کاربرد فناوری نانو در منسوجات پزشکی/بهداشتی

منسوجات پزشکی[1] یکی از پویاترین بخش­های در حال توسعه در بازار منسوجات فنی می­باشد. نرخ رشد منسوجات پزشکی به دلیل افزایش مصرف در کشورهای آسیایی در حال توسعه و نرخ رشد بازار غرب، در حال افزایش است. چشم انداز منسوجات پزشکی در حوزه منسوجات بی­بافت و منسوجات پزشکی یکبار مصرف قابل استفاده در اتاق عمل نسبت به منسوجات تاری-پودی و گردباف چندبار مصرف، نسبتاً بهتر است.فناوری­نانو، فناوری نوظهوربسیار قدرتمندی است که پیش بینی می‌شود،  تاثیر قابل توجهی در علم کنونی و آینده پزشکی داشته باشد. هرچند محصولات زیادی در مرحله بررسی اثرات بالینی هستند، لیکن برخی از انواع منسوجات پزشکی نانوفناورانه نظیر منسوجات ضدمیکروب، زخم­پوش ها و … هم اینک به صورت تجاری عرضه شده­اند. گزارش پیش رو بیانگر کاربرد فناوری­نانو در منسوجات پزشکی است.

بازار منسوجات پزشکی تحت تاثیر عوامل متعددی قرار دارد که در شکل 1 اشاره شده است.

شکل 1. عوامل تاثیرگذار بر بازار منسوجات پزشکی

با توجه به عوامل موثر بر بازار منسوجات پزشکی جهان، میزان مصرف این محصولات از سال 2015 -1995 بنابر شکل 2 برآورد شده است.

 

شکل 2.  میزان مصرف جهانی منسوجات پزشکی/بهداشتی 2015-1995 [1].

این حوزه بیش از 24/0 درصد از بازار منسوجات جهان را به خود اختصاص داده است، Cientifica پیش­بینی می­کند، بازار منسوجات پزشکی نانوفناورانه از 167 میلیون دلار در سال 2012 به 21/1 میلیارد دلار در سال 2022 و ارزش نانومواد اولیه مورد مصرف در این بخش از 12 میلیون دلار در سال 2012 به 73 میلیون دلار در سال 2022 افزایش خواهد یافت[1].

• طبقه بندی منسوجات پزشکی

صنعت بهداشت تجارتی است که نه تنها شامل خدمات پزشکی/بهداشتی در جامعه است، بلکه تولید محصولات پزشکی را نیز در بر می­گیرد. در سال­های اخیر منسوجات نقش ویژه­ای را در میان محصولات پزشکی و بهداشتی ایفا نموده­اند. مهم­ترین عامل فراگیر شدن منسوجات در این حوزه، خواص فیزیکی ویژه منسوجات همچون استحکام، انعطاف­پذیری، قابلیت گذردهی هوا و رطوبت و سازگاری با بدن می­باشد. طبقه­بندی منسوجات مورد استفاد در صنعت پزشکی و بهداشتی در شکل 3 نشان داده شده است [2].

شکل 3. طبقه بندی منسوجات پزشکی[2].

• منسوجات بهداشتی

اقدامات نوین درمانی تقاضای روزافزونی برای منسوجات با خواص بهداشتی و زیستی بهبودیافته به وجود آورده است که برخی از موارد عبارتند از:

• محافظت از پوست در مقابل مایعات، ذرات و عوامل محیطی مختلف.
• ایجاد سد محافظ در برابر عوامل بیماری­زا، نظیر میکروب­ها و کاهش خطر ابتلا به عفونت.
• تنظیم دما
• قابلیت جذب رطوبت و مایعات
• سهولت شست­و­شو و استرلیزه کردن
• استحکام مکانیکی قابل توجه

 

شکل4.نمونه­ای منسوجات بهداشتی/ پزشکی

یونیفرم پرسنل کادر پزشکی، گان و ماسک جراحی به عنوان سدی در برابر انتقال عفونت به پزشک و بیمار عمل می­نماید. هر روزه گزارش­های متعددی در مورد شیوع انواع ویروس هپاتیت B،C و HIV حین درمان منتشر می­شود. از آنجایی که ابعاد ویروس­های مذکور موجود در خون به مراتب کوچک­تر از منافذ منسوجات است؛ این امر لزوم به کارگیری تکمیل ویژه منسوجات را پدید آورده است.منسوجات چند بار مصرف اغلب از الیاف پنبه، پلی­استر و منسوجات یک­بار مصرف از الیاف پلی­پروپیلن تهیه می­شوند. هرچند استفاده از منسوجات بی­بافت یک بار مصرف احتمال انتقال عوامل بیماری­زا را کاهش می­دهد؛ لیکن بیش از 90% منسوجات مورد استفاده در مراکز درمانی شامل لباس فرم پرسنل، روکش تخت، پرده و … از نوع منسوجات قابل شست­و­شو می­باشند. استفاده از تکمیل با نانومواد، راه حل مناسبی برای رفع چالش یاد شده است. استفاده از مواد نانومقیاس قابلیت عبور هوا و موئینگی رطوبت را در منسوجات حفظ کرده، آویزش و نرمی پارچه را تحت تاثیر قرار نخواهد داد. با استفاده از نانوذراتی همچون نقره و دی­اکسید تیتانیوممی­توان در منسوجات خاصیت ضد میکروب و دفع مایعاتی نظیر خون ایجاد کرد.

 

شکل5. ایجاد خاصیت دفع مایعات با استفاده از ترکیبات فلوروکربنی

به منظور تولید گان­های جراحی ضدویروسسه لایه، از منسوج بی­بافت پلی­پروپیلن به عنوان لایه زیرین، فیلم پلی­تترافلوئورو اتیلن(PTFE) به عنوان لایه میانی و پوششی از نانوذرات دیسپرس شده TiO₂ به عنوان لایه فوقانی استفاده شده است[3].

در محصولDunamis®ساخت شرکتEgis Nanotechسنگاپور از نانوساختارهای 50 نانومتری به منظور تکمیل منسوجات بهداشتی استفاده شده است. این منسوج به دلیل استفاده همزمان از نانوالیاف و نانوذرات فوتوکاتالیستی و یون­های رها کننده­ی یون منفی، از قابلیت دفع آب و لکه، ضد میکروب و ضدبوی طبیعی برخوردار می­باشد[4].

شکل 6. محصولات بهداشتی شرکت Egis Nanotech استفاده از لباس­های بهداشتی از جمله روش­های جلوگیری و یا درمان بیماری است . Health Guard، نوعی کلاه بیسبال است که براساس تئوری ریزش مو به دلیل باکتری، به منظور جلوگیری از طاسی با نانونقره تکمیل شده است[1]. جوراب­های SoleFreshTM ارائه شدهتوسط شرکت JR Nanotech plc با ذرات نقره با ابعاد 5 نانومتر اشباع شده­اند. ابعاد کوچک ذرات به معنای نسبت زیاد مساحت جانبی به حجم آن­ها است، که به طرز مؤثری تماس آن­ها را با قارچ یا باکتری به ازای مقدار مشخصی از نقره افزایش می­دهد. براساس گزارشJR Nanotech، نانونقره بی­خطر بوده، سریع واکنش می­دهد؛ حساسیت ایجاد نمی­کند و آب­دوست بوده و استفاده از آن سبب اختلال در راحتی شخص نمی­شود. در تماس با قارچ یا باکتری، نانونقره اثر نامطلوب بر متابولیسم سلولی گذاشته و از رشد سلولی جلوگیری می­کند. نانونقره سبب اختلال در تنفس، متابولیسم پایه انتقال الکترون و انتقال ماده در غشای سلول میکروبی می­شود. در نتیجه نانونقره مانع تکثیر و رشد قارچ­ها و باکتری­های مسبب بوی بد و خارش پا، قارچ بین انگشتان، عفونت قارچی ناخن پا، زخم پاشنه، عفونت­های رایج در افراد دیابتی می­شود[4].   شکل 7. جوراب SoleFreshساخت شرکت JR Nanotech plcحاوی نانوذرات نقره در دانشکده پزشکی دانشگاه آلبرت انیشتین و دانشگاه کالیفرنیا ترکیب جدیدی از نانوذرات با استفاده از کیتوسان ساخته‌ شده است که می‌توان از آن برای درمان بیماری‌های التهابی صورت مانند آکنه استفاده کرد. این نانوذرات نه تنها برای از بین بردن باکتری ایجاد کننده­ی آکنه موثر است، بلکه از ایجاد زخم بزرگ و دردناک ناشی ازتشدید التهاب آکنه نیز جلوگیری می‌کند. به منظور افزایش اثرگذاریبنزوئیل پراکسید به عنوانعامل ضد آکنه نانوحامل­های (اندازه کمتر از 50 نانومتر) غیرسمی، زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌سازگاری از کیتوسان و آلجینات[2]تهیه شد. خاصیت ضد میکروبی کیتوسان اثبات شده است و از این ماده برای تولید لباس­های ضد میکروب کارکنان بخش مراقبت­های بهداشتی استفاده می­شود. نانوذرات سنتز شده علاوه بر باکتری مولد آکنه، در برابر باکتریStaph. aureus و E. coliنیز خاصیت ضدمیکروبی دارند[5]. تولید الیاف ضدبو توسط Takeda Chemical Industries انجام شده است. این الیاف در طیف وسیعی از کاربردهای منسوجات پزشکی، همچون پوشاک و منسوجات خواب محافظ قابل استفاده می­باشد. بوی بد محیط­های بیمارستانی ناشی از مواد مختلفی نظیر ترکیبات محتوی نیتروژن (همچون آمونیاک و آمین­ها)؛ ترکیبات محتوی گوگرد (به طور مثال، هیدروژن سولفید)؛ آلدهیدها (شامل فرم­آلدهید)؛ اسیدهای کم چرب (به طور مثال، فرمیک اسید، استیک اسید، پروپیونیک اسید و والریک اسید) است. فسفات و هیدروکسید می­توانند به واسطه دی­اکسید سیلیسیومبر روی الیاف جذب شوند. الیاف ضدبو می­تواند دارای یک ساختار هسته-پوسته باشد که در آن ماده فوتوکاتالیست در پوسته نسبت به هسته غلظت بیشتری داشته باشد. به طور کلی الیاف می­توانند بشرساخت (مصنوعی یا بازیافتی) یا طبیعی و همچنین دارای سطح مقطع اصلاح شده( مانند الیاف توخالی) باشند. ماده فوتوکاتالیستی که از خاصیت ضدمیکروبی برخوردار باشد، در معرض پرتو الکترومغناطیس (همچون فلوئورسنت فرابنفش یا نور خورشید) اکسیژن فعال تولید و طیف وسیعی از ترکیبات مضر و بدبو را اکسید می­نماید. همچنین جزء ضدبو در الیاف ممکن است شامل یک عامل ضدمیکروب همچون نقره باشد. در آسیا استفاده از الیاف حاوی خاکستر بامبو متداول است. تولیدکنندگان ادعا می­کنند که ابعاد کوچک ذرات خاکستر مورد استفاده در الیاف سبب مؤثرتر شدن خصوصیت بو زدایی می­شود. Formosa Taffeta و شرکت نساجی Shanghai Hengjia مهم­ترین تأمین کنندگان این ماده به شمار می­روند.

1-2 منسوجات کمک درمانی

منسوجاتی که به منظور مراقبت از بیمار استفاده می­شوند،  باید از خصوصیات ذیل برخوردار باشند:

• نرمی و انعطاف­پذیری
• قابلیت کشسانی
• قابلیت جذب
• قابلیت انعقاد خون
• حفظ رطوبت به منظور تسهیل درمان
• زیست­سازگاری

نانو ذراتی مانند نقره، مس، کیتوسان، TiO₂، ZnO و غیره از جمله نانو ذراتی هستند که در حوزه بهداشتی و پزشکی و در فرآیند تکمیل پارچه های تولید شده یا در فرآیند تولید الیاف، استفاده می­شوند.

شرکت Nanopro هنگ کنگ از فناوری نانو به منظور بهبود گردش خون در نواحی آرنج، زانو و رفع خستگی در ماهیچه­ها و غضروف بهره گرفته است. با استفاده از نانوذرات سرامیکی محصولاتی شامل زانوبند، مچ­بند و آرنج بند تولید نموده است[6].

شکل 8. محصولات کمک درمانی نانوفناورانه ساخت شرکت Nanopro

شرکت تهران زرنخ، تولید کننده نخ آنتی باکتریال نایلون با استفاده از نانوذرات نقره است که محصولاتی مانند جوراب واریس و باند­های کشی نانو ضدباکتری تولید و به بازار عرضه کرده است[7].

شکل 9. جوراب واریس و باندکشی ضدمیکروب  تهران زرنخ

شرکت رایان بهداشت شرق، تولید کننده گن های بارداری حاوی الیاف نقره  در ایران می­باشد. این گن متشکل از الیاف پنبهو 20% الیاف نقره است. این محصول از تمامی خواص نانوذرات نقره همچون عدم ایجاد بوی نامطبوع، خاصیت ضدمیکروبی ، ضد الکتریسیته ی ساکن، تنظیم دما و کمک به گردش خون در بدن برخوردار بوده و از ناهنجاری جنینی به دلیل امواج موبایل و ماهواره محافظ کرده و از سقط جنین جلوگیری می­کند[8]

شکل 10. گن بارداری ضد میکروب و ضد امواج مغناطیسی  رایان بهداشت

1-2-1 منسوجات هوشمند پایشگر زیستی

هرچند قابلیت­های پوشاک هوشمند بسیار گسترده است، محققان در حال حاضر در مراحل ابتدایی پیشرفت فناوری در این زمینه قرار دارند. پوشاکی که بدن انسان را از نظر پزشکی (ضربان قلب یا تعریق) پایش ­نمایند برای استفاده پزشکی  از اهمیت زیادی برخوردارند. منسوجات الکترونیکی اولیه، محصولات راحت و قابل استفاده ای نبودند وبه دلیل استفاده از سیم­ها و حس­گرهای مختلف، راحتی چندانی برای فرد ایجاد نمی­کردند.

با تولید ترانزیستورهای لیفی و استفاده از فناوری­های نوین از جمله فناوری نانو، امکان تولید محصولاتی با کارایی بیشتر و قابلیت حفظ راحتی فرد فراهم آمد.

برای مثال محققان دانشگاه میشیگان، با روش ساده پوشش­دهینخ پنبه‌ای با استفاده از دیسپرسیون[3]نانولوله­های کربنی موفق به تولید نخ پنبه­ای رسانا با مقاومت الکتریکی حدود/cm Ω 20 شدند. نخ تهیه شده به عنوان یک حس­گر زیستی، قادر به تشخیص آلبومین به عنوان پروتئین ضروری در خون است. این نخ از نظر راحتی تفاوتی با نخ پنبه ای معمولی نداشته و امکان شناسایی سایر پروتئین­ها و مولکول­های زیستی را نیز فراهم می­آورد[9].

شکل 11. طرح­واره­ای از حس­گر زیستی پنبه­ای با پوشش نانولوله کربن

در حوزه منسوجات زیستیهوشمند، از کامپوزیت­های تونلی کوانتومی[4](QTC ) استفاده می­شود. این مواد در اثر اعمال فشار از حالت نارسانای الکتریکی به شبه رسانای فلزی تبدیل می­شوند، از این ویژگی می­توان در کاربردهای پزشکی همچون پایش فشار خون و تنفس و پایش فعالیت جنین در زنان بارداراستفاده نمود[10].

شکل 12. گن شکم دارای حس­گرفشاری Smart Fabric Bellyband به منظور کنترل فعالیت­های جنین

شرکت فنلاندی Clothing+ رویکرد مشابه­ای را برای حس­گرهای پایشگر قلب منسوج با کاربردهای ورزشی و پزشکی در پیش گرفته است. در حال حاضر Clothing+ میلیون­ها محصول حس­گر در سال برای نام­های تجاری همچون Suunto، Adidas، Garmin، Philips و Timex تولید می­کند[1].

در مرکز سنت مارتینز در لندن لباسی با فناوری نانو ابداع شده است که قادر است ذرات یک ماده فعال نظیر دارو را در خود جای دهد و بطور موضعی در بدن آزاد کند.پیش از این فناوری­های نوینی در کمربندها و کفش ها مورد استفاده قرار گرفته بود، اما اکنون این فناوری در لباس هم تعبیه شده است به گونه ای که نه تنها به عنوان تن پوش از آن استفاده می­شود، بلکه سلامت انسان را نیز پایش می­کند.اکنون محققان در حال تلاش هستند تا هر قطعه از لباس و کفش انسان بتواند علائم حیاتی انسان را کنترل کرده و حتی به درمان بیماری‌ها کمک کند[1].

لباسی که به تازگی محققان برای درمان سرطان سینه ابداعکرده­اند، می تواند داروی درمان سرطان سینه را به طور موضعی آزاد کند.این لباس حاوی حباب­های میکرو کپسوله داروی تاموکسیفن (Tamoxifen) است.گرما و رطوبت بدن پوشش این حباب ها را از بین برده و تاموکسیفن به تدریج در طول روز از طریق پوست جذب بدن می­شود.تاموکسیفن با مسدود کردن استروژن، موجب کند شدن رشد سلول های سرطانی می شود[11].

• منسوجات خارج از بدن

تجهیزات خارج بدن، اندام­هایی هستند که برای تصفیه خون و یا به عنوان کلیه، کبد و  یا ریه مصنوعی در خارج بدن استفاده می­شوند. به این منظور از الیاف توخالی پلی­استر، ویسکوز، پلی­پروپیلن و یا غشائ سیلیکونی توخالی استفاده می­شود.

محققان دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو (UCSF) و دانشگاه  وندربیلت موفق به بهره­گیری از فناوری­نانو برای تولید کلیه مصنوعی شدند. با استفاده از نانوفیلترهای سیلیکونی امکان زدودن سموم، نمک­ها، برخی مولکول­های ریز و آب از خون بیمار وجود دارد. وجود منافذ ریز یکنواخت از جمله مزایای نانوفیلترهای تولید شده نسبت به سامانه­های موجود دیالیز می­باشد[12].

• منسوجات غیرقابل کاشت در بدن

منسوجات غیر قابل کاشت در حوزه بهداشتی، منسوجاتی هستند که به بهبود بیماری فرد و یا ترمیم زخم کمک می­کنند. مواد مورد استفاده در پانسمان زخم باید توانایی حذف ترشحات زخم و حفاظت از زخم را داشته باشند. چند ویژگی بسیار مهم برای پانسمان زخم عبارت است از :

• تخلخل بالا برای تبادل هوا
• یک مانع خوب برای حفاظت از زخم در برابر عفونت و کم شدن آب بدن
• زیست سازگاری با بدن و عدم ایجاد حساسیت[13]

علاوه بر تمیز کردن زخم و استفاده از عوامل مختلف موضعی ضدمیکروب، پانسمان زخم می­تواند راه موثری در جلوگیری از عفونت میکروبی باشد. مناسب بودن یک پانسمان زخم سوختگی عامل موثری در ترمیم زخم به شمار می­رود. امروزه طراحی زخم پوش­های نانولیفی امکان پذیر بوده و یک لایه نانولیفی الکتروریسی شده بر پارچه اصلی زخم پوش اضافه می­شود.

زخم پوش‌های بر پایه نانوالیاف دارای مزایای زیر می­باشند.

• بند آمدن خون: به دلیل ساختار نانولیفی که دارند از خون ریزی جلوگیری می­کنند.
• فیلتراسیون بالا و راندمان جذب مایع: جذب بالای ترشحات زخم
• نیمه تراوایی: تسهیل تنفس سلول به دلیل تخلخل ساختار
• انطباق: تسهیل پوشش دهی 3 بعدی به علت انطباق پذیری بالای نانوالیاف
• توانایی عمل کردی: اعمال دارو و آنتی بیوتیک توسط شرکت تولید کننده در نانو الیاف

علاوه بر این، زخم پوش­های نانولیفی که در محیط مرطوب مورد استفاده قرار می­گیرند، نیاز به تعویض مکرر ندارند که این امر سبب کاهش درد و طولانی شدن روند التیام زخم می­شود.

شکل 13. پوشش زخم سوختگی با فناوری نانو

زخم پوش­های نانولیفی، کارآمدتر و کم خطر تر بوده و انتظار می­رود  در آینده  این زخم پوش­ها سهم قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص دهند. در ادامه به برخی از دستاوردها در زمینه زخم پوش­های نانولیفی اشاره می­شود:

• زخم پوش نانولیفی پلی گلیسرول پرشاخه[5]حاوی داروی ضد التهاب و ترمیم کننده زخم
• زخم پوشش نانو لیفی پلی وینیل الکل پوشش داده شده با کیتوسان به منظور تسریع روند التیام زخم
• نانو ذرات اکسید روی در ترکیب با نانوالیاف سدیم آلجینات/پلی وینیل الکل برای بهبود خواص ضد میکروبی و افزایش قابلیت جذب ترشحات زخم توسط هیدروژل آلجینات/ PVA[14].

بنا به گزارش Nucryst، محصول نانونقره این شرکت با نام Acticoat، باکتری­ها را در کمتر از 30 دقیقه از بین برده و خاصیت خود را برای چند روز حفظ می­کند. با وجود حضور این محصول در بازار از سال 1999، شرکت Smith & Nephew، از شرکای Nucryst، 5 میلیون دلار برای کسب امتیازات فروش در فصل اول 2004 به این شرکت پرداخت. فروش از 3 میلیون دلار در سال 1999 تا 16 میلیون دلار در سال 2003 افزایش یافته است و Acticoat در حال حاضر در بیش از 100 بیمارستان از 120 بیمارستان بزرگ سوختگی در امریکای شمالی استفاده می­شود[15].

شکل 14. زخم­پوش­های Acticoat با بهره­گیری از فناوری نانو

شرکت smith&nephew زخم پوشی برای زخم­های سوختگی از جنس نایلون/ سیلیکون تولید کرده است.این زخم پوش از یک پارچه حلقوی نایلونی همراه با لایه بسیار نازک و نیمه تراوایی از سیلیکون تشکیل شدهاست. مخلوطی غیرسمی از پپتیدهای استخراج شده از کلاژن، به منظور افزایش انعطاف، راحتی، آب­دوستی و زیست­سازگاری بر روی غشای نایلون/سیلیکون مورد استفاده قرار گرفته است.لایه سیلیکون بیرونی با عملکرد دوگانه همچون یک سد محافظ مانع از دست دادن رطوبت زخم شده و از خشک شدن زخم جلوگیری نموده و به خروج بخار آب اضافی که سبب تجمع مایع اضافی روی زخم می­شود، کمک می­کند[15].

شکل15. نمایی از زخم پوش نایلون/سیلیکون و نحوه استفاده از آن

شرکت Mölnlyckeبا استفاده از فناوری تولید نانوالیاف موفق به تولید زخم­پوش­های پیشرفته شده است. ایده مستتر در این محصول، رهایش مواد ضد باکتری و پروتئین ماتریس خارج سلولی از زخم­پوش نانولیفی به منظور جلوگیری از رشد باکتری و تسریع فرایند التیام زخم می­باشد[16].

شرکت داروسازی دانش بنیان عماد با استفاده از نانو کریستال­های نقره، موفق به تولید پانسمان تک لایه شده است. این محصول با نام” باند پانسمان آنتی باکتریال آجی کت” به بازار عرضه شده است.نوآوری دیگر این فراورده، وجود شاخص تغییر رنگ الیاف پس از آزادسازی یون نقره است. در این حالت رنگ الیاف از سبز تیره به سبز روشن (متمایل به سفید) تبدیل می‌شود. با این روش به آسانی می‌توان زمان تعویض پانسمان را تشخیص داد[17].

شکل 16. زخم­پوش­های Agcoat با بهره­گیری از فناوری نانو

شرکت داروسازی رازی نیز موفق به تولید و طراحی پانسمان نانویی شده است. این نوع پانسمان برای بهبود انوع زخم‌های سوختگی شدید، دیابتی و زخم‌های جراحی کاربرد دارد . در طراحی این نوع پانسمان از پارچه‌های نایلونی با انعطاف پذیری بالا با لایه‌ای از نانو ذرات نقره استفاده شده است.بهبود شدیدترین زخم‌ها بدون استفاده از دیگر ضدعفونی کننده‌ها همچون پمادها وآنتی بیوتیک‌ها، کاهش درد بیمار هنگام تعویض پانسمان، کوتاه شدن دوره بهبود زخم و کاهش 30 درصدی هزینه از جمله ویژگیهای پانسمان نانویی می­باشد.با بومی سازی این نوع پانسمان دانش فنی ساخت آن از انحصار کشورهای آمریکا و سوئیس خارج شده است.

• منسوجات قابل کاشت در بدن

داربست­های پلیمریحاوی نانوذرات، بافت­های متفاوت بدن از جمله رگ مصنوعی، غضروف و نخ­های جراحی قابل جذب از جمله منسوجات قابل کاشت در بدن به شمار می­روند. به دلیل امکان جایگزینی با ساختار لیفی نسوج بدن، امکان برهم­کنش نسوج و جزء کاشته شده در بدن و ترکیب ظرافت و استحکام، از ساختارهای لیفی برای تولید اجزای قابل کاشت در بدن استفاده می­شود.

داربست­های زیستی را می­توان با خودآرایی، هیدروژل­های پلیمری، منسوجات بی­بافت، ماتریس­های نانولیفی، بافت سه بعدی تولید نمود. مهم­ترین ویژگی­های داربست­های لیفی عبارتند از: تخلخل زیاد، ابعاد مناسب منافذ به منظور تسهیل هسته­گذاری سلولی و انتشار، قابلیت تعامل با مولکول­های زیستی، انطباق نرخ تجزیه زیستی با نرخ تشکیل نسوج و زیست­سازگاری.

در میان داربست­های زیستی موجود، داربست­های نانولیفی به دلیلنسبت سطح به حجم بسیار بالا، تخلخل و حفرات زیاد امکان شبیه سازی ماتریس خارج سلولی را برای سلول فراهم کرده و در  رشد و تکثیر سلول­ها بسیار موثر است[18].

شکل 17. نمونه هایی از داربست­ نانولیفی به همراه سلول

شرکت Neotherix از جمله تولید کنندگان داربست­های زیستی قابل جذب برای ترمیم نسوج نرم است. ادعای این شرکت تلفیق دانش الکتروریسی مواد پلیمری با زیست­شناسی ترمیم زخم به منظور ارائه داربستهای لیفی قابل جذب است[19].

شرکت Nicast از جمله شرکت­های فعال در زمینه تولید منسوجات نانولیفی با قابلیت کاربرد به عنوان زخم­پوش، رگ مصنوعی و توری­های فتق شکمی می­باشد[20].

شکل 18. توری فتق شکمی تهیه شده از نانوالیاف[20]

شکل 19. رگ مصنوعی نانولیفی[20]

رگ مصنوعی مذکور از سه لایه تشکیل شده است. لایه داخلی یک منسوج نانولیفی میکرومتخلخل در تماس با خون است که از حداقل خاصیت چسبندگی خون به بستر منسوج برخوردار است.لایه میانی میکرومتخلخل با ضخامت 40 میکرومتر از نفوذ مولکول­های بزرگ جلوگیری کرده و استحکام و انعطاف ساختار رگ مصنوعی را تامین می­نماید. لایه نانولیفی بیرونی به منظور افزایش قابلیت اتصال و رشد سلول طراحی شده است[20].

شکل 20. نمونه ای از رگ مصنوعی در بدن

به عقیده دانشمندان چنین رگ هایی در جراحی قلب از تقاضای زیادی برخوردار خواهند شد. آزمایشات ماقبل کلینیکی روی جانوران نشان دادند که این رگ‌ها در ارگانیزم زنده بخوبی کار می‌کنند. پس از دو سال، پزشکان قصد دارند این رگ های مصنوعی را روی انسان آزمایش کنند.تا سال 2017 میلادی قرار است رگ های مصنوعی جدید برای جراحی باز قلبی معرفی شوند.محققان دانشگاه شانگهای نیز با استفاده از فرآیند micro-imprinting و الکتروریسی برای اولین بار موفق به تولید رگ مصنوعی سه لایه شدند. پلیمرهای مورد استفاده در این پژوهش کیتوسان و پلی وینیل الکل بوده است [21].

از داربست­های نانولیفی به همراه نانو ذرات مختلف در ترمیم ضایعاتی چون ضایعات عصبی استفاده می­شود. به منظور بازسازی بافت عصب سیاتیک موش از نانولوله کربن(CNT)استفاده شده است. CNT به وسیله یک فرآیند شیمیایی به سطح میکروالیاف فسفات شیشهآرایش یافته (PGFs) متصل شده و درون لوله سه بعدی پلی لاکتیک اسید (PLDLA) قرار داده می­شود. مطالعات برون تنی(in vitro) نشان می­دهدکه سلول­های عصبی تیره پشتی در راستای CNT-PGFs موازی شده، رشد بهتری داشته و CNT به صورت چشمگیری سبب افزایش بیشینه طول سلول­های عصبی شده است[22].

شکل 21. نمایی از داربست 3 بعدی قرار داده شده در تیره پشتی موش

• رهایش دارو و مواد فعال از منسوجات نانوساختار

پیشرفت در علم دارورسانی ناشی از توسعه علوم مختلف پلیمر، داروسازی، بیوشیمی، زیست مولکولی و سایر فناوری­های پیشرفته است. از مواد، فناوری­ها و استراتژی­های جدید به منظور موفقیت در این شاخه از علم استفاده شده است. استفاده از منسوجات دارورسان همچون برچسب­های پوستی به دلیل قابلیت تولید در ابعاد مختلف، امکان عبور هوا، عدم ایجاد حساسیت پوستی، سهولت استفادهو انعطاف و راحتی از مزایای زیادی برخوردار می­باشد.

مهم­ترین مزیت الیاف حاوی دارو سهولت تولید، میزان رهایش در سطح زیاد و امکان تولید در شکل­های متفاوت می­باشد. نانوالیاف پلیمری حاوی دارو که با روش الکتروریسی تهیه شده­اند، قطری درحدود چندین نانومتر تا 1 میکرون دارند (معمولا 500-50 نانومتر). دو رویکرد برای تولید نانو منسوجات دارورسان وجود دارد.

1. منسوجات طبیعی یا مصنوعی موجود با روش­های مختلف با نانوحامل­های دارورسان تکمیل می­شوند.
2. تولید منسوجات و وارد کردن دارو به طور همزمان در ساختار پارچه با استفاده از روش تولید الیاف کامپوزیتی حاوی نانومواد یا بارگذاری دارو درون نانوالیاف انجام می شود.

سیکلودکسترین­ها و نانوکپسول­های پلیمری از جمله نانوحامل­های دارو هستند که در تولید منسوجات پزشکی دارورسان از آن­ها استفاده می­شود.

شرکتBiosurface  از جمله تولیدکنندگان فعال در زمینه الکتروریسی نانوالیاف تجزیه پذیر/غیرقابل تجزیه حاوی دارو، فاکتور رشد و مواد زیست فعال است.  این شرکت در حال حاضر گازهای پانسمان زیست فعال Combat Gauze را برای سربازان ارتش آمریکا تامین می­نماید[23].

شرکت ArsenalMedicalتولید کننده نانوالیاف و میکروالیاف  پوسته/ مغزی AxioCore™  است که از این الیاف برای ترمیم نسوج و همچنین رهایش کنترل شده طیف وسیعی از مواد زیستی و دارویی استفاده می­شود[24].

شکل 22. تصویر میکروسکوپ الکترونی از نانوالیاف حاوی دارو [24].

• جمع­بندی

با تغییر رویکرد عمومی نسبت به مقوله بهداشت و درمان،  منسوجات پزشکی / بهداشتی به دلیل قابلیت در  رفع نیازمندی­های بهداشتی همراه با حفظ راحتی افراد از اهمیت زیادی برخوردار شده است. هرچند این حوزه  از دیرباز مورد توجه تولید کنندگان قرار داشته است، لیکن استفاده از علوم و فناوری­های نوین همچون فناوری نانو، فناوری­بایو و حتی فناوری­اطلاعات،  زمینه­ساز پیشرفت­های زیادی در این بخش شده است. بدیهی است با گسترش هرچه بیشتر منسوجات با کارایی بالاتر امکان  حفظ سلامت و بهداشت عمومی، پایش سلامت افراد و خصوصاَ افراد آسیب­پذیرتر جامعه به ویژه کودکان و سالمندان و همچنین افزایش بازده عملیات درمانی فراهم خواهد آمد.

منابع :

1. Smart textiles and nanotechnologies: applications, Technologies and markets, Cientifica report, September 2014.
2. “Front matter,” in Medical Textiles and Biomaterials for Healthcare, S. C. Anand, J. F. Kennedy, M. Miraftab, and S. Rajendran, Eds., ed: Woodhead Publishing, 2006, pp. i-iii.
3. Faulde and W. Uedelhoven, “A new clothing impregnation method for personal protection against ticks and biting insects,” International Journal of Medical Microbiology, vol. 296, Supplement 1, pp. 225-229, 5/22/ 2006.
4. http://solefresh.ru/
5. nature.com.
6. http://www.ihealthproducts.com/scripts/prodList.asp?idCategory=70
7. http://www.zarnakh.com
8. http://www.rayanbehdasht.com.
9. http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=8189.php
10. http://drexelnanophotonics.com/wearable-technology
11. http://www.west-info.eu/bras-that-treat-breast-cancer/
12. https://www.ucsf.edu/news/2015/11/165666/artificial-kidney-research-advances-through-ucsf-collaboration
13. E. Kim, D. N. Heo, J. B. Lee, J. R. Kim, S. H. Park, S. H. Jeon, et al., “Electrospun gelatin/polyurethane blended nanofibers for wound healing,” Biomedical Materials, vol. 4, p. 044106, 2009.
14. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19788943
15. http://wound.smith-nephew.com.
16. http://www.molnlycke.com/wound-care-dressings/
17. http://www.nanoproduct.ir/index.php?ctrl=products&actn=view&id=1811&lang=1
18. نجاریان، سیامک؛ حق بین نظر پاک، معصومه؛ زیست مواد، اندام­های مصنوعی و مهندسی بافت؛ انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی تکنیک تهران)، زمستان 1389
19. http://www.neotherix.com/
20. http://www.nicast.com/
21. https://publishing.aip.org/publishing/journal-highlights/artificial-blood-vessels
22. ‌-S. Ahn, J.-Y. Hwang, M. S. Kim, J.-Y. Lee, J.-W. Kim, H.-S. Kim, et al., “Carbon-nanotube-interfaced glass fiber scaffold for regeneration of transected sciatic nerve,” Acta biomaterialia, vol. 13, pp. 324-334, 2015.
23. http://www.biosurfaces.us/#!drug-loading/c1z2n
24. http://arsenalmedical.com/technology/axiocore-drug-delivery-platform

 

 

 

[1] Medical textiles

[2]Alginate

[3]Dispersion

[4]Quantum Tunneling composite

[5]Hyperbranched polyglycerol

 

 

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

• گروه ترویج نانونساجی

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================