصولاتي با خلوص بالا

3)   تهيه موادي با تركيبات جديد

4)   سنتز تركيبات يكنواخت به صورت اكسيدهاي كامپوزيت‌ها

5)   تهيه فيبر، تهيه پوشش سطوح

6)   راندمان توليد

7)   امكان استفاده از فرايند براي سنتز مواد در حالت بی شکل و به كارگيري آنها جهت تهيه لايه‌هاي نازك

8)   واكنش پذيري شيميايي بالا.

 معايب:

1)   قيمت زياد مواد اوليه

2)   زمان طولاني پروسه

3)   احتمال باقيماندن آب يا مواد آلي

4)   تشكيل ترك در حين خشك كردن و گرم نمودن.

 مهمترين مزيت اين روش تهيه مواد در دماي پايين است وقتي كه هدف تهيه تركيبات آلي- غير آلي يا ژل‌هاي متخلخل باشد. سنتز در دماهاي نزديك دماي اتاق انجام مي‌شود اگر ماكزيمم دماي گرم كردن پائين باشد مي‌تواند باعث افزايش خلوص محصول گردد كه اين افزايش ناشي از گرم كردن بدون آلودگي و احتمالاً تركيب با ديگر مواد امكان‌پذير مي‌گردد. همانگونه كه قبلاً اشاره شد از مزاياي ديگر اين روش امكان زينتر مواد مختلف در دماهاي پائين‌تر مي‌باشد. يكنواختي در تركيب از مزيت‌هاي ديگر محصولات توليد شده به وسيله روش سل – ژل است زيرا مواد اوليه در مقياس مولکولی و به صورت محلول با يكديگر مخلوط مي‌شوند. مزيت ديگر حاكي از آن است كه با روش سل – ژل امكان تهيه فيبرها و پوشش‌ها در سطح وسيعي از مواد جامد فراهم مي شود كه توليد آنها از طريق ديگر ممكن نيست. از مزاياي ديگر اين فرآيند امكان سنتز مواد متخلخل است.

اکسیژن رسان

ترکیب یک پمپ خون و یک اکسیژن دهنده به عنوان ماشین قلب و ریه شناخته می‌شود. قلب مصنوعی دارای دو پمپ است که یکی برای سیستم گردش خون و دیگری برای سیستم ریه (حتی در صورت سالم بودن سیستم گردش ریوی) در نظر گرفته شده است.

بطور کلی سه نوع اکسیژن دهنده وجود دارد. در تمام موارد گاز اکسیژن به درون نفوذ کرده و بطور همزمان گاز CO2  اضافی خارج می‌شود. جهت افزایش میزان تبادل گاز، گاز را به شکل حباب تبدیل نموده تا سطح تماس گاز با خون افزایش یابد. در جراحی‌ها‌ی کوتاه مدت از این روش به دلیل سادگی و ارزانی بیشتر استفاده می‌گردد. در روش دیگر خون به صورت فیلم تبدیل شده و در معرض اکسیژن قرار می‌گیرد و در روش سوم از یک غشاء در اکسیژن دهنده استفاده می‌گردد. در این روش به دلیل نبودن تماس بین خون و اکسیژن دهنده، مشکلات خونی (لخته، مرگ سلولی) کاهش می‌یابد و می‌تواند به مدت طولانی در بیماران مورد استفاده قرار گیرد.

در اكسیژناتورهای قابل كاشت از الیاف تو خالی پلی پروپلینی استفاده می شود که از طریق سیاهرگ رانی وارد شده، تا داخل  ورید اجوف تحتانی پیش می‌روند. یك جفت تیوب اكسیژن رسان که در سطح پوست قرار گرفته‌ است، گردش گاز را در داخل الیاف فراهم می‌كنند، خون سیاهرگ اطراف و بین الیاف پر از گاز شناور می‌گردند و تبادل گاز  Pre-pulmonary انجام می‌گیرد. در یك لحظه، حدود یك سوم تا یك دوم از كل اكسیژن و دی اكسید كربن می‌تواند با این وسیله تماس داشته باشد، كه این از نظر كلینیكی برای چندین هفته كافی است. بواسطة رسوب پروتئین روی سطوح در تماس با خون یا جمع شدن (متراكم شدن) بخار آب در حفره‌های موجود در دیواره متخلخل، ظرفیت انتقال اكسیژن پس از 12 تا 24 ساعت تا حدودی کاهش می یابد

تنها وسیله كمك قلبی كه در حال حاضر استفاده  كلنیكی دارد پمپ بالونی داخل آئورتی است. بخش كاشتی این وسایل از یك بالون پلی یورتانی درست شده كه به یك كاتتر وصل شده كه از طریق آن به وسیله كنترل خارجی وصل می‌شود. بالن از طریق سرخرگ محیطی وارد رگ شده و به آهستگی تا سمت آئورت سینه‌‌ای پایین رونده برده می‌شود. با كمك الكتروكاردیوگرام و تغییرات فشار خون مریض می‌توان نرخ انبساط و انقباض بالون را با ریتم قلب مریض تنظیم كرد. با تنظیم كردن زمان سیتول با زمان انقباض بالون می‌توان به طور قابل توجهی خروجی قلب را افزایش داد (با كاهش باری كه بطن چپ هنگام پمپ كردن باید تحمل كند). با بسته شدن دریچه آئورت و منبسط شدن بالن به فشار خون اضافه شده و لذا كمك به پمپاژ خون می‌شود (به خصوص به عروق كروناری)، عمده مشكل موجود در این زمینه لخته‌زایی و آمبولی روی بالون است. و برای همین تزریق سیستمیك مواد ضد لخته ضروری است. مشكل دیگر عفونت است كه هنگام كارگذاری بخشهای زیر پوستی این وسیله به وجود می‌آید.

سفيد ي دندانها.آرزوئي دست يافتني

همواره زيبائي و خصوصا داشتن چهره اي زيبا  يکي از خواسته هاي نوع بشر بوده و براي رسيدن به آن کم و بيش تلاش هائي انجام داده است. علم دندانپزشکي نيز از اين قاعده مستثني نبوده و همگام با پيشرفت در زمينه هاي گوناگون براي توسعه اين علوم، گام هاي موثري برداشته است به گونه اي که شايد بتوان گفت عنوان "زيبائي در دندانپزشکي" به  از يکي از شاخه هاي تخصصي اين رشته بدل شده است و بدون شک ابزار مورد استفاده در آن نيز از جذابيت هاي خاص خود برخوردارند. يک نمونه از اين تجهيزات، سفيد کننده هاي دنداني هستند که در ادامه به شرح مختصري از آنها خواهيم پرداخت.

سفيد کننده هاي دنداني، سيستم هائي هستند که با بهره بردن از انواع اشعه هاي تابشي با مشخصات ويژه، قادر به پاک نمودن هرگونه مواد غير طبيعي از روي جسم سفيد و شفاف دنداني هستند. شايد بتوان اينگونه ذکر کرد که واژه "جرم گيري" که يکي از الفاظ پرکاربرد در علم دندانپزشکي بوده و هست، به گونه اي خاص توسط اين ابزار قابل انجام است. ‏
همانطور که ذکر شد، اساس کار اينگونه وسائل، پرتو هاي نوراني است که تا کنون چهار نوع خاص آنها در اين تجهيزات مورد استفاده قرار گرفته و چهار نوع خاص از اين ابزار را پديد آورده است :
1 - دستگاه هاي با لامپ هاي ليزري، 2 - دستگاه هائي موسوم به سفيد کننده هاي با لامپ پلاسما، 3 - دستگاه هائي با لامپ هالوژن و 4 - دستگاه هاي مبتني بر ‏‎.LED‏   ‏

دستگاه هاي با لامپ هاي ليزر، پلاسما و هالوژن نسبت به نوع سوم، قديمي تر بوده و امروزه تحقيقات جديدي بر روي انواع ‏LED‏ ها براي اين منظور آغاز شده است که اولين نمونه ساخته شده سيستم هاي سفيدکننده دنداني با اينگونه لامپ ها مورد آزمايش قرار گرفته و نتايج قابل قبولي نيز ارائه شده است. بنابراين توضيحات، در ادامه اين نوشته، بيشتر در رابطه با اينگونه سيستم ها صحبت خواهيم نمود.
‏
ديودهاي نوراني و يا همان ‏Light Emitting Diode‏ ها که از آنها به اختصار به ‏LED‏ تعبير مي شود، نوع خاصي از ديودها هستند که با افزايش جريان مستقيم در آنها، توليد فوتون هاي نوري زيادتر شده و در نتيجه شدت نور تابشي افزايش مي يابد. اين ديود ها در چند رنگ مختلف (توليد نور با رنگ متفاوت) ساخته شده اند و هر يک کاربردهاي خاص خود را دارند.‏

در نوع خاصي از اين سيستم ها، مجموعه اي از 12 ديود نوراني با توان بالا مورد استفاده قرار مي گيرد که طبق نتايج گزارش شده، طي هر دوره درمان قادر به سفيد نمودن دندان به ميزان 6 تا 8 درجه روشنائي در مدت زمان 15 دقيقه است. نور تابيده شده سرد، بدون درد و با ضريب امنيت بالاست. نتيجه درمان، در صورت داشتن تغذيه مناسب و رعايت نکات ضروري در محافظت از دندان ها، براي يک مدت طولاني باقي خواهد ماند. همچنين در مراحل سفيد نمودن دندان از مواد خاصي براي محافظت لثه ها استفاده مي شود که نياز به مراقبت هاي پس از درمان را مرتفع مي سازد. 
‏
يکي از مزاياي اين دستگاه اين است که خود شخص نيز با نظارت دندانپزشک، قادر به استفاده از آن خواهد بود و تنها مي بايست مراحل انجام کار را منطبق بر دستورالعمل ارائه شده از طرف شرکت سازنده دستگاه  به کار گيرد. برخي از آنها که عموما در اکثر موارد انجام مي شود به شرح زير است :
‏
‏- بررسي دندان ها و شستشوي اوليه ‏
‏- قرار دادن مواد محافظت کننده خاص بر روي لثه ها
‏-قرار دادن مواد سفيدکننده بر روي دندان ها و پاک نمودن آنها توسط دستگاه ‏
‏-بررسي ميزان سفيدي دندان ها و پاک نمودن مجدد توسط دستگاه (در صورت نياز)‏
‏-برداشتن مواد محافظتي و شستشوي کامل و مجدد دندان ها ‏

از ويژگي هاي خاصي که متمايزکننده يک سيستم سفيدکننده دنداني با سيستم ديگر است، مي توان به موارد زير به اختصار اشاره نمود :
‏
‏- عدم ايجاد درد
‏-مدت زمان اندک درمان و قابليت اثرگذاري سريع‏
‏-ماندگاري اثر درمان براي مدت طولاني‏
‏-قابليت درمان کليه دندان ها در هر قسمت از دهان‏

 

برخي از انواع اين سيستم ها داراي يک مانتيور بر روي بدنه اصلي بوده که امکان بررسي محيط داخل دهاني و وضعيت دندان ها و در نتيجه درمان بهتر و دقيق تر را فراهم مي آورد.‏

برخي از سوالات متداولي که ممکن است در لزوم استفاده از اين سيستم ها به ذهن خواننده خطور کند، در ادامه آورده شده است :
‏
‏-آيا اينگونه سيستم ها از امنيت بالائي برخوردار هستند يا خير؟
با توجه به نوع پرتوهاي تابشي که در اين دستگاه ها مورد استفاده قرار مي گيرد و همچنين آزمايشات متعددي که بر روي تعداد بسياري از بيماران انجام گرفته است، تا کنون هيچگونه گزارشي مبني بر عوارض اينگونه لامپ ها و اثرات آن بر روي دهان و دندان و يا هر عضوي از بدن انسان ارائه نشده است. تنها ممکن است بعضي از افراد به مواد محافظت کننده خاصي که طي دوره درمان استفاده مي شود حساسيت داشته باشند که مانند ساير حساسيت هاي ديگر مي بايست مورد توجه قرار گيرد. همچنين زنان باردار و يا بيماراني که سابقه بيماري هاي پريودنتال دارند، استفاده از اين سيستم ها تنها با مشاوره دندانپزشک و تائيد وي، قابل تضمين خواهد بود.
‏
‏-آيا استفاده از اين سيستم ها براي هر فردي امکانپذير است؟    ‏
باضريب اطمينان بالا براي هر فردي که تمايل به استفاده از اينگونه دستگاه ها را دارد، مي توان اين روش درماني را به کار برد. البته براي گرفتن نتايج بهتر، توصيه مي شود قبل از درمان، با دندانپزشک در خصوص لزوم استفاده يا عدم استفاده از اين روش درماني مشورت نمود.‏

‏-با بکارگيري اين روش درماني، به چه ميزان مي توان دندان ها را سفيد نمود؟
به طور متوسط تا 8 درجه روشنائي را مي توان از اينگونه سيستم ها انتظار داشت. گرفتن نتايج بهتر بستگي به شرايط اوليه دندان ها و ميزان رنگ گرفتگي آنها قبل از انجام دوره درماني دارد. دندانپزشک پس از بررسي کامل دندان ها، قادر به تخمين ميزان موفقيت اين روش خواهد بود.‏

‏-مدت ماندگاري اين روش درماني چقدر خواهد بود؟‏
در صورت مراقبت مناسب پس از درمان، به طور ميانگين بين 1.5 - 1 سال اثر آن باقي خواهد ماند. نوع تغذيه نيز در مدت زمان ماندگاري بسيار موثر خواهد بود.‏

ساخت ديسك مصنوعي ستون فقرات

دانشمندان موفق شدند

ساخت ديسك مصنوعي ستون فقرات

جام جم آنلاين: مهندسان علوم زيستي در آمريكا، موفق به ساخت ديسك مصنوعي ستون فقرات شده‌اند كه كاشت آزمايشي آن در حيوانات با موفقيت انجام شده است.

به گزارش ايسنا، اين ديسك‌هاي مهندسي، داراي اجزاي ساختاري مشابه ديسك ستون فقرات هستند و درست مانند ديسك‌هاي واقعي عمل مي‌كنند.

محققان اميدوارند كه اين تحقيقات منجر به كاشت ديسك‌هاي مهندسي در بيماراني كه داراي ديسك‌هاي آسيب ديده هستند، شود.

هر سال 40 تا 60 درصد از مردم آمريكا دچار دردهاي مزمن كمر يا گردن مي‌شوند.

جراحان مغز و اعصاب، بيماران مبتلا به انحطاط شديد ديسك را به دليل از بين رفتن ديسك ستون فقرات كه به دنبال ادغام استخوانهاي مهره‌ها ايجاد مي‌شود، تحت عمل جراحي قرار مي‌دهند.

علي رغم اين كه جراحي ديسك ستون فقرات باعث كاهش درد در ناحيه كمر پس از عمل مي‌شود، اما برخي محدوديت‌هاي حركتي در پي آن ايجاد و مانع از آن مي‌شود كه فرد سبك زندگي فعال گذشته خود را پيش گيرد يا مثلا يك ورزشكار حرفه‌اي به پايان كار خود مي‌رسد.

در ايمپلنت ستون فقرات ساخت مهندسان، ديسك‌هاي لاستيك مانند همراه با قسمت خارجي موسوم به فضاي بين دواير متحدالمركز از يك ماده سخت و دايره دروني تشكيل شده و داخل ديسك فرم ژلاتيني نرم‌تري دارد كه تحت فشار قرار مي‌گيرد و وزن بدن را تحمل مي‌كند.

محققان ديسك‌هاي مصنوعي را به واسطه دو پليمر، كلاژن كه به دور بافت خارجي مي‌پيچد و يك هيدروژل به نام آلژينات در ميان آن ساخته‌اند.

ايمپلنت‌ها به همراه سلول‌هايي كه ساختارها را با بافت‌هاي جديد پر مي‌كند، كاشته مي‌شود و همچنان كه در بدن شكل مي‌گيرند، به دليل رشد سلول‌ها كارايي بهتري پيدا مي‌كنند.

به گفته دانشمندان، ايمپلنت‌ها 70 تا 80 درصد از ارتفاع اوليه ديسك را حفظ مي‌كنند.

اين ايمپلنت‌ها قادر به درمان طيف وسيعي از بيماري‌هاي موسوم به فتق ديسك بين مهره‌اي كه يكي از دلايل از كار افتادگي در سراسر دنياست، هستند.

از ديدگاه زيستي، ديسك‌هاي جديد به دليل نحوه ادغام و كامل شدن آنها با استخوان‌هاي مهره نسبت به ايمپلنت‌هاي قبلي مزاياي بسياري دارند.

اين عمل جراحي بزرگ، غيرتهاجمي، ايمن‌تر و داري اثرات جانبي كمتري نسبت به روش‌هاي قبلي است.

نگاهی طبیعی از ورای یک چشم مصنوعی

صدمات ناشی از حوادث، بیماری، نابینایی مادرزادی و سرطان ، ممکن است به از دست رفتن یک یا هر دو چشم منجر شود. اما نداشتن چشم لزوما به معنای داشتن ظاهری نازیبا نیست. با پیشرفت های صورت گرفته در زمینه ساخت ایمپلنت های چشمی، در اکثر موارد به لحاظ زیبایی ظاهری نتایج بسیار مطلوبی از این جراحی ها به دست آمده است.

.

در دنیای باستان، به ویژه مصر، چشم نماد زندگی بود. رومی ها مجسمه های خود را با چشم هایی از جنس نقره می آراستند. اما جراحی فرانسوی به نام Ambrose Par (۱۵۹۰-۱۵۱۰)، اولین چشم مصنوعی را ساخت که کاملا در کاسه چشم قرار می گرفت. این قطعه از طلا و نقره ساخته شده بود. با ابداع شیشه های کرایولیتی (از جنس فلورید سدیم – آلومینیوم و اکسید آرسنیک)، ماده ای نسبتا سفید رنگ به دست آمد که برای پروتز چشمی مناسب به نظر می رسید. این کشف در سال ۱۸۳۵ به نام متخصصان آلمانی ثبت شده است. 
در آن زمان برای ساختن چشم مصنوعی، به انتهای یک لوله شیشه ای آنقدر حرارت داده می شد تا به شکل گوی درآید. سپس ترکیب های مختلفی از رنگ شیشه برای طبیعی تر جلوه کردن پروتز استفاده می شد. چشم پزشکان معمولا صدها نمونه از این چشم های مصنوعی را در مطب خود نگهداری می کردند. سپس با آزمون و خطا و امتحان کردن تعدادی از چشم های مصنوعی، بهترین پروتزی را که در کاسه چشم جا می افتاد انتخاب کرده و به بیمار تحویل می دادند.
تولید چشم مصنوعی تا سال های متمادی در انحصار آلمان بود. در جریان جنگ جهانی دوم و با قطع صادرات چشم مصنوعی شیشه ای از آلمان، مهندسان ارتش آمریکا به همراه چندین تیم پزشکی غیر نظامی توانستند ترکیبی جدید به وسیله ترکیب رنگدانه های روغنی و پلاستیک ایجاد کنند. از این زمان به بعد، پروتز های پلاستیکی به پروتز های شیشه ای ترجیح داده شدند.
اماآنچه که امروزه نگاهی شبه طبیعی به یک چشم مصنوعی داده است، اختراع " ایمپلنت چشمی" است. چشم های مصنوعی امروزی دارای قابلیت حرکت به اطراف هستند که جلوه ای طبیعی به آن ها داده است.
برخی از موارد استفاده از چشم مصنوعی به شرح زیر هستند:
۱) بیماری مادرزادی به نامMicrophthalmia ، در این بیماری به علتی ناشناخته، رشد چشم کامل نشده و کوچک می ماند. این چشم ها کاملا نابینا هستند و شاید در بهترین حالت دارای اندکی ادراک نور باشند.
۲) برخی افراد در هنگام تولد فاقد یک یا هر دو چشم هستند. این بیماری Anophthalmia نام دارد و یکی از مشکل ترین موارد کارگذاری چشم مصنوعی است.
۳) بیماری ارثی Retinoblastomaکه ناشی از بروز سرطان یا تومور است. احتمال از دست دادن چشم در اثر این بیماری ۲۵ الی ۵۰ درصد (با توجه به بروز بیماری در یک یا هر دو چشم) برآورد می شود.
● اجزای چشم مصنوعی
پیش از جایگذاری چشم مصنوعی، باید یک مرحله اصلی انجام شده باشد. اولین گام خارج کردن چشم بیمار یا آسیب دیده (enucleation) توسط جراح متخصص است. اما آنچه که در این مرحله بسیار حیاتی است، حفظ عضلات متصل به صلبیه (سفیده چشم) است. کارگذاری چشم مصنوعی بلافاصله پس از جراحی تخلیه چشم انجام می گیرد. سپس جراح عصب بینایی را قطع می کند. هسته اصلی پروتز چشمی، "ایمپلنت چشمی" است. این ایمپلنت در کره چشم قرار می گیرد تا حجم چشم حفظ شود. نقش دیگر ایمپلنت، حفظ حرکات طبیعی چشم است. امروزه ایمپلنت های چشمی از مواد Porous (خلل و فرج دار) ساخته می شوند. در نتیجه، رگ های خونی می توانند در منافذ ایمپلنت رشد کنند. این ماده از جنس Porous Polyethylene است که به صورت synthethic (کارخانه ای ) تهیه می شود. از آنجا که ساختار مواد Porous همانند مرجان یا بافت استخوان اسفنجی است، امکان ادغام ایمپلنت با سلول های بدن فراهم می شود. از مزایای این ادغام می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱) کاهش احتمال پس زنی ایمپلنت توسط سیستم ایمنی
۲) حفظ پاکیزگی ایمپلنت به صورت بخشی از نظام طبیعی بدن.
عصب بینایی در پشت ایمپلنت قطع می شود. از بین ۶ عضله حرکتی چشم، چهار عضله به ایمپلنت متصل می شوند. به این ترتیب حرکات چشم تا حد بسیار زیادی به طور طبیعی جلوه خواهد کرد. سپس بافت ملتحمه (غشاء مخاطی درون کره چشم و پلک ها) بر روی ایمپلنت کشیده می شود. درانتها یک conformer (دیسک پلاستیکی یا سیلیکونی) در جلوی چشم قرار می گیرد که پس از بهبودی کامل محل جراحی، این قطعه با پروتز جایگزین می شود.
در فضای باقیمانده، خارجی ترین قطعه یعنی "پروتز چشم مصنوعی" جای می گیرد. این قطعه به صورت سفارشی و بر اساس مشخصات فردی (شامل رنگ چشم) ساخته شده و تنها بخش removable (برداشته شدنی) است. زمان کارگذاری پروتز تا هنگام بهبودی کامل کره چشم پس از جراحی و برداستن conformer به تعویق می افتد.
● مراحل ساخت پروتز چشمی 
همان طور که پیش تر اشاره شد، پروتز چشمی در واقع خارجی ترین بخش یک چشم مصنوعی است. این قطعه به صورت دست ساز تهیه می شود و پس از بهبودی کامل چشم (حداقل ۶ هفته پس از جراحی) در جای خود قرار می گیرد. بلافاصله پس از جراحی، به جای پروتز یک کانفورمر (وسیله لنز مانند و شفاف) در بخش جلویی ایمپلنت قرار می گیرد تا با نگه داشتن پلک ها در جای خود، به شکل گیری کاسه چشم در حین بهبودی کمک کند. در واقع کانفورمر یک پوسته محدب است که از خلال آن می توان ملتحمه را مشاهده کرد.
پس از بهبودی کامل چشم، کار ساخت پروتز آغاز می شود. برای این کار، از کاسه چشم و فضای محصور بین پلک ها و ملتحمه قالب گیری می شود. این مرحله ممکن است چندین بار تکرار شود. جنس ماده استفاده شده برای قالب گیری مشابه موادی است که برای قالب گیری از دندان ها به کار می روند. از این قالب، نمونه مومی اولیه به دست می آید. نمونه مومی در کاسه چشم قرار می گیرد تا از نظر ضخامت و جایگیری امتحان شود. ضخامت پروتز، اصلی ترین عامل در تعیین نحوه قرارگیری پلک ها است. چرا که اگر ضخامت بیشتر از حد لازم باشد، چشم ها بیش از اندازه باز می مانند. پس از دستیابی به شکل دلخواه، محل مردمک چشم با الگوگیری از چشم سالم تعیین می شود. سپس پروتز نهایی از مواد مطلوب ساخته می شود. 
رنگ چشم مصنوعی نیز با الگوگیری از چشم سالم تعیین شده و نقاشی می شود. عنبیه و صلبیه به دقت و با دست نقاشی می شوند. رگ های خونی و شیارهایی نیز برای طبیعی تر جلوه کردن نمونه نهایی به صورت دستی نقاشی میشوند.پس از اینکه عنبیه نقاشی شد، توسط دستگاه تراش، خطوطی روی آن ایجاد می شود. قطر عنبیه دقیقا مطابق با چشم سالم طراحی می شود. این قطر معمولا در رنج ۱۰ تا ۱۳ میلی متر قرار دارد. برای از بین بردن هرگونه ناصافی، سطح پروتز پولیش می شود. در آخرین مرحله، سطح پروتز با یک لایه محافظ پوشش داده می شود. پاکیزگی پروتز باید به طور منظم انجام گیرد و حداقل یک بار در سال به صورت حرفه ای پولیش شود.
اکثر مردم در عرض چند ساعت به استفاده از چشم مصنوعی عادت می کنند، به طوری که بعد از چند روز حضور فیزیکی آن را احساس نمی کنند. عمر متوسط یک چشم مصنوعی از جنس پلاستیک در حدود ۱۰ سال است. اما در کودکان به علت تغییرات سریع در حین فرآیند رشد، طول عمر پروتز کوتاه تر است. به طور کلی هر فرد به چهار الی پنج پروتز در دوره کودکی تا بزرگسالی نیاز دارد.
● مواد اولیه
اصلی ترین ماده به کار رفته در ساخت چشم مصنوعی، پلاستیک است. برای قالب گیری نیز از موم یا گچ استفاده می شود. در طی فرایند قالب گیری از پودری سفید رنگ از جنس آلگینات استفاده می شود. برای رنگ آمیزی از طیف های مختلف رنگ استفاده می شود.
● نگهداری از پروتز چشمی 
چشم مصنوعی را هرگز نباید با الکل یا حلال های دیگر تمیز کرد . این کار باعث از بین رفتن پروتز خواهد شد. در صورت برداشتن پروتز، باید آن را فقط درون آب یا محلول نمک یا محلول لنز تماسی قرار داد . این امر مانع از خشک شدن رسوبات بر روی سطح پروتز می شود. برای شستشو باید از مواد شوینده دارای PH خنثی استفاده کرد. برای خشک کردن پروتز باید از دستمال پنبه ای و نرم استفاده شود تا در سطح پروتز خراشیدگی ایجاد نشود.
● نگاهی به آینده
با پیشرفت روزافزون علوم کامپیوتر، الکترونیک، و تکنولوژی مهندسی پزشکی، ممکن است به زودی چشم های مصنوعی ساخته شوند که حس بینایی را نیز فراهم کنند. این رویا با ساخت میکروالکترودها و تکنیک های پیچیده تشخیص تصاویر تا حدودی محقق شده است. محققان در حال ساخت اولین نمونه های شبکیه مصنوعی (artificial retina) هستند. عملکرد شبکیه مصنوعی بر اساس تکنولوژی بایوچیپ است. بیوچیپ ها به سلول های گانگلیون(جمع آوری کنندگان اطلاعات دریافتی چشم) متصل می شوند. در سطح شبکیه ای این بیوچبپ ها، یک آرایه اکترودی و در سطح مردمکی آن ها یک سنسور قرار می گیرد. سنسور در قبال مقدار دوز لیزر دریافتی از عینک فرد دارنده چشم مصنوعی ، پاسخی را به آرایه الکترودی ارسال می کند. امید است که در آینده نزدیک، از دست دادن چشم تا حدود زیادی قابل جبران بوده و تاثیر کمتری بر زندگی افراد ایجاد کند.