تطبيقات النسيج في الطب والتطورات الحديثة فيها

تعتبر المنسوجات الطبية أحد مجالات النمو الرئيسية في صناعة النسيج والملابس عالية التقنية. لعقود من الزمان ، تم استخدام هياكل النسيج على نطاق واسع في التطبيقات الطبية. تتمثل أكبر مزايا هذه المنسوجات في إمكانية إنتاج هياكل ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد ، وقدرتها الجيدة على الستارة ، وإمكانية ضبط الخصائص الميكانيكية والمورفولوجية على المستوى الجزئي وأيضًا على النطاق الكبير، وسطحها المحدد الكبير، وإمكانية دمج مواد مختلفة. يمكن اعتبار  medtech كجزء من مجموعة أوسع من المنسوجات التقنية. من الواضح أن   medtech تقود ظهور مواد أولية وعمليات جديدة ومحسنة ، مما يؤدي إلى حلول تكنولوجية جديدة مصممة خصيصًا لمعالجة المشاكل التي يواجهها الأطباء والمرضى يوميًا. تشمل منتجات المنسوجات الطبية مواد النسيج المستخدمة في النظافة، الصحة، العناية الشخصية وكذلك التطبيقات الجراحية. تتوفر منتجات medtech في جميع الأشكال مثل المنسوجة والتريكو وغير المنسوجة حسب مجال التطبيق. تحتاج المنسوجات الطبية إلى خصائص نسيج أساسية مثل النعومة والخفة والمرونة والامتصاص والترشيح وما إلى ذلك. يتم استخدام الألياف الاصطناعية بشكل كبير في تصنيع هذه المنتجات. في هذه المقالة ، سأناقش على نطاق واسع التطبيقات والتطورات الأخيرة في صناعة النسيج الطبي.

منسوجات النظافة:

منتجات النظافة الشخصية هي منتجات مثل الحفاضات والمناشف أو المناديل الصحية والسدادات القطنية. تتكون منتجات النظافة عادة من عدة طبقات من مواد مختلفة. تتميز في طبقات التغطية والداخل. عادة ما يتم إنتاج طبقة التغطية على أنها رقيقة غير منسوجة. غالبًا ما تكون مادة تغطية الطبقات من القطن أو السليلوز. لفترة طويلة ، كانت الطبقة الداخلية مصنوعة أيضًا من القطن أو السليلوز. في الوقت الحاضر ، يتم تصنيع المزيد والمزيد من الشبكات من ألياف كيميائية محبة للماء وما يسمى ب "الامتصاص الفائق".
يعتمد ترطيب الظهر ونفاذية الأقمشة غير المنسوجة على الغطاء وكذلك الطبقة الداخلية. يتم إنتاج الأقمشة غير المنسوجة بواسطة أربع تقنيات مختلفة: عمليات جافة ، رطبة ، مغزولة ، وعملية النفخ بالذوبان. العمليتان الأخيرتان هما عمليتان من مرحلة واحدة تسمح بإنتاج أقمشة غير منسوجة نهائية مصنوعة من المواد الخام.

الحفاضات هي منتجات تصنع عبر عدة مراحل. يجب أن تتوفر فيها الشروط التالية:

• تكون خفيفة جدًا (حتى 20 جم(
• تتكون من غير منسوج متعدد الطبقات يؤدي وظائف مختلفة لنقل السوائل والاحتفاظ بها
• تمتلك طبقة امتصاص 
• توفر أقصى قدر من الراحة (حرية الحركة) والملاءمة.

في حالة الفوط الصحية ، ينبغي أيضًا مراعاة ترطيب الظهر. تتكون الطبقة الداخلية بشكل أساسي من منتجات فائقة الامتصاص تحتاج إلى طبقة تغطية أكثر سمكًا، نتيجة لذلك تستخدم مواد البولي بروبلين و PES لهذا. من ناحية أخرى، تتكون السدادات القطنية عادةً من قطن صحي مغطى بأنبوب شبكي أو بقطعة قماش.

يجب أن تتميز منتجات سلس البول بامتصاص عالي، ملاءمة جيدة، تآكل جيد ومنع نمو البكتيريا ورائحتها ، كما يجب أن تلبي المتطلبات الجمالية. بشكل عام ، يتم تصنيعها مثل الحفاضات ، باستخدام نفس المواد الخام.

 

المنسوجات الطبية:

في جميع التطبيقات داخل وخارج الجسم ، تكون المنسوجات على اتصال مباشر بالأنسجة الحية وسوائل الجسم. هذا يتطلب ألا تتداخل المادة مع الكائن الحي بأي شكل من الأشكال ولا يجب أن تتلف المواد المستخدمة بسبب البيئة البيولوجية للجسم. تعتبر المادة التي تلبي كلا المطلبين متوافقة حيوياً. يعتبر تعريف التوافق الحيوي معقدًا ولا يمكن اعتباره إلا مجموع خصائص معينة تعكس المتطلبات المذكورة أعلاه. تم وصف المصطلح نفسه في DIN ISO 10993. ويركز تعريف مبسط مناسب لمعظم المنسوجات على الخصائص الكيميائية أو التركيبية أو الميكانيكية.

 

يجب أن تكون جميع المواد المستخدمة متوافقة كيميائيًا مع الجسم. وهذا يشمل السطح ، على سبيل المثال ، إمكانية الاستقطاب والشحنة السطحية. بالنسبة للخلايا ، يحدث التفاعل بين غشاء الخلية سالب الشحنة والخصائص الكهربائية لسطح المادة. يعني الامتثال الكيميائي أيضًا أن المواد ليست سامة للخلايا وليست سامة للجينات وليست مسرطنة وليست مخثرة.

ألا تسبب تفاعلات التهابية أو حساسية ولا لها تأثير غير مرغوب فيه على سلوك تكاثر الخلايا وتمايزها ، ولا تغير مخطط الدم. تشمل أكثر مواد الألياف المتوافقة حيوياً استخداماً البولي إيثيلين (PE) والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) والبولي أميد (PA) وبولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) والبولي إيثيثير كيتون (PEEK) وفلوريد البولي فينيلدين  (PVDF). تشمل المواد القابلة للامتصاص ذات الاستخدام الواسع حمض polylactic (PLA) ، و polyglycolide (PGA) ، و polydioxanone (PDO).

كما أن بنية النسيج نفسها لها تأثير على التوافق الحيوي الذي يتم تلخيصه في مصطلح "الامتثال الهيكلي". يمكن النظر إليه على مستويات مختلفة من الأحجام تتراوح من النانو إلى المقياس الكبير. يتم تحديد خصائص التضاريس السطحية على مقياس النانو والميكروسكوب. على المقياس النانوي ، على سبيل المثال ، يمكن تحديد سطح الألياف من خلال المعالجة الحرارية أثناء الغزل ومشكلة الشعيرات. تلعب بنية السطح دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي للجسم وأيضًا لقبول النسيج من قبل الجسم. مثال نموذجي هو الملاحظة التي تشير إلى أن نشاط البلاعم في عضلات الفئران يكون أعلى بكثير في المنطقة المجاورة لسطح PTFE خشن مقارنة بسطح PTFE الأملس. على المستوى المجهري ، يمكن غزل ألياف ملفوفة باستخدام هندسة خاصة في المغزل. هذا يمكن أن يعزز سطح الألياف ، مما يعطي الخلايا مساحة أكبر للنمو عليها. على المقياس المتوسط ​​، يتأثر هيكل النسيج بشكل أساسي بنسيج الخيط. على المستوى الكلي ، تعتبر العوامل الأخرى مثل هندسة المسام والحجم بالإضافة إلى اتجاه الألياف مهمة للأقمشة غير المنسوجة ، في حين أن نمط الأقمشة المنسوجة وكثافة الغزل (اتجاه اللحمة والسداة) ضرورية. بالنسبة للمنسوجات المحبوكة ، فإن عدد الصفوف والدورات لكل وحدة طول أمر حاسم ، وبالنسبة للضفائر ، يجب مراعاة زاوية التضفير.

يتم تحديد التوافق الميكانيكي من خلال تصميم المنتج ، ويؤثر على الخصائص الأخرى للمنسوجات مثل صلابة الانحناء وسلوك الإجهاد والتوتر واستعادة التجاعيد.

بصرف النظر عن التوافق الحيوي ، فإن إمكانية تعقيم المنسوجات مهمة أيضًا. يصف المعيار DIN EN 556 الإجراءات والاختبارات ذات الصلة بالتفصيل. تسبب العديد من عمليات التعقيم تغييرات في المواد البوليمرية التي يمكن أن تؤدي إلى تحلل الجزيئات الكبيرة. يجب إيجاد طريقة تعقيم مناسبة لكل مادة ولكل هندسة منتج.

 

المنسوجات الطبية خارج الجسم:

الملابس والكتان والعناية:

تُستخدم منتجات المنسوجات في المستشفيات ودور رعاية المسنين في مجالات الملابس وأغطية الأسرة والرعاية جنبًا إلى جنب مع الآلات الطبية (أغطية أجهزة الأشعة السينية وما إلى ذلك) التي يمكن أن تؤخذ في الاعتبار أعلى معايير النظافة. يجب أن تفي أغطية السرير والمراتب واللحف الخاصة بقطاع المستشفى بالمتطلبات الخاصة. يجب أن تكون صحية ، أي يجب أن تكون سهلة التعقيم. لهذا الغرض ، غالبًا ما يتم الانتهاء من المواد المضادة للبكتيريا. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تحافظ على ملمسها الناعم حتى بعد الاستخدام الطويل. يجب عليها أيضًا منع المرضى من الإصابة بقرح الفراش.

 

مواد التضميد والضمادات:

تُستخدم مواد الضمادات النسيجية في الضمادات اللاصقة والضمادات المعقمة والمضادة للحساسية والكمادات وحشو العيون وحامل المرهم وامتصاص وحشو الجروح ؛ الفليس الناقل للكواشف والأدوية ؛ الضمادات الداعمة وهكذا دواليك. اعتمادًا على التطبيق ، يجب أن تظهر المنسوجات الطبية خصائص كارهة للماء ، أو كارهة للزيوت ، أو مثبطة للهب ، أو مضادة للميكروبات ، أو لاصقة ، أو غير لاصقة ، أو مضادة للجراثيم. بشكل عام ، يجب أن يخلقوا مناخًا محليًا بين الجلد ومواد الطلاء التي تعزز الراحة والصحة. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري من ناحية عدم حرمان الجسم من أهم مُعدّل درجة الحرارة ، وهو تبخر الماء المتكثف. من ناحية أخرى ، يجب عدم السماح بتراكم الرطوبة.

تتكون الحشوة من القطن أو الفسكوز. جميع مواد الضمادة الأخرى التي تلامس الجروح تتكون بالكامل تقريبًا من القطن المبيض. يتم نسج Mull من خيوط قطنية ناعمة في نسج عادي. إنه مناسب لمعظم التطبيقات المتنوعة ، على سبيل المثال ، ضمادات الجروح ، مثل المرهم أو حامل الأدوية ، أو للكمادات أو المسحات المنزلية. ومع ذلك ، فإن الاعوجاج في ضمادات الشاش يتكون من السليلوز ولحمة القطن أو السليلوز. يتم نسج ضمادات الشاش أيضًا كنسيج عادي. أصبحت التركيبات الخاصة بضمادات الشاش والشاش ذات الحواف المغلقة مقبولة بشكل عام. فقط للاستخدام الخاص ، على سبيل المثال ، لضمادات الجبس ، لا تزال الإنشاءات ذات الحواف المفتوحة مستخدمة.

يشمل مجال الضمادات اللصقات والربط والكمادات والصوف الناقلة للأدوية. يجب ألا تلتصق ضمادة الجرح المثالية بالجرح ويجب أن تكون منفذة لبخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأكسجين. يجب أن تكون الضمادة قادرة على خلق مناخ محلي يحافظ على رطوبة الجرح وفي درجة حرارة الجسم. اعتمادًا على التطبيق ، يمكن تحضير الضمادات باستخدام مواد ضمادة مرنة وغير مرنة. بالنسبة للعديد من أعطال الدورة الدموية ، وعلاج الجروح ، والوظائف الحركية، من الضروري ممارسة ضغط خارجي يمكن التحكم فيه على الجسم. يتم تصنيع هذه الضمادات باستخدام مواد الإيلاستين. تتكون مواد الضماد بشكل أساسي من مواد ليفية مثل القطن أو الفسكوز أو البولي بروبيلين أو البوليستر أو البولي إيثيلين. تشكل الضمادات التي تحتوي على ألياف ألجينات مادة هلامية وبالتالي تضمن حماية الجرح والتئامه.

المواد المستخدمة في تغطية الجروح من اللصقات هي أقمشة غير منسوجة مصنوعة من ألياف الفسكوز والبولي بروبيلين. يتم وضعها على قماش قطني مجهز بغشاء لاصق.

 

تطبيقات الأغشية في المؤكسدات وفلاتر غسيل الكلى:

الأغشية الشعرية (الألياف المجوفة الصغيرة التي يسهل اختراقها) هي جزء لا يتجزأ من الرئتين والكلى الاصطناعية. إنها تمثل تطبيقات خارج الجسم حيث يكون كل من الألياف وبنية النسيج على اتصال مباشر بالدم. لغسيل الكلى ، يتم استخدام الألياف المصنوعة من السليلوز ، بولي سلفون ، بولي ميثيل ميثاكريلات ، بولي أكريلونيتريل. في المؤكسجين ، يتم استخدام الألياف المجوفة الدقيقة المصنوعة من بولي ميثيل بنتين والسيليكون. يمكن إنتاج ألياف مجوفة دقيقة المسام في كل من الغزل المصهور والمحلول. يشكل تكوين المسام الخطوة الرئيسية في عملية هذه الألياف ويتم تنفيذه عن طريق تطبيق إجهاد ميكانيكي أو عملية انعكاس الطور. في العملية السابقة ، تؤدي المسودة الميكانيكية إلى فتحات دقيقة على الأطوار البينية. يمكن أن يتكون هذا إما من مادتين مختلفتين أو من مادة واحدة حيث تكون المناطق غير المتبلورة والبلورية متجاورة. في العملية الأخيرة ، في مزيج أحادي الطور من البوليمر والمذيب ، تحدث عملية فصل تؤدي إلى مزيج من مرحلتين مع تكوين المسام الذي يتم استخلاصه بعد انقلاب الطور. يمكن أن يحدث انقلاب الطور الفعلي كيميائيا أو حراريا. يحدد تدرج درجة الحرارة والتركيز عملية انعكاس الطور ، وبالتالي يمكن ضبط بنية المسام على القيم المرغوبة.

المنسوجات التي تزرع داخل الجسم:

يمكن للأطراف الاصطناعية الجراحية المصنوعة من مواد نسجية أن تحل محل العظام والأوعية والأعضاء الجزئية أو لتقوية الانسجة الطبيعية. يتم استخدام العديد من هياكل النسيج اعتمادًا على هيكلها وطوبولوجيا السطح. يجب أن تستوفي الألياف المستخدمة لهذه الأغراض شروطًا معينة. يجب ألا تكون سامة أو مسرطنة (قابلة للتنفس) ويجب أن تكون خالية من مسببات الحساسية. يتم غزل الألياف من البوليمر في ظل ظروف معينة فيما يتعلق بسلوك الإجهاد والانفعال والخصائص الأخرى. ثم يتم تحويلها إلى منسوجات. يجب ضمان التوافق الحيوي بين الغرسة والنسيج والخلايا وسوائل الجسم ، على سبيل المثال ، من خلال طلاء هياكل النسيج. يمكن أن تحدث المشاكل من التآكل أو الذوبان أو النمو البيني.

خيوط الخياطة الجراحية:

من المنتجات النسيجية المعروفة في الطب خيوط الخياطة الجراحية. وهي تتكون من خيوط أحادية أو خيوط متعددة مضفرة. و تختلف من حيث تأثير النشر على الأنسجة وأيضًا في خواصها الميكانيكية. غالبًا ما تكون الخيوط المضفرة ذات جودة عالية في خواصها الميكانيكية مقارنة بالخيوط أحادية الشعيرات. ومع ذلك ، فإن عيبها الرئيسي هو أنها تظهر عمل فتل غير مرغوب فيه ، وتأثير نشرها أعلى. ومن ثم ، يجب عدم استخدام الخيوط المضفرة في مناطق الأنسجة المعرضة لأحمال إيقاعية أو نبضية كما هو الحال بالنسبة للعديد من الأوعية الدموية والقلب. في حين أن اللحامات في الأغشية المخاطية والعضلات والأمعاء عادة ما يتم بناؤها باستخدام مواد التماس القابلة للامتصاص ، فإن شقوق الجلد غالبًا ما يتم إغلاقها باستخدام مواد غير ماصة. ومع ذلك ، فإن استخدام مادة جيدة الامتصاص يؤدي غالبًا إلى نتائج أكثر ملاءمة من الناحية التجميلية.

تطبيقات القلب والأوعية الدموية:

مع أكثر من 40 مليون نبضة في السنة ، يعد قلب الإنسان أحد أكثر الأعضاء نشاطًا وأكثرها إجهادًا في الجسم. في الدقيقة ، يجب ضخ ما يصل إلى 5 لترات من الدم ، ويجب أن تفتح صمامات القلب وتغلق دون فشل حوالي 70 مرة في الدقيقة. ومن ثم فهي ذات أهمية حاسمة. لذلك يجب استبدال الصمامات المشوهة ، سواء كانت وراثية أو بسبب مرض ، بزرع صمامات اصطناعية. تتكون هذه غالبًا من الكربون الحراري. أحد مكوناتها الرئيسية هو حلقة التماس المصنوعة من التفلون (PTFE) بدرجة معينة من المرونة ، وبالتالي سد الفجوة بين الزرع والجسم لتجنب مرور الدم. يمكن خياطة حلقة التماس على أنسجة الجسم باستخدام خيوط التفلون ، مما يمنع الخلايا من النمو داخل الغرسة. هذا أمر بالغ الأهمية لأنه بخلاف ذلك يمكن أن تتأثر وظيفة الصمام ويمنع الإغلاق الكامل للصمام.

 

فتق فتق:

تُستخدم شبكات الفتق المحبوكة بأشكال وأحجام مختلفة ، خاصةً لعلاج تشققات الأنسجة (الفتق) أو بشكل عام لتقوية النسيج الضام. يتم إنتاجها بشكل أساسي من خيوط البولي بروبلين أو البوليستر أو PVD أحادية أو متعددة الشعيرات.       

 بدلاً من عملية الخياطة المباشرة ، غالبًا ما يتم علاج الفتق عن طريق وضع بنية نسيجية ، وبالتالي تغطية الفجوة بدون شد. يتم استخدام مواد قابلة للامتصاص بالكامل وقابلة للامتصاص جزئيًا وغير قابلة للامتصاص. هيكل النسيج له تأثير حاسم على تكامل الأنسجة. تزداد درجة التوافق الحيوي عند استخدام الخيوط الأحادية مقارنة بالخيوط المتعددة ، مما يزيد مع حجم مسام النسيج وانخفاض الوزن الإجمالي للشبكة. يمكن أن يؤدي الطلاء الإضافي للشبكة أيضًا إلى توافق حيوي أفضل.

تقنية النانو في المنسوجات الطبية:

يشمل نطاق مواد التكسية النانوية الطبية جميع مواد النسيج المبنية بمقياس نانوي. تستخدم هذه المواد في النسيج الطبي بأشكال عديدة. يتطلب تعقيد وتطور تطبيقاتها منتجات عالية الهندسة يمكن إنتاجها من خلال مجموعة متنوعة من الأساليب.

على الرغم من أن نوع الألياف وبنية الألياف يختلف باختلاف الاستخدام النهائي المحدد ، يجب أن تكون كل هذه الألياف النانوية الطبية الجديدة غير سامة وغير مسرطنة وغير مسببة للحساسية ومقاومة ميكانيكية وقادرة على التعقيم دون التعرض لأضرار جسدية أو إعاقة ميزاتها الأخرى.

يعد الغزل الكهربائي أحد أكثر الطرق استخدامًا لإنتاج الألياف النانوية للتطبيقات الطبية بالإضافة إلى العديد من التطبيقات التقنية الأخرى. التطبيقات المختلفة للألياف النانوية الكهربائية في المجال الطبي هي:

1- سقالات هندسة الأنسجة.

• الأوعية الدموية 
• العظام 
• العضلات 
• الأنسجة العصبية

2- التئام الجروح.

3- توصيل الأدوية.

 

خاتمة:

تعتبر المنسوجات الطبية من أهم فروع المنسوجات التقنية. ترتبط بتطبيقات أخرى مثل استخدام مواد مماثلة لأغراض مختلفة ؛ على سبيل المثال في غرفة العمليات ، يتم استخدام المنسوجات الواقية التي تشبه الأنواع الأخرى من الملابس الواقية بما في ذلك المواد الكيميائية أو المخاطر البيولوجية أو الحماية من الطقس السيئ. لذلك ، تم إنشاء تطويرات جديدة مخصصة للملابس الواقية من سوء الأحوال الجوية ، مثل الأقمشة المصنوعة من الألياف الدقيقة المنسوجة بكثافة أو المنسوجات المصفحة القابلة للتنفس ، كملابس أيضًا. نتيجة لذلك ، حقق الجراح وموظفو غرفة العمليات الآخرون مستوى أعلى من الحماية وكذلك راحة جيدة عند التآكل. المنسوجات الطبية ليست فقط مجال بحث مثير للاهتمام ، ولكنها أيضًا مهمة للغاية من الناحية الاقتصادية. تم تطوير المنسوجات الطبية على نطاق واسع في الآونة الأخيرة. المنسوجات الطبية هي اليوم مكون لا مفر منه لإدارة الأمراض الحديثة. بدءًا من الأقمشة القطنية الشائعة ، أظهرت المنسوجات الطبية تطورًا سريعًا على مدار العقود القليلة الماضية. يؤثر هذا التقدم على جميع قطاعات النسيج تقريبًا مثل مكونات الألياف الجديدة القابلة للتحلل الحيوي والتي تمكّن من استخدام أنواع جديدة من الغرسات وتطوير الأقمشة الفاصلة ثلاثية الأبعاد ؛ وتقليل التشطيبات القائمة على أيونات الفضة بشكل فعال من نمو البكتيريا. بهذه الطريقة ، نما مجال المنسوجات الطبية بشكل كبير على مر السنين.