Materiały inżynierskie stosowane w medycynie Autorzy: Zbigniew Gronowski Jakub Kantor ISzKNoM Sem. V Gr. I
Co to jest biomateriał?
Co to jest biomateriał? Każda substancja (ale inna niż lek) albo kombinacja substancji pochodzenia syntetycznego lub naturalnego, która może być użyta w dowolnym czasie, w całości lub części celem leczenia, powiększenia lub zastąpienia tkanek narządu, organu lub funkcji ustroju.
Jakie cechy powinien mieć biomateriał? – Musi być biokompatybilny (nie może wywoływać reakcji obronnej tkanek); – Może być przy tym neutralny dla organizmu (nie oddziałuje); – Może być bioaktywny (oddziałuje z tkankami: następuje integracja materiału z tkanką). – Może być biodegradowalny (rozkładać się w organizmie); – Musi mieć odpowiednie właściwości. Np. implant kości nie może być ani słabszy, ani silniejszy niż kość.
Podział biomateriałów
Funkcje biomateriałów
Biomateriały metaliczne stal austenityczna - kwasoodporna, nierdzewna 1.4408 i 1.4401 (X5 CrNiMo 17122) wg DIN 17 440/17 445, stopy na osnowie kobaltu, tytan i jego stopy, stopy z pamięcią kształtu.
Biomateriały metaliczne dobrą odporność na korozję, odpowiednie własności mechaniczne, dobrą jakość metalurgiczną i jednorodność, zgodność tkankową – nietoksyczność i niewywoływanie odczynów alergicznych, odporność na zużycie ścierne, brak tendencji do tworzenia zakrzepów, odpowiednie własności elektryczne, możliwe do przyjęcia koszty wytwarzania.
Stopy z pamięcią kształtu W latach siedemdziesiątych rozpoczęto badania nad zastosowaniem na implanty stopów z pamięcią kształtu. Ich szczególne własności są związane z odwrotną przemianą martenzytyczną. Do tej grupy materiałów zalicza się stop NiTi o nazwie Nitinol o stężeniu do 57% masowo niklu, a także stop Ti50 Ni48,5 Co1,5. Zjawisko pamięci kształtu w stopach związane może być z: jednokierunkowym efektem pamięci, pseudo-sprężystością, dwukierunkowym efektem pamięci. Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu może być związany z dwoma stanami wyjściowymi. W dwukierunkowym efekcie pamięci kształtu stop pamięta zarówno kształt fazy macierzystej jak i martenzytycznej.
Przykładowe zastosowania
Przykładowe zastosowania
Przykładowe zastosowania Stabilizatory Stabilizator nadgarstka Stabilizator stawu łokciowego
Bioceramika
Bioceramika - zalety Bardzo dobra biozgodność chemiczna z tkanką kostną, Ceramika porowata - zdolność tworzenia naturalnego połączenia z tkanką kostną (mocowanie biologiczne – proces przerastania implantu żywą tkanką àeliminacja cementów kostnych), Ceramika bioaktywna – międzyfazowe połączenie implantu z tkanką kostną poprzez formowanie biologicznie aktywnego hydroksyapatytu na powierzchni implantu w warunkach in vivo, Ceramika resorbowalna – zastąpienie ulegającego resorpcji implantu przez tkankę kostną.
Bioceramika - problemy Wyjaśnienie istoty bioaktywności Modelowanie mikrostruktury podłoży dla regeneracji tkanek Brak biozgodności fizycznej z tkanką kostną (za duży E, za mała energia pękania w porównaniu z kością) Spadek wytrzymałości mechanicznej in vivo Ujemny wpływ Al na układ nerwowy Ceramika resorbowalna – trudności w utrzymaniu odpowiedniej wytrzymałości i stabilności obszaru implantu z kością w czasie degradacji materiału i zastępowaniu go przez tkankę żywą (zbyt duża szybkość resorpcji w porównaniu z szybkością regeneracji tkanki kostnej).
Bioceramika
Polimery w medycynie
Polimery w medycynie Resorbowalne podłoża polimerowe i kompozytowe dla sterowanej regeneracji tkanek, Implanty konstrukcyjne o dopasowanych właściwościach mechanicznych i kontrolowanym czasie resorpcji, Nośniki leków, Materiały inteligentne, Biostabilne elementy zespalające, stabilizatory zewnętrzne, Materiały opatrunkowe – hydrożele, hydrokoloidy.
Gładka ceramika lub plastik Kompozyty Dzięki połączeniu własności różnych materiałów uzyskuje się polepszenie: wytrzymałości biotolerancji, niezawodności połączenia z kością Porowata ceramika Rdzeń metaliczny NOWOCZESNA ENDOPROTEZA Gładka ceramika lub plastik
Bibliografia Beata Świeczko – Żurek : Biomateriały, Marciniak J. : Biomateriały, Wykład
Dziękujemy za poświęcony czas.