Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA W BIOMECHANICE Prezentację przygotował Wojciech Pręgowski gr.M54 WYDZIAŁ MECHATRONIKI Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki APARATURA.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "INŻYNIERIA MATERIAŁOWA W BIOMECHANICE Prezentację przygotował Wojciech Pręgowski gr.M54 WYDZIAŁ MECHATRONIKI Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki APARATURA."— Zapis prezentacji:

1 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA W BIOMECHANICE Prezentację przygotował Wojciech Pręgowski gr.M54 WYDZIAŁ MECHATRONIKI Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki APARATURA BIOMEDYCZNA

2 Inżynieria Materiałowa jest nauką zajmującą się relacją między budową a właściwościami materiałów oraz możliwością zastosowania ich w konkretnych przypadkach Biomechanika jest nauką o wewnętrznych i zewnętrznych siłach działających na ciało ludzkie i ich skutkach. Biomechanika ułatwia zrozumienie normalnego funkcjonowania organizmu oraz pozwala przewidzieć zmiany w przypadku sztucznej interwencji PODSTAWOWE DEFINICJE Biomateriały to każda substancja inna niż lek albo kombinacja substancji syntetycznych lub naturalnych, która może być użyta w dowolnym okresie, a której zadanie jest uzupełnienie lub zastąpienie tkanek narządu albo jego części lub spełniania ich funkcji

3 BIOMATERIAŁY PRZY DOBORZE MATERIAŁÓW BIERZE SIĘ POD UWAGĘ: biozgodność oraz biotolerancję dla danego osobnika biozgodność oraz biotolerancję dla danego osobnika własności mechaniczne i wytrzymałościowe własności mechaniczne i wytrzymałościowe stopień kontaktu z ciałem ludzkim (stopień inwazyjności) stopień kontaktu z ciałem ludzkim (stopień inwazyjności) oddawanie energii lub substancji do ciała lub na ciało oddawanie energii lub substancji do ciała lub na ciało okres zastosowania okres zastosowania możliwości wykonawcze możliwości wykonawcze ekonomiczność rozwiązania ekonomiczność rozwiązania

4 Właściwości charakteryzujące biomateriały: fizyczne (gęstość, lepkość, przewodność cieplna i elektryczna) fizyczne (gęstość, lepkość, przewodność cieplna i elektryczna) mechaniczne (wytrzymałość, sprężystość, odporność zmęczeniowa) mechaniczne (wytrzymałość, sprężystość, odporność zmęczeniowa) technologiczne (obrabialność, kształtowanie powierzchni) technologiczne (obrabialność, kształtowanie powierzchni) odporność korozyjna odporność korozyjna biologiczne (biozgodność, biotolerancja) biologiczne (biozgodność, biotolerancja) finansowe (możliwe do przyjęcia koszty wytwarzania) finansowe (możliwe do przyjęcia koszty wytwarzania) BIOMATERIAŁY

5 CERAMICZNEMETALICZNE BIOMATERIAŁY MATERIAŁY W BIOMECHANICE TWORZYWA SZTUCZNE KOMPOZYTY

6 CERAMICZNEMETALICZNE BIOMATERIAŁY MATERIAŁY W BIOMECHANICE TWORZYWA SZTUCZNE KOMPOZYTY

7 MATERIAŁY METALICZNE Wymagania : Wysoka odporność na korozję Wysoka odporność na korozję Dobra jakość metalurgiczna i jednorodność Dobra jakość metalurgiczna i jednorodność Zgodność tkankowa (nietoksyczność) Zgodność tkankowa (nietoksyczność) Odporność na zużycie ścierne Odporność na zużycie ścierne Brak tendencji do tworzenia zakrzepów Brak tendencji do tworzenia zakrzepów Odpowiednie własności elektryczne Odpowiednie własności elektryczne Odpowiednie własności wytrzymałościowe Odpowiednie własności wytrzymałościowe

8 MATERIAŁY METALICZNE Pierwsze próby: Rogers rok zespolenie kości w postaci ściegu Listers rok zespolenie kości za pomocą trzpieni srebrnych / zwrócił uwagę na septyczność implantów Hausman rok 1886 Hausman rok po raz pierwszy użyto płytki ze srebra i mosiądzu, które połączono z kością przy pomocy śrub

9 MATERIAŁY METALICZNE Pierwsze próby: bracia Lambotte rok po raz pierwszy zwrócono uwagę na problem wchłaniania metalu do kości tzw. metalozy Sherman rok 1912 – udoskonalanie konstrukcji tabilizatora poprzez wprowadzenie płytek z poprzecznym wyżłobieniem ze stali wanadowej Sherman rok 1912 – udoskonalanie konstrukcji aa tabilizatora poprzez wprowadzenie płytek z aa poprzecznym wyżłobieniem ze stali aa wanadowej

10 MATERIAŁY METALICZNE Pierwsze próby: Hausman rok 1886 bracia Lambotte rok 1907 Sherman rok 1912

11 MATERIAŁY METALICZNE Stopy na osnowie kobaltowej (CoCrMo + Fe,Ni,W) Bardzo wysoka odporność na korozję Własności mechaniczne zależne od domieszek

12 MATERIAŁY METALICZNE Zastosowanie: Endoprotezy stawoweEndoprotezy stawowe PłytkiPłytki WkrętyWkręty GrotyGroty DrutyDruty Stopy na osnowie kobaltowej (CoCrMo + Fe,Ni,W)

13 MATERIAŁY METALICZNE Płytki i wkręty płytki wkręty

14 MATERIAŁY METALICZNE Płytki i wkręty

15 MATERIAŁY METALICZNE Stabilizatory Stabilizator nadgarstka Stabilizator stawu łokciowego

16 MATERIAŁY METALICZNE Tytan i jego stopy Tytan i jego stopy Ti-6Al-4V (Protasul 64WF), Ti-6Al-7Ni Ti-6Al-4V (Protasul 64WF), Ti-6Al-7Ni Mniejszy ciężar niż stopy Fe lub Co Bardzo wysoka wytrzymałość

17 MATERIAŁY METALICZNE Tytan i jego stopy Tytan i jego stopy Ti-6Al-4V (Protasul 64WF), Ti-6Al-7Ni Ti-6Al-4V (Protasul 64WF), Ti-6Al-7Ni Zastosowanie: Endoprotezy stawoweEndoprotezy stawowe Elementy do zespalania odłamów kościElementy do zespalania odłamów kości Protetyka stomatologicznaProtetyka stomatologiczna KardiochirurgiaKardiochirurgia

18 MATERIAŁY METALICZNE Stopy z pamięcią kształtu (NiTi, TiNb, Ti6Al4V) Stopy z pamięcią kształtu (NiTi, TiNb, Ti6Al4V) Zastosowanie: Ortodoncja (korekcja wadliwego zgryzu)Ortodoncja (korekcja wadliwego zgryzu) Stabilizator do leczenia skoliozStabilizator do leczenia skolioz Tulejki dystansowe kręgosłupaTulejki dystansowe kręgosłupa Implanty krótkotrwałeImplanty krótkotrwałe

19 MATERIAŁY METALICZNE Stopy z pamięcią kształtu (NiTi, TiNb, Ti6Al4V) Stopy z pamięcią kształtu (NiTi, TiNb, Ti6Al4V) nie zawsze dokładne odwzorowanie pierwotnego kształtu problemy z biotolerancją (Nikiel)

20 MATERIAŁY METALICZNE Klamra z pamięcią kształtu złamanie śródstopia klamra

21 MATERIAŁY METALICZNE Aluminium i jego stopy Aluminium i jego stopy Zastosowanie: np. Do konstrukcji ortez Niewielki ciężar Łatwość formowania, obróbki Niski koszt wytworzenia

22 MATERIAŁY METALICZNE Orteza aluminiowa pokryta pianką i materiałem Orteza aluminiowa pokryta pianką i materiałem

23 CERAMICZNEMETALICZNE BIOMATERIAŁY MATERIAŁY W BIOMECHANICE TWORZYWA SZTUCZNE KOMPOZYTY

24 TWORZYWA SZTUCZNE MECHANICZNE ZESPALANIE KOŚCI Poliamidy (gwoździe poliamidowe) Nie daje odczynów zapalnych Łatwy do formowania (np.nożem operacyjnym) Rozgrzany do temp. 60 C daje się dowolnie kształtować O

25 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Wymagania stawiane klejom: Duża wytrzymałość na wpływy wewnątrz ustrojowe Duża wytrzymałość na wpływy wewnątrz ustrojowe Brak toksycznego wpływu na otaczające tkanki Brak toksycznego wpływu na otaczające tkanki Duża przylepność do tkanki kostnej Duża przylepność do tkanki kostnej Porowatość dla zachowania wzrostu Porowatość dla zachowania wzrostu nowych komórek kostnych nowych komórek kostnych

26 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Zastosowanie: Leczenie świeżych i zastarzałych złamań Leczenie świeżych i zastarzałych złamań Usztywnianie stawów Usztywnianie stawów Zespalanie operacyjnie przeciętych kości Zespalanie operacyjnie przeciętych kości

27 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Pierwsze próby: Hedri 1931 leczenie złamań i stawów rzekomych klejem Ossocol

28 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Materiały: Żywice epoksydowe Pierwsze próby Golowin (ZSRR) 1956 Osteoplast – zywica epoksydowa+mąka kostna+ proszek fibrynowy Brak infekcji Dobra biotolerancja Trudności z rozkładaniem się w organizmie nowa tkanka nie przerastała żywicy

29 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Materiały: Żywice metakrylowe Pierwsze próby Hulliger 1962 Palacos – szybko twardniejące tworzywo termoplastyczne Brak infekcji Dobra spójność z tkanką kostną Przy mieszaniu składników reakcja egzotermiczna 96 C / w celu obniżenia konieczne było skrapianie zimnym roztworem soli fizjologicznych/ O

30 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Materiały: Cementy Akrylowe Obecnie stosowane Dwuskładnikowe polimer (proszek) + monomer (składnik ciekły) Dobre własności mechaniczne Dobre własności mechaniczne Dobra spójność z tkanką kostną Dobra spójność z tkanką kostną Dobra biotolerancja Dobra biotolerancja

31 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Materiały: Cementy Akrylowe Obecnie stosowane Dwuskładnikowe polimer (proszek) + monomer (składnik ciekły) zła reakcja tkanek na ciepło uwalniane w trakcie zła reakcja tkanek na ciepło uwalniane w trakcie polimeryzacji polimeryzacji zatrucie organizmu monomerem zatrucie organizmu monomerem nagłe obniżenia ciśnienia tętniczego krwi nagłe obniżenia ciśnienia tętniczego krwi podczas wstrzykiwania cementu podczas wstrzykiwania cementu

32 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Materiały: Cementy Akrylowe firmy Codman and Shurtleff

33 TWORZYWA SZTUCZNE KLEJENIE KOŚCI Materiały: Cementy Akrylowe firmy Howmedica International

34 TWORZYWA SZTUCZNE PROTEZOWANIE ŚCIĘGIEN I MIĘŚNI Po zszyciu ścięgna powstają czasem powikłania w postaci zrostu z tkankami otaczającymi. Celem zapobiegnięcia stosuje się: Po zszyciu ścięgna powstają czasem powikłania w postaci zrostu z tkankami otaczającymi. Celem zapobiegnięcia stosuje się: płytki przeciwzrostowe: płytki przeciwzrostowe: - celofanowe - celofanowe - akrylowe - akrylowe - teflonowe - teflonowe - z włókien poliestrowych - z włókien poliestrowych

35 CERAMICZNEMETALICZNE BIOMATERIAŁY MATERIAŁY W BIOMECHANICE TWORZYWA SZTUCZNE KOMPOZYTY

36 MATERIAŁY CERAMICZNE Własności: Wysoka porowatość (łatwe wrastanie tkanek) Wysoka porowatość (łatwe wrastanie tkanek) Gęstość i współczynnik jak dla kości Gęstość i współczynnik jak dla kości Odporne na ściskanie Odporne na ściskanie Odporne na korozję Odporne na korozję Kruchość Kruchość

37 Z KONROLOWANĄ REAKTYWNOŚCIĄ W ORGANIŹMIE RESORBOWANE W ORGANIŹMIE MATERIAŁY CERAMICZNE OBOJĘTNE MATERIAŁY CERAMICZNE

38 Ortofosforany wapnia, hydroksyapatyty Ortofosforany wapnia, hydroksyapatyty RESORBOWANE W ORGANIŹMIE Zastosowanie: Dzięki zawartości pierwiastków przechodzących do Dzięki zawartości pierwiastków przechodzących do struktur tkankowych służą jako rusztowanie lub struktur tkankowych służą jako rusztowanie lub wypełniacz rekonstruującej się tkanki kostnej wypełniacz rekonstruującej się tkanki kostnej

39 MATERIAŁY CERAMICZNE Ortofosforany wapnia, hydroksyapatyty Ortofosforany wapnia, hydroksyapatyty RESORBOWANE W ORGANIŹMIE Brak konieczności stosowania operacji usuwania materiału zespalającego po uzyskaniu zrostu kostnego Niewielkie koszty wytworzenia W procesie resorpcji zmienia się skład chemiczny ceramiki co wiąże się z obniżeniem jej wytrzymałości

40 MATERIAŁY CERAMICZNE bioszkła i materiały bioszklano-ceramiczne bioszkła i materiały bioszklano-ceramiczne Z KONTROLOWANĄ REAKTYWNOŚCIĄ W ORGANIZMIE Ich skład chemiczny i fazowy jest tak projektowany Ich skład chemiczny i fazowy jest tak projektowany aby powierzchnia implantu reagując ze aby powierzchnia implantu reagując ze środowiskiem tkankowym wytworzyła reakcje w środowiskiem tkankowym wytworzyła reakcje w w wyniku których powstaną połączenia substancji w wyniku których powstaną połączenia substancji organicznych z nieorganicznymi organicznych z nieorganicznymi

41 MATERIAŁY CERAMICZNE tlenek glinu Al2O3, węgle pirolityczne tlenek glinu Al2O3, węgle pirolityczne OBOJĘTNE Elementy endoprotez Elementy endoprotez Ortodoncja Ortodoncja Zastosowanie:

42 MATERIAŁY CERAMICZNE tlenek glinu Al2O3, węgle pirolityczne tlenek glinu Al2O3, węgle pirolityczne OBOJĘTNE Wykazują minimalne zmiany chemiczne w Wykazują minimalne zmiany chemiczne w kontakcie z tkankami i roztworami fizologicznymi kontakcie z tkankami i roztworami fizologicznymi Wysoka biotolerancja Wysoka biotolerancja Wysoka wytrzymałość: ściskanie, zginanie Wysoka wytrzymałość: ściskanie, zginanie Własności:

43 CERAMICZNEMETALICZNE BIOMATERIAŁY MATERIAŁY W BIOMECHANICE TWORZYWA SZTUCZNE KOMPOZYTY

44 KOMPOZYTY BIOMATERIAŁÓW Kompozyty na osnowie ceramicznej ze zbrojeniami metalicznymi np. Bioglass Kompozyty na osnowie ceramicznej aa ze zbrojeniami metalicznymi np. Bioglass Dzięki połączeniu własności różnych materiałów Dzięki połączeniu własności różnych materiałów uzyskuje się polepszenie: wytrzymałości uzyskuje się polepszenie: wytrzymałości biotolerancji, niezawodności połączenia z kością biotolerancji, niezawodności połączenia z kością

45 KOMPOZYTY BIOMATERIAŁÓW Rdzeń metaliczny Porowata ceramika Gładka ceramika lub plastik NOWOCZESNA ENDOPROTEZA

46 NOWOŚCI ORAZ KIERUNKI BADAŃ poli(akrylonitryl) – polimer kurczliwy poli(akrylonitryl) – polimer kurczliwy (sztuczne mięśnie) (sztuczne mięśnie) poli(glicerolo-sebacynian) – poli(glicerolo-sebacynian) – biorozkładalny polimer z pamięcią kształtu biorozkładalny polimer z pamięcią kształtu (zespalanie kości) (zespalanie kości) badania mikrotrybologiczne nad współpracą badania mikrotrybologiczne nad współpracą między powierzchniami różnych materiałów między powierzchniami różnych materiałów

47 R. Będziński Biomechanika inżynierska Zagadnienia wybrane, OWPWroc. Wrocław 1997 R. Będziński Biomechanika inżynierska Zagadnienia wybrane, OWPWroc. Wrocław 1997 J. Marciniak Biomateriały, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002 J. Marciniak Biomateriały, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002 Biomateriały, tom 4 Maciej Nałęcz, WKiŁ 1990 Warszawa Biomateriały, tom 4 Maciej Nałęcz, WKiŁ 1990 Warszawa A. Białas Medycyna Praktyczna, nr 6 (100) VI 1999 – Horyzonty medycyny A. Białas Medycyna Praktyczna, nr 6 (100) VI 1999 – Horyzonty medycyny BIBLIOGRAFIA

48 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Wojciech Pręgowski


Pobierz ppt "INŻYNIERIA MATERIAŁOWA W BIOMECHANICE Prezentację przygotował Wojciech Pręgowski gr.M54 WYDZIAŁ MECHATRONIKI Instytutu Mikromechaniki i Fotoniki APARATURA."

Podobne prezentacje


Reklamy Google