Transcript İmplant ve Biyomalzemeler

BİYOMALZEMELER
VE İMPLANTLAR
MELIH ZUBARI
SÜLEYMAN KOFALAK
OĞUZ KAHRAMAN
3003010087
3003010042
2903010037
İçindekiler

Biyomalzeme nedir?

Biyouyumluluk Nedir?

Biyomalzemelerin kullanım alanları

Metalik Biyomalzemeler

Seramik Biyomalzemeler

Kompozit Biyomalzemeler
Biyomalzeme nedir?

Biyomalzemeler, insan vücudundaki canlı dokuların işlevlerini
yerine gerirmek için veya destek olmak için kullanılan doğal ya
da sentetik malzemelerdir. Bu malzemeler vücut akışkalnarıyla
sürekli temas halindedir. Biyomalzemelerin biyouyumlu olması
gerekmektedir.
Biyouyumluluk Nedir?

Kullanılan biyomalzeme ve vücut sıvılarının kimyasal etkileşimi ile
gerçekleşen fizyolojik sonuçların vücuda zarar vermemesidir. Bir
malzemenin biyouyumlu olması için bulunduğu canlıdaki fizyolojik
ortam tarafından kabul edilmesi gerekir.
Biyomalzemelerin Kullanım Alanları
Biyomalzemelerin Kullanım Alanları

Biyomalzemeler metaller, seramikler, polimerler ve kompozitler
olarak gruplandırılmaktadır. Günümüzde ağırlıklı olarak metal
biyomalzemeler tıp alanında kullanılır.
Metalik Biyomalzemeler

Sahip oldukları kristal yapıları ve güçlü metalik bağlar sayesinde
metal alaşımlar, biyomalzemeler arasında en çok tercih edilen
malzemelerdendir. Eklem protezi, kemik yenileme malzemesi ve
dental uygulamalarda kullanıldığı gibi kalp-damar cerrahisinde
kalp kapakçığı ve yapay kalp parçaları gibi uygulama alanlarıda
vardır.
Metalik Biyomalzemeler

Tıp alanında kullanılan biyometaller genellikle Al, Fe, Cr, Co, Ni,
Ti, Ta, Mo, W, ve Pt alaşımlarından imal edillmektedir. Bu
alaşımların dışında nadir olarak Au, Ag, Hg, Sn alaşımlarıda
kullanılır.
Metalik Biyomalzemeler

Biyometalik malzemeler yüksek mukavemet sahiptirler. Son yıllarda
geliştirelen biyometalik malzemelerin korozyona karşı olan direncide son
derece arttırılmıştır ve daha biyouyumlu hale getirilmiştir. Ayrıca üretim
yöntemlerinin gelişmesiylede yorulma dayanımı ve kullanım ömürleri son
derece arttırılmıştır.
Metalik Biyomalzemeler

Biyometalik malzemeler daha önce belirtilen kullanım alanlarının
dışında en yaygın olarak teşhis ve tedavi amaçlı kullanılan tıbbi
cihazlarda kullanılmaktadır. Kalp pilleri ve işitme cihazları
bunlara örnek olarak verilebilir.
Metalik Biyomalzemeler

Metalik Biyomalzemelerde Çelik
Biyometalik malzeme olarak kullanılan çelikler ikiye ayrılmaktadır:
I. Fe, C ve eser miktarda P, Si, Mn’dan oluşan Karbon Çelikleri
II. %1 den düşük C oranına sahip, diğer metal ve ametalleri içeren Alaşım Çelikleri
Metalik Biyomalzemeler

Günümüzde karbon çelikleri yerini alaşım çeliklerine bırakmıştır. Alaşım
çelikleri yüksek maliyetler ve uygulaması zor ısıl işlemlere tabi tutulmasına
rağmen korozyon ve ısıl dirençleri çok yüksektir. Özellikle alaşım yapısına
katılan Al aşınma direncini arttırırken, yüksek miktardaki Cr aşınma ve ısıl
direnci önemli ölçüde arttırmaktadır. Bu çeliklere paslanmaz çelikde denir.
316L Alaşım İçeriği
Element
Alaşım Oranı
(%)
Karbon (C)
0,03 max
Mangan (Mn)
2,00 max
Fosfor (P)
0,03 max
Sülfür (N)
0,03 max
Silikon (Si)
0,75 max
Krom (Cr)
17,00 - 20,00
Nikel (Ni)
12,00 - 14,00
Molibden(Mo)
2,00 - 4,00
Metalik Biyomalzemeler

Kobalt içeren biyometalik alaşımlar
Bu alaşımlar temel olarak Co-Cr-Mo ve Co-Ni-Cr-Mo alaşımı olarak iki çeşide
ayrılır. Co-Cr-Mo alaşımı uzun yıllardır dental alanda kullanılmaktadır.
Co-Ni-Cr-Mo alaşımı ise daha yeni bir malzeme olup ağır yüke maruz kalan diz
ve kalça protezlerinde kullanılmaktadır. Bu tür alaşımlar %65’lik Co ve geri
kalan kısmı Cr dur. Daha ince tanecik yapısı elde etmek için ise yapıya az
miktarda Mo katılmaktadır.
Metalik Biyomalzemeler

Titanyum ve Titanyum içeren biyometalik alaşımlar
Titanyum, 316L ve kobalt alaşımlara göre daha hafif bir malzemedir. Ancak saf
titanyumun özel bir yanı bulunmaktadır. Bu malzeme yüksek sıcaklıklarda yüksek
reaktiflik özelliği gösterir ve ortamdaki oksijen ile reaksiyona girerek patlar. Bu
nedenle titanyumun yüksek sıcaklık uygulamalarında inert bir atmesfore gerek
duyulur ya da vakum altında eritilir. Oksijenin bulunduğu ortamda ise oksijen
metalin içine geçer ve metali kırırganlaştırır.
Metalik Biyomalzemeler

Nikel-Titanyum içeren biyometalik alaşımlar
Bu metal alaşımlarında özellikle ‘‘şekil hafıza etkisi’’ yüksektir. Bu özellikleri
nedeniyle diş köprüleri, stentler, kafatası içerisindeki damar bağlantıları ve
ortapedik protezlerin üretiminde tercih edilirler.
Metalik Biyomalzemeler

Biometalik malzeme olarak diğer diğer metaller
Tantal: Bu malzeme mekanik dayanımının zayıf olması ve yüksek yoğunluğa sahip
olduğundan dolayı plastik cerrahisinde ameliyat ipliği olarak kullanılır.
Platin ve Diğer Soy metaller: Bu metaller çok yüksek korozyon dirençlerine
sahiptir. Fakat mekanik özellikleri zayıftır. Bu nedenle kalp pillerinde, kalbi uyaran
elektrot olarak kullanılır.
Seramik Biyomalzemeler
Seramik biyomalzemerin yaklaşık 50 yıllık bir geçmişi vardır. İnorganik
malzemelerin önemli bir grubunu oluşturan bu malzemeler sağlık sektöründe çok
çeşitli uygulamalarda kullanılır. Alüminyum oksit , biyoaktif cam ve hidroksi
apatit biyouyumlu seramik malzemelere örnek verilebilir.
Seramik Biyomalzemeler

Mikroorganizmalara, sıcaklığa, çözücülere, değişken pH
değerlerine ve yüksek basınçlara karşı iyi dirençler gösteren
biyoseramik malzemeler. Bu özellikleri nedeniylede dişçilikte
dolgu malzemesi, porselen kaplama ve protez parçalarında sıkça
kullanılmaktadır.
Seramik Biyomalzemeler
‘‘biyoinert’’ ve ‘‘biyoaktif’’
olmak üzere iki grupta incelenirler. Biyoaktif
seramikler doku ve implant arasında kimyasal
bağ oluşumuna izin verirken biyoinert
seramikler izin vermezler.
Biyoseramikler
Yapısal işlevlerine göre ise biyoseramikler
üçe ayrılır

Oksit seramikler (Alümina ,Zirkonya)

Cam-seramikler

Kalsiyum-fosfat seramikleri
Seramik Biyomalzemeler
Oksit
Seramikler: Bu seramikler inert
yapıda olan ve oksijen iyonlarının
oluşturduğu düzlemde metal iyonlarının
dağılmasıyla
oluşan
polikristalin
kristallerdir. İki önemli türü mevcuttur.
Alümina ve Zirkonya
Seramik Biyomalzemeler

Alümina: Yüksek yoğunluk ve yüksek saflığa sahip (>99,5) alümina,
korozyon direnci, yüksek basınçlara dayanımı ve iyi biyouyuşabilirliğinden
dolayı kalça protezlerinde ve diş implantlarında yaygın olarak kullanılırlar.
Bu uygulamarda kullanılan alümina 1600-1700°C sıcaklıklarda preslenmesi
ve sinterlenmesi sonucu istenen biyomalzemeyi oluştururlar.
Seramik Biyomalzemeler

Zirkonya: Zirkonya da alümina gibi bulunduğu ortam üzerinde inert etki gösterir.
Alüminanın diğer biyoseramik malzemelere göre avantajı çok daha yüksek
çatlama ve bükülme direncine sahip olmasıdır. Zirkonyada alümina gibi femur
kemiği protezlerinde başarıyla kullanılabilmektedir. Ancak uygulamalarda üç
önemli problemle karşılaşılmaktadır.
I. Fizyolojik sıvılar nedeniyle zamanla gerilme direncinin düşmesi
II. Kaplama özelliklerinin zayıf olması
III. Potansiyel radyoaktif malzeme içermesi
(Uranyum, Toryum vb. yarılanma ömrü uzun radyoaktik elementler)
Seramik Biyomalzemeler
Kalsiyum-fosfat seramikleri:Bunlar:
Kalsiyum ve fosfat atomlarının çoklu
oksitleri
şeklindeki
yapılardır.
Hidroksi apatit, Tri kalsiyum fosfat,
(emilebilir) ve okta kalsiyum fosfat
bu yapılara örnek verilebilir.
Seramik Biyomalzemeler
 Cam
ve cam seramikler: Silika temelli
seramiklerdir. Cam seramikler Lityum / Alüminyum
veya Magnezyum / Alüminyum kristallleri içerir.
Biyocamdaysa
silika
gruplarının
bazıları
kalsiyum,fosfor veya sodyum ile yer değiştirmiştir.
Bu camlar implant ve doku arasında kimyasal
bağlanma gerçekleştirir.
Kompozit Biyomalzemeler
Dokular genel olarak sert ve yumuşak dokular olmak üzere ikiye ayrılırlar. Sert
dokulara örnek olarak kemik ve diş, yumuşak dokulara örnek olarak kan damarları,
deri ve bağlar verilebilir. Metaller ve seramiklerin ‘‘elastiklik modülü’’ diye
tanımımlanan sertlik dereceleri insan vücudundaki sert dokulara oranla 10-20 kat
daha fazladır. Ortepedik cerrahide karşılaşılan en büyük problemlerden biri kemik
ve implantın sertlik derecesinin birbirini tutmamasıdır. Bu gibi problemlerde
implant kemiği aşındırarak zamanla deforme eder.
Kompozit Biyomalzemeler

İmplant kullanımındaki tüm bu yapısal sorunları ortadan kaldırmak amacıyla
liflerle güçlendirilmiş polimer malzemeler yani polimer kompozitler
kullanılmaktadır. Kompozit malzemeler ‘‘matris’’ olarak adlandırılan bir
malzeme içerisine güçlendirici malzemelerin nanometrik boyutta katılmasıyla
hazırlanır ve sonuçta bünyesinde bulunan malzemelerin özelliklerini tüm yapıda
gösteren bir malzeme elde edilmiş olur.
Kompozit Biyomalzemeler
Kompozit farklı iki ya da daha fazla sayıda malzemenin
sınırlarını ve özelliklerini koruyarak oluşturduğu kompleks
yapıdaki malzemelere denir.Kendisini oluşturan malzemelerin
özelliklerini taşıdığı için güçlüdürler.Kompozitler yüksek
dayanıma sahiptir ve biyomekanik alanda kullanılanları
genellikle kemikle uyuşan elastiklik modülüne sahiptirler, bu
sebeple ortopedik uygulamalar için uygundurlar.Kompozitler
kullanıldığı alanda mekanik ve fizyolojik şartlara kolay uyum
sağlarlar.
Kompozit Biyomalzemeler
Ayrıca, kompozit malzemelerin bileşimi değiştirilerek, implantın
vücuttaki kullanım alanlarına göre,mekanik ve fizyolojik
şartlara uyum sağlamaları kolaylaştırılabilir.Kompozitler genel
olarak ortopedi ve diş hekimligi uygulamalarında
kullanılmaktadır. Diş implantlarında kullanılan kompozitin
kırılgan olmaması,ortopedide kullanılan kompozitin elastiklik
modülünün kemikle uyuşumu,korozyona ve aşınmaya
dayanıklı olmaları ve kullanım sürelerinin uzun olmaları en
önemli avantajlarıdır.
Kompozit Biyomalzemeler
Ortopedik malzemelerin seçiminde,
üretilebilirlik, şekil verilebilirlik,kullanım esnasında
maruz kalınacak gerilmelere karşı dayanım,
biyouyumluluk, toksik etkisi ve vücut sıvılarının
korozif etkilerine karsı dayanım gibi özellikleri ön
plana çıkmaktadır. Ortopedik malzemelerin
vücutta kullanım yerleri, kişinin ağırlığı ve günlük
aktiviteleri göz önüne alınmak suretiyle
belirlenecek mekanik yüklere göre, dayanım
saglayacak mekanik özellige sahip malzeme
seçimi yapılmalıdır.
Kompozit Biyomalzemeler
Karbon fiber, modern teknoloji ürünü
ipliksi dokuya sahip çok dayanıklı bir
maddedir. Karbon fiberin ipliksi yapısı bu
maddeye üstün bir mukavemet verirken,
çok sert olarak bilinen çelikten dahi daha
dayanıklı olmasını sağlar. Karbon fiber
çelikten yaklaşık olarak 5 kat daha hafif
Olmasına rağmen 3 kat daha dayanıklı
bir maddedir
.
Kompozit Biyomalzemeler
Polisülfon; çekme, basma ve sürtünme
dayanımları çok yüksek bir malzemedir.
Bu polimerden yapılan ürünler
özelliklerini -150°C ile 150°C
arasında 1 yıldan fazla koruyabilir.
Asit, baz ve tuz çözeltilerine direnç
gösterenbu malzeme deterjan, yağ
Ve alkollerden etkilenmez.
Kompozit Biyomalzemeler
Şekil 1. Ortopedide kullanılan Çeşitli Kompozitler ve Kullanım Yerleri
Kompozit Biyomalzemeler
CF: Karbon lifler
HA: Hidroksi Apasit
C: Karbon
PMA: Polimetakrilat
GF: Cam lifler
PU: Poliüretan
KF: Kevlar lifler
PTFE: Politetrafloroetilen
PMMA: polimetilmetakrilat
PET: Polieeitlenteraftalat
PS: polisülfan
PEA: Polietilakrilat
PP: polipropilen
SR:silikon kauçuk
PHB: polihidroksi bütirat
PEG: polietilen glikol
PGA: poliglikolik asit
PC: polikarbonat
PEEK: polietereterketon
Kompozit Biyomalzemeler
CAM LİFLER
Yüksek sıcaklığa dayanıklıdır ve yüksek mukavemete sahiptirler.A-C-E-M tipi
camlar vardır.Elektriksel dayanıklılık,korozyon dayanımı özellikleri farklı türlerde
bulunan genel özelliklerdir.
POLİKARBONATLAR
İşlenmesi ve şekillendirilmesi kolay bir malzemedir.Pahalı malzemelerdir.Optik ve
mekanik özellikleri iyidir. -100°C İLE 135°C arasında kullanılabilir.
POLİETERETERKETON
Oda sıcaklığında tok,rijit uzun sürede aşınmaya karşı çok dayanıklı bir
malzemedir.
Kompozit Biyomalzemeler
KEVLAR LİFLER
Karbon kökenli çok sağlam liflerdir.Zırh yapımında dahi
kullanılırlar.Yanmaz malzeme yapımında da kullanılabilir.Yüksek çekme
gerilimine dayanabilirler.
HİDROKSİ APASİT
Doğada bulunan malzemeler içinde elmastan sonra en sert
olanıdır.Biyoaktif yapıda bir malzemedir.
POLİPROPİLEN
Yorulmaya karşı iyi direnç gösterir.Düşük maliyetlidir.İyi darbe dayanımı
vardır.Elektrik yalıtımı sağlar.Kimyasal direnci iyidir.