تستخدم الزراعة الطبية الحيوية على نطاق واسع لعلاج إصابات العظام واستبدال المفاصل التي تكون مبررة بسبب الشيخوخة أو الأمراض التنكسية.الهدف الرئيسي للزرع الحيوي هو مساعدة الشخص المصاب أو المريض على العودة إلى الحياة الطبيعية خلال فترة زمنية محدودةيجب أن تمتلك الزرع المقبولة سريريا خصائص معينة مثل التكامل العظمي، مقاومة التآكل، التوافق الميكانيكي والفيزيائي، سهولة التصنيع،والثبات أثناء الخضوع لإجراءات التعقيم ويجب أن تكون فعالة من حيث التكلفة.
العدوى هي واحدة من العوامل الرئيسية في فشل الزرع العضلي أو الأسنان، والتي لها تداعيات كبيرة على المرضى الفرديين وغالبا ما تتطلب جراحة إعادة،إزالة أو استبدال الزرعوبالتالي ، بشكل عام ، فإن العدوى المرتبطة بالزرع ستكون مكلفة للغاية ، وفي بعض الأحيان ، يمكن أن تكون مهددة للحياة للمريض أيضًا [9,10].يُلعب تشكيل الفيلم الحيوي على سطح الزرع دورًا رئيسيًا في تسبب العدوى المتكررة وهو حساس لطبيعة السطح وكيمياء السطح للزرعيلعب تشكيل الفيلم الحيوي على سطح الزرع دورًا رئيسيًا في تسبب العدوى المتكررة وهو حساس لطبيعة السطح وكيمياء السطح للزرع.
تم الاحتفال منذ فترة طويلة بسبائك التيتانيوم (Ti) من النوع بيتا (β) في مجال علوم المواد من أجل قوتها الاستثنائية وقابليتها للتشكيل ومقاومتها للبيئات القاسية.خصائصها المتميزة تجعلها خيار مثالي لمجموعة واسعة من التطبيقات، من مكونات الطيران إلى الزراعة الطبية الحيوية. على وجه الخصوص ، يتم استخدام سبائك Ti من النوع β بشكل متزايد في الزراعة والقطع الاصطناعية ، مثل استبدال المفاصل والستنتات ،بسبب ملاءمتها الحيوية الممتازةومع ذلك ، على الرغم من هذه المزايا ، ظهر تحد: في ظل ظروف معينة ، يمكن لهذه السبائك أن تطور مرحلة أوميغا هشة ، مما يهدد سلامتها الهيكلية.
كشفت التطورات الحديثة أن إضافة الصين (Sn) إلى سبائك Ti من النوع β يمكن أن يحسن بقوة واستقرارها بشكل كبير من خلال تخفيف تكوين هذه المرحلة أوميغا المشكلة.في حين أنه تم تأسيس أن إضافة القصدير مفيدة، ما زالت الآليات الدقيقة وراء هذا التحسن موضوعًا للمحاولة والدراسة. New research led by Norihiko Okamoto and Tetsu Ichitsubo from Tohoku University's Institute for Materials Research (IMR) has provided critical insights into how tin enhances the performance of β-type Ti alloys، مما يوضح تفاعل معقد من العناصر التي تسهم في هذه الظاهرة.
تُعرف سبائك التيتانيوم من النوع بيتا بخصائصها الميكانيكية القوية ومقاومتها للتآكل. وهي تتكون في المقام الأول من التيتانيوم جنبا إلى جنب مع عناصر مثل الفاناديوم والموليبدينوم ،والكرومعلى الرغم من هذه المزايا ، يمكن أن تخضع سبائك Ti من النوع β لتحول مرحلي في ظل ظروف معينة ، مما يؤدي إلى تشكيل مرحلة أوميغا هشة.هذا التحول يحدث عادة في درجات حرارة عالية أو خلال المعالجات الحرارية المحددة، مما يؤدي إلى مادة عرضة للكسر والفشل.
مرحلة أوميغا غير مرغوب فيها لأنها تعرض قوة السبائك و صلابةها للخطرالباحثون قد استكشفوا طرق مختلفة لتحقيق الاستقرار في سبائك Ti من النوع β ومنع تشكيل مرحلة أوميغاأحد الحلول الواعدة هو إضافة القصدير، والذي أظهر إمكانات كبيرة في تحسين الخصائص الميكانيكية للسبائك.
من المعروف أن إضافة القطن إلى سبائك Ti من النوع β تحسن قوتها ومقاومتها لتشكيل مرحلة أوميغا.الآليات الدقيقة التي يحقق بها القطن هذه الآثار لم تكن مفهومة بالكامل حتى وقت قريبهذا هو المكان الذي تدخل فيه البحوث التي يقودها أوكاموتو وإيتشيتسوبو
ركزت دراستهم على سبائك التيتانيوم الفاناديوم (Ti-V) النموذجية، وهو نظام تمثيلي لفهم سلوك سبائك Ti من النوع β.من خلال الجمع بين التقنيات التجريبية مع التحليلات النظريةتمكن فريق البحث من تشريح التفاعلات بين التيتانيوم والفاناديوم والقصدير على المستوى المجهري.
ووفقاً لـ (إيتشيتسوبو) ، "اكتشافاتنا تكشف أن التفاعل المتعدد العناصر بين (تاي) و (في) و (سن) ، إلى جانب تأثير ترسيخ ذرات (سن)العمل معاً لقمع تكوين مرحلة أوميغا الضارة تماماً، مثالا على ما يسمى تأثير الكوكتيل".
The term "cocktail effect" in metallurgy refers to the phenomenon where mixing multiple elements in a well-balanced ratio produces superior material properties that go beyond what would be expected from the individual components aloneهذا التأثير يشبه خلق كوكتيل لذيذ عن طريق خلط المكونات المختلفة في النسب المناسبة لتحقيق نتيجة متناغمة ومزدهرة.
في حالة سبائك Ti من النوع β ، يحدث تأثير الكوكتيل من خلال التفاعلات التآزرية بين التيتانيوم والفاناديوم والقصدير.تلعب ذرات القطن دوراً حاسماً في تثبيت بنية السبائكفهي تعمل كـ"رساة" داخل مصفوفة السبائك، مما يمنع تشكيل مرحلة أوميغا الهشة.يتم تحقيق هذا الاستقرار من خلال مزيج من تقوية محلول صلب وتغيير توازن المرحلة من سبيكة.
من خلال دمج الصين في سبيكة Ti من النوع β، وجد فريق البحث أن مقاومة السبيكة للتحولات المرحلية تتحسن بشكل كبير.وجود القصدير يعطل تشكيل مرحلة أوميغا، مما يضمن أن السبائك تحتفظ بخصائصها الميكانيكية المرغوبة حتى في ظل ظروف صعبة.
النتائج التي تم الحصول عليها من هذا البحث لها آثار مهمة على مجال الزرع الطبية الحيوية والأطراف الاصطناعية.تحسين قوة واستقرار سبائك الـ β-type Ti مع إضافة القصدير يعزز من ملاءمتها للاستخدام في تطبيقات طبية مختلفةعلى سبيل المثال، استبدال المفاصل، وتطعيم الأسنان، والستنتات المصنوعة من هذه السبائك المحسنة من المرجح أن تظهر أطول العمر والموثوقية،استفادة المرضى الذين يعتمدون على هذه الأجهزة لتحسين نوعية الحياة.
وعلاوة على ذلك، فإن فهم تأثير الكوكتيل يمكن أن يوجه تطوير مواد متقدمة أخرى.يمكن للباحثين تخصيص خصائص السبائك لتلبية متطلبات محددة، مما أدى إلى الابتكارات في علوم المواد والهندسة.
في حين أن البحث الذي أجراه أوكاموتو وإيتشيتسوبو يوفر قفزة كبيرة إلى الأمام في فهم دور القطن في سبائك Ti من النوع β ، لا يزال هناك الكثير للاستكشاف.قد تركز الدراسات المستقبلية على تحسين تكوين هذه السبائك بشكل أكبر ودراسة آثار العناصر الأخرى التي يمكن أن تسهم في تعزيز خصائصها.
بالإضافة إلى ذلك researchers may explore the long-term performance of tin-enhanced β-type Ti alloys in real-world applications to ensure that the improvements observed in laboratory conditions translate effectively to practical useفهم كيفية أداء هذه السبائك في ظل ظروف فسيولوجية مختلفة سيكون حاسما لنجاح تطبيقها في الأجهزة الطبية.
يُمثل اكتشاف أن القصدير يزيد من قوة سبائك التيتانيوم من النوع β عن طريق قمع تشكيل مرحلة أوميغا الهشة تقدماً كبيراً في علوم المواد.من خلال توضيح الآليات وراء هذا التأثير وإظهار تأثير الكوكتيل في العمل، فتح الباحثون طرقًا جديدة لتحسين أداء الزرع الحيوي والأطقم الاصطناعية.
مع استمرار تطور هذا المجال، فإن الرؤى المكتسبة من هذا البحث ستسهم بلا شك في تطوير مواد أكثر استدامة وموثوقية للتطبيقات الطبية،في نهاية المطاف استفادة المرضى وتطوير حالة التكنولوجيا الطبية.
