تصویر: تیتانیوم چاپ سه بعدی شده در گرمای شدید یک محفظه مایکرو ویو پلاسما می‌درخشد. هنگامی که آماده بیرون آمدن است، ایمپلنت با الماس پوشانده می‌شود. تصویر: © دانشگاه  RMIT
 
الماس‌ها تاکنون مصارف زیبایی در خارج از بدن داشته‌اند اما با گذر زمان کاربرد این ماده در حال تغییر و پیش رفت است. به گفته‌ی دانشمندان با ساخت ماده‌ی جدید تیتانیومی با رو کش الماس در استرالیا، ممکن است در آینده بتوان از این مواد در ساخت ایمپلنت‌ها یا کاشت‌های پزشکی مانند تعویض مفصل زانو یا لگن استفاده کرد.
 
با توجه به مقاله‌ای که در مجله‌ی ACS (کاربرد مواد و رابطه‌ی آن‌ها) در 13 مارس 2018 چاپ شد، پژوهشگران دانشگاه  RMIT در ملبورن موفق به ساخت یک ایمپلنت یا کاشت پزشکی از جنس تیتانیوم با استفاده از چاپ 3 بعدی شدند که این قطعه، رو کشی از جنس الماس داشت. پرینتر 3 بعدی نوعی چاپگر است که یک فایل کامپیوتری را تبدیل به جسم 3 بعدی می‌کند. این فرآیند به صورت لایه لایه انجام می‌گیرد. این لایه‌ها پی در پی به هم متصل می‌‍‌شوند و روی هم قرار می‌گیرند تا زمانی که جسم مورد نظر ساخته شود. چاپگر 3 بعدی به شما کمک می‌کند تا اشکال پیچیده‌تر با مصرف مواد اولیه‌ی کمتری نسبت به روش‌های سنتی و قدیمی تولید کنید. در این پژوهش نیز دانشمندان قطعه‌‌ی تیتانیومی جهت ایمپلنت را با استفاده از چاپگر 3 بعدی تولید کردند. قطعه‌ی تیتانیومی در معرض گرمای شدید محفظه‌ی مایکرو ویو قرار می‌گیرد و هنگامی که آماده‌ی بیرون آمدن است، این قطعه توسط الماس روکش می‌شود. آن‌ها از طریق محفظه‌ی گرمایشی یک مایکرو ویو مخصوص، الماس مصنوعی در آزمایشگاه تولید کردند.
 
به گفته‌ی پژوهشگران، این تکنولوژی صرفاً جنبه‌ی زیبایی ندارد و ایمپلنت با روکش الماس با اعضای بدن انسان سازگارتر است و نسبت به کاشت‌های معمول پزشکی که از تیتانیوم خالص تشکیل شده است، کمتر در معرض عفونت قرار می‌گیرد.
 
به گفته‌ی کیت فوکس یکی از محققان این پروژه، استاد ارشد دانشگاه RMIT، در حال حاضر استاندارد طلایی برای کاشت‌های پزشکی، تیتانیوم است، اما در اغلب موارد این ماده رابطه‌ی خیلی خوبی با بافت‌های بدن انسان ندارد و در مواردی می‌تواند منجر به اختلالات ایمنی، حساسیت و یا حتی سرطان شود. به همین دلیل در این پژوهش برای تولید سطحی که به سلول‌های بدن پستانداران بهتر متصل می‌شود، از یک داربست 3 بعدی با روکش الماس استفاده کردند.
 
فوکس می‌گوید در این مطالعه محققان یک روکش الماس ظریف با استفاده از نانو الماس‌های انفجاری تولید کردند. در حین انفجار، فشار و دمای اتاق به قدر کافی بالا می‌رود تا کربن‌های حاصل از انفجار را به الماس تبدیل کند. در واقع در این روش با استفاده از یک انفجار کنترل شده، کریستال‌های بسیار ظریف الماس ایجاد می‌شود که طول این روکش بسیار ظریف در حد چند میلیونیم سانتی متر است. الماس یکی از شکل‌های کربن است و تشکیل الماس‌های طبیعی در زمین میلیاردها سال طول می‌کشد، اما تولید نانو الماس‌های انفجاری در آزمایشگاه تنها ظرف چند دقیقه انجام می‌شود و از نظر هزینه نیز، ارزان است. لذا این روش از نظر صرف زمان و هزینه به صرفه است. جنس الماس‌های ساخته شده توسط انسان همان جنس الماس تشکیل شده در طبیعت (کربن خالص تبلور یافته‌ی 3 بعدی) است.
 
محققان دانشگاه RMIT به جای ایجاد انفجار، از ماشینی به نام محفظه‌ی گازی تولید الماس به روش تبخیر شیمیایی به نام CVD  استفاده می‌کنند. در روش تبخیر شیمیایی می‌توان الماس را از یک مخلوط گازی هیدرو کربنی پرورش داد. در محفظه‌ی CVD، گازهای هیدروژن و متان توسط امواج فوق العاده گرم مایکرو ویو بمباران می‌شوند و تا دمای 1000 درجه‌ی سانتی گراد (1832 درجه‌ی فارنهایت) گرم می‌شوند. در اثر این کار، محیط گازی شکلی به نام پلاسما ایجاد می‌شود که از نظر شیمیایی بسیار فعال است و می‌تواند بر روی سطوحی مشخص کریستال‌های الماس را تشکیل دهد. از ویژگی‌های روش CVD می‌توان به  انعطاف‌ پذیری و سادگی تنظیمات مربوط به CVD اشاره کرد که به همین دلیل این روش محبوبیت بیشتری در تحقیقات آزمایشگاهی دارد. با استفاده از روشCVD  برای تولید الماس، ناخالصی‌های شیمیایی بهتر کنترل می‌شود و در نتیجه الماس با خواص بهتر ساخته می‌شود.
 
بنا بر این پژوهشگران یک قطعه‌ی داربست تیتانیومی را که از طریق چاپ 3 بعدی ایجاد کرده‌اند، وارد اتاقک CVD کرده و مایکرو ویو را روشن می‌کنند. و با خروج آن از مایکرو ویو، قطعه‌ای به دست می‌آورند که به خوبی با روکشی از جنس الماس پوشیده شده است.
 
ایمپلنت‌هایی با روکش الماس هنوز نیاز به آزمایش بر روی انسان‌ها دارند اما فوکس می‌گوید او مطمئن است ثابت خواهد شد که این کاشت‌ها کارایی و سازگاری بهتر و خطر عفونت کمتری در مقایسه با ایمپلنت‌هایی از جنس تیتانیوم خالص که امروزه استفاده می‌شود، دارند.
 
الماس باعث اتصال بهتر کاشت مصنوعی به استخوان زنده می‌شود، همچنین در بازه‌ی زمانی طولانی میزان آلوده شدن آن به باکتری را کاهش می‌دهد. این پوشش الماسی نه تنها باعث سازگاری زیستی بهتر ایمپلنت‌های به دست آمده از چاپ 3 بعدی می‌گردد بلکه دوام و مقاومت این قطعات را نیز تقویت می‌کند. این یک وسیله زیستی فوق العاده و عالی است.
 
با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد شیمیایی، مکانیکی، بصری و زیستی الماس، تاکنون روکش‌های الماس در تکنولوژی‌های پزشکی متعددی به کار گرفته شده‌اند. نمونه‌هایی از کاربرد این قطعات در دریچه‌های مصنوعی قلب، و سیستم‌های انتقال دارو (برای مثال اتصال ذرات نانو الماس‌ها به مواد شیمی درمانی و ساخت مواد برای ایجاد مرگ کنترل شده‌ی سلول‌های سرطانی)، ساخت پروتزها یا اعضای مصنوعی بدن (مانند مفصل فک) و دستگاه‌های تصویر برداری مانند دستگاه MRI است. ایمپلنت با روکش الماس با اعضای بدن انسان سازگارتر است و نسبت به کاشت‌های معمول پزشکی که از تیتانیوم خالص تشکیل شده است، کمتر در معرض عفونت قرار می‌گیرد. چالش‌های متعددی برای استفاده از قطعات و دستگاه‌های حاوی الماس وجود دارد، که باید حل شود. برای تسهیل استفاده‌ی بالینی از روکش‌های الماس می‌بایستی فرآیندهای تولید آن تجدید پذیر و قابل قیاس باشند. میزان سمیت کوتاه و بلند مدت الماس، ناخالصی‌های آن و سرنوشت الماس و مواد حاصل از تجزیه آن در بدن باید به دقت بررسی شود. همچنین اقداماتی نیز به منظور افزایش خواص الماس برای کاربردهای پزشکی مخصوص باید صورت پذیرد. علاوه بر این، تحقیقات دانشمندان برای ابداع روش‌های پیشرفته‌تر اتصال مواد دارویی و مولکول‌های زیستی به الماس نیز باید ادامه یابد.
 
به این ترتیب امروزه الماس علاوه بر کاربرد زیبایی، در صنعت و تکنولوژی‌های نوین پزشکی کاربرد دارد و تکنولوژی‌های تولید الماس مصنوعی در آزمایشگاه نیز روز به روز در حال پیشرفت است.
 
منبع: برادنون اسپکتور – Live Science