امروزه با گسترش عرصة فناوری نانو، به ویژه در زمینة نانومواد، کاربردهای زیادی برای این مواد در علوم پزشکی مشاهده شده است، لذا توجه محققان علوم پزشکی را به خود جلب کرده است. با توجه به اهمیت نانومواد در علوم پزشکی در زیر بعضی از خواص و کاربردهای آن به صورت اجمالی بررسی می شود.

۱) نانومواد خام و ساختاری

از نانوذرات و نانوبلورها می توان به عنوان مواد زیست سازگار در پوشش دهی، کپسوله کردن داروها، جایگزینی استخوان، پروتزها و در کاشتنی ها استفاده کرد. مواد نانوساختاری نیز شکل دیگری از نانومواد خام می باشند که عملکرد ویژه ای دارند. نمونه های این مواد نانوساختاری، نقاط کوانتومی و درخت سان ها می باشند که در زیر انواعی از آن ها ذکر شده است.

۱,۱ ) نانوپلیمرها

نانوپلیمرها در پزشکی به شکل های زیر به کار برده می شوند:
داروی پلیمری:

از یک پلیمر فعال زیستی تشکیل شده است.
پیوند دارو با پلیمر:

از یک پلیمر محلول در آب، یک عامل مناسب و یک اتصالگر که عوامل ، پلیمر و هدف را به هم متصل می کند تشکیل شده است.
پیوند پروتئین با پلیمر:

بلوک پلیمری شامل یک بخش آب دوست و یک بخش آب گریز است که در محلول های آبی مایسل هایی را به وجود می آورد تا در سیستم رهایش دارویی به کار روند.
درخت سان ها:

مولکول هایی با قطر ۱۰ ۱ نانومتر هستند. این مولکول ها می توانند از منافذ عروق و بافت های کوچک در ابعاد نانو عبور نمایند. درخت سان ها در سیستم رهایش دارو به کار گرفته می شوند و ظرفیت گیرایش در حدود %۲۵ (w/w) را دارا می باشند.
لیپوزوم ها:

لیپوزوم ها وزیکول های دولایه فسفولیپیدی کوچکی می باشند که پایه آنها مولکول های آمفی فیلیک فسفو لیپیدی است که لیپوزوم ها را در محیط های آبی شکل می دهند. انتهای آب دوست آنها به طرف آب و طرف آب گریز آن به سمت مرکز لایه می باشد. لیپوزوم ها می توانند تک لایه هایی به اندازه ۵۰ ۲۰ نانومتر و دو لایه هایی با اندازه ای بالاتر از۱۰ میکرومتر به وجود آورند.
نانوذرات لیپیدی جامد:

لیپیدهای جامد در داروهای آب گریز به کار برده می شوند که دارای قطری مابین ۵۰ نانومتر تا ۱ میکرومتر می باشند. لیپیدهای فیزیولوژیکی همانند گلیسریدها توانایی زیستی و تخریب پذیری مناسب تری را دارند.

۲.۱ ) فولرین ها و نانولوله ها

این مواد شگفت انگیز شکل جدیدی از مولکول های کربن هستند و با ایجاد تغییراتی در آنها، به صورت زیست سازگار با بدن بوده (به صورت غیرمحلول) و کاربردهای مفیدی در پزشکی دارند. بیشترین کاربرد این مواد در پزشکی در ساخت ماهیچه های مصنوعی، سیستم رهایش دارو و همچنین در ساخت عروق (با ویژگی انحراف گلبول ها و جلوگیری از رسوب آنها) است. این ترکیبات به وسیله گروه های شیمیایی فعال می شوند و برای اتصالات آنزیمی گیرنده ها، مناسب می باشند.

۳,۱ ) نانوذرات غیرآلی
نانوذرات فسفات کلسیم

نانوذرات فسفات کلسیم از نمک های غیر آلی تهیه شده و قطری ما بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ نانومتر دارند. این ساختارها می توانند % ۲۰ w/w پروتئین ها را پر نمایند. همچنین از این ذرات می توان به صورت ویزیکول در واکنش ها استفاده کرد. بهترین ویژگی این مواد سایش آنهاست و بر عکس آلومینیوم که در بعضی مواقع سیستم ایمنی بدن را تحریک می کند این نانوذرات خطرشان حدود ۱۰۰ برابر کمتر از آلومینیوم است.
نانوذرات طلا

نانوذرات طلا به علت داشتن خاصیت چسبندگی، کاندیدای مناسبی برای سیستم رهایش دارویی می باشند.

کاربرد دیگر این نانومواد کامپوزیت هایی است که دارای هسته های دی الکتریک و پوسته های طلا می باشند. البته این کامپوزیت ها هم برای سیستم رهایش دارویی مناسب می باشند. با انتخاب نسبت درستی از اندازه هسته به پوسته، ویژگی های متفاوتی حاصل می گردد. نانوذرات در بهترین نسبت اندازه، ماکزیمم جذب را در نزدیکی مادون قرمز نشان می دهند. با تابش طول موج مناسب به این نانوذرات در بافت های عمقی پوست، این نانومواد گرم شده و نوع جدیدی از رهایش دارویی ایجاد می شود.
نانوذرات سیلیکاتی

نانوذرات سیلیکاتی در سیستم رهایش DNA استفاده می شوند. کلوئیدهای SiO۲ که سطوح آنها با آمینوالکیل سیلان ها به طور کووالانسی اصلاح شده اند، کمپلکس های مناسبی با DNA ایجاد می نماید، که نسبت به دیگر حامل های DNA این نانوذرات سمیت کمتری را از خود نشان داده اند.

۴,۱) مواد کامپوزیتی و نانوالیاف های آلی

نانوالیاف های آلی همانند نانوالیاف های کربنی (pcu۱۵ c ) چسبندگی سلولی بالایی در استئوبلاست ها نشان می دهند. نانوالیاف های کربنی در کاشتنی های دندانی و ارتوپدی هم کاربرد دارند. آنها وزن کمی دارند و همانند بلور های Hap گسستگی بالایی از خود نشان می دهند.

۲) پوشش دهی نانومواد در کاشت بافت ها

فناوری نانو در تولید مجدد بافت های بدن، بافت های جایگزین و به عنوان ترمیم کننده، ایده جدیدی ارائه نموده است .

مواد کاشتنی در بدن ممکن است باعث واکنش زایی سیستم ایمنی بدن، خوردگی، اتصال نامناسب و کوتاه مدت گردد. این عوارض سبب می شوند که مجدداً (به علت شل شدگی) روی کاشتنی ها عمل جراحی صورت گیرد. بنابر این برای اتصال، چسبندگی بیشتر و تولید یک منطقه سطحی به حجمی بزرگ تر و نیز رفع این عوارض از روش هایی مانند پوشش کاشتنی ها استفاده می شود. این روش در کاشتنی های بافت های سخت مانند استخوان و دندان کاربرد بیشتری دارد.

۱,۲) پوشش کاشتنی ها

رویکرد جدید، برای افزایش طول عمر کاشتنی ، پوشش دادن نانوساختاری سطوح کاشتنی ها می باشد.

مواد زیست سازگار نانوساختار نسبت به نوع ماکروساختار آن عملکرد زیستی بهتری نشان می دهند. ِنانومواد استفاده شده در پوشش دهی کاشتنی ها می توانند باعث افزایش زیست سازگاری، چسبندگی، ماندگاری و دوام آنها شوند. کاشتنی های دندانی و ارتوپدی چندین سالی است که به کار برده می شوند. (از ذرات هیدروکسی آپاتیت (HAP ) برای پوشش کاشتنی های hip که در سال ۱۹۶۰ میلادی مطرح شده و امروزه کاربرد زیادی در بدن دارد استفاده می شود. این ذرات علاوه بر پوشش کاشتنی hip، در پیچ های فلزی نیز استفاده می شوند).

نانومواد دیگری همانند پلی وینیل الکل (PVA) (به عنوان پوشش دهنده و کاشتنی در رگ های خونی در قلب مصنوعی، پیوند عروق و کاتترها و به عنوان پخش کنندة لخته های خونی و جلوگیری از شکل گیری آنها)، کیتوسان و دکستران در نانوذرات مغناطیسی (برای جداسازی یا از بین بردن سلول های سرطانی و میکروارگانیسم ها) امروزه مورد تحقیق و مطالعه زیادی قرار گرفته اند

الف) پوشش نانوساختار الماس

آلیاژهای Co Cr برای اتصالات و پلی اتیلن ها با وزن مولکولی بالا در حفرات به کار می روند، اما مشکل اینجاست که آلیاژهای کبالت زیست سازگاری مناسبی با بدن ندارند و پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا نیز به علت سایش بالا و شل شدن برای بدن مناسب نمی باشد. تیتانیوم به عنوان یک جایگزین دارای زیست سازگاری مناسبی است اما باز هم مشکلات زیستی را به همراه دارد. یکی از راه های مناسب برای بالا رفتن کیفیت کاشتنی های تیتانیوم، پوشش دهی آنها با الماس می باشد. این پوشش می تواند با روش CVD بر روی کاشتنی ها رسوب داده شود. لذا با انتخاب مناسب شرایط فرآیند (ترکیب گاز) می توان لایه های نانو بلوری الماس، با ضخامت حدود ۱۵ نانومتر ایجاد کرد. این لایه ها زیست سازگاری بالایی داشته و برای اشخاصی که حساسیت دارند مناسب می باشند.

ب) هیدروکسی آپاتیت (HAP)

حدود %۷۰ وزن استخوان را HAP تشکیل می دهد این ماده به علت کنش فیزیکی قوی، برای کاشتنی ها مناسب است.HAP برای پوشش دادن کاشتنی های تیتانیومی و کبالت کروم به کار می رود تا باعث تسریع استخوان سازی شود. این به علت شباهت ساختاری این ذرات به استخوان و چسبندگی سلولی آنها می باشد. نانوذرات HAP با ویژگی های مشابه به استخوان بدن، یک ماده مناسب برای پوشش می باشند. کاشتنی های استخوانی ساخته شده با مواد متداول شکننده اند، این به علت اندازة بزرگ دانه ها و همچنین آلودگی های سطوح مولکولی و ناخالصی هاست، که در نهایت باعث پس زدگی کاشتنی از بدن می گردد.

با بهره گیری از نانوذرات HAP درصد خلوص مولکولی افزایش و ویژگی های مکانیکی نیز بهبود می یابد. کاشتنی هایی با چنین پوششی، کمترین شکستگی و پس زدگی را خواهند داشت. همچنین برای چسبیدن به استخوان و موارد دیگر نیز از نانوذرات HAP برای پوشش استفاده می شود.

پ) پوشش دهی استنت ها (Stents)

بیماران قلبی دچار عارضة بسته شدن عروق کرونر از استنتهای خیلی کوچک فلزی به عنوان داربست استفاده می نمایند. این استنت ها از نوع فولاد می باشند که در عروق جای می گیرند تا جریان خون به قلب را برقرار کنند و عروق را باز نگه دارند. حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد استنت ها به علت رشد بافت همبند در محل زخم، باعث بسته شدن یا به خطر افتادن جان بیمار به دلیل بسته شدن عروق خونی می گردند. می توان با استفاده از نانوذرات تیتانیوم و دیگر مواد به عنوان ماده زیست سازگار و پوشش دهنده، احتمال ترمبوز را کم نمود.

ت) نانوذرات به عنوان سطوح آنتی باکتری

نانوذراتی همانند TiO۲ به دلیل ویژگی فوتوکاتالیستی اثر ضد باکتری دارند. همچنین به دلیل اندازة کوچک شان شفافند. کاربرد ضد میکروبی نانوذرات تیتانیوم بر روی سطح می تواند برای تجزیه مواد مضر محیطی استفاده گردد.

۳) داربست های تولید مجدد بافت

مواد نانوساختاری باعث بهبود ویژگی های داربست بافتی می شوند. همچنین باعث بهبود عملکرد در زمینه هایی همانند تاثیرگذاری در ساختار داربست (مانند درصد تخلخل، اندازه سوراخ ها و استحکام دهی مکانیکی داربست) می شوند.

۴)نانومواد در مواد کاشتنی ساختاری

استخوان یک ماده با استحکام بالاست. استخوان بیشتر از سایر ساختارهای بدن دارای اتصالات درونی با سوراخ های مرتبط می باشد که اجازه عبور مواد مغذی و سیالات بدن را از خود می دهد. در مواردی همانند شکست استخوان، عیوب استخوانی و غیره، استخوان ها نیازمند جبران یا جایگزینی می باشند.

مواد نانوساختاری همانند نانوسرامیک های با استحکام بالا ( هیدروکسی آپاتیتHAP و آپاتیت فسفات کلسیم CPA) به عنوان پرکننده و شکل دهندة عیوب استخوانی، در ترمیم و جبران بافت استخوانی به کار برده می شوند. لازم به ذکر است که استخوان به طور طبیعی دارای ۷۰ % وزنی HAP می باشد. نانوسرامیک ها علاوه بر جایگزینی با استخوان های سبک و استحکام کم، برای استخوان های وزین و مستحکم نیز به کار می روند. از نانوسرامیک های CPA، با اندازه ذراتی در حدود ۵۰ نانومتر نیز با اتصال به همدیگر به عنوان رابط بافت استخوانی استفاده می شود.

۵) نانومواد قابل جذب در بدن

پلیمرهای قابل جذب در بدن در کاربردهای پزشکی مانند تولید نخ های بخیه کاربرد وسیعی دارند. کاشتنی های نانوساختاری قابل جذب در بدن به گونه ای سنتز می شوند تا با سرعتی مناسب تجزیه گردند و به سمت التیام بافت هدایت شوند. البته این نانوذرات در سیستم رهایش دارویی هم کاربرد فراوانی دارند.

۶) مواد هوشمند (Intelligent materials)

این مواد با تغییرات محیطی همانند دما, فشار, و ... تغییر می یابند. این تغییر بر اثر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی حاصل از مکانیزم های تاثیرگذار بدن می باشد. به عنوان نمونه، ماهیچه های مصنوعی با استفاده از پلیمرهای هوشمند در برابر ویژگی های مکانیکی خم و راست می گردند و انعطاف پذیر می باشند. نمونه دیگری از این مواد، هیدروژل ها هستند که در سیستم رهایش دارویی بکار می روند و در محیط شیمیایی بدن قابل حل می باشند