artmaktadır. Bu malzemeler olmadan yaşam kalitesi biraz daha düşük ve beklenen yaşam süresi de

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "artmaktadır. Bu malzemeler olmadan yaşam kalitesi biraz daha düşük ve beklenen yaşam süresi de"

Serkan Türkay
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ÖZET Tıp alanındaki gelişmelerden dolayı biyomalzemelerin kullanımı dünya genelinde sürekli artmaktadır. Bu malzemeler olmadan yaşam kalitesi biraz daha düşük ve beklenen yaşam süresi de büyük olasılıkla daha kısa olacaktı. Bu dersin amacı malzeme bilimi ve mühendisliği öğrencilerinin biyomalzemeler konusunda akademik farkındalığını oluşturmak ve geliştirmektir. Ders konuları biyomalzemeler, karakterizasyon, biyouyumluluk, biyobozunurluk, toksitise üzerinde yoğunlaşacaktır. Dersin bir çıktısı olarak öğrencilerin biyomalzeme kavramını ve özelliklerini anlaması beklenmektedir. 1. GİRİŞ Biyomalzemeler, son 60 yıldan beri çeşitli medikal uygulamalarda kullanılan özel malzemelerdir. Ana uygulama alanları eklem (mafsal) değiştirme (replacement, replasman ), kan damarı protezleri, kemik plakaları, kemik çimentosu, kalp kapakçıkları, yapay ligament ve tendonlar, diş implantları, deri onarım cihazları, kontak lensler ve koklear (kulak) uygulamalarıdır. Biyomalzeme uygulamalarında ana konu malzemenin vücut ile biyouyumlu olması ve mekanik olarak gerekli dayanımı gösterebilmesi ve bunun vücuda yerleştirilmeden önce doğrulanabilmesidir. Biyomalzemelerin piyasaya sürülebilmesi için çoğunlukla yeni üretilen ilaçların pazarda yerini almadan önce sağlaması gereken şartlara tabidir (bkz. FDA). Bu derste öğrenciler burada bahsedilen konular hakkında daha detaylı bilgiler edinecektir. Biyomalzemeler metal veya alaşımları, seramik, polimer ve kompozit malzeme formunda olabilirler. Şekil 1 de çeşitli medikal amaçlarla kullanılan değişik biyomalzemeler gösterilmektedir. Metal ve alaşımları sahip oldukları mükemmel mekanik, yüzey ve termal özelliklerinden dolayı biyomalzeme olarak kullanılmaktadır. 316L paslanmaz çeliği, Ti esaslı alaşımlar, Cr esaslı alaşımlar, Ni esaslı alaşımlar, Au, Ag ve Pt esaslı metal ve alaşımlar ve amalgamlar (Hg, Ag ve Sn) metalik biyomalzemeler arasında yer alan bazı metallerdir. Metalik malzemelerin özellikleri tane boyu ve şekli, yüzey pürüzlülüğü ve kristal yapıda yer alan kusurlar ile ilişkilidir. Bununla birlikte, bazı çalışmalar metallerin yüzeylerinin aktifleşebildiğini ve doku veya organ ile etkileşime girerek zehirleyici (toksik) korozyon ürünleri çıkarttıklarını göstermiştir.

2 Seramik biyomalzemeler (biyo-seramikler) oldukça yüksek biyo-uyumluluğa sahip ve çeşitli üstün özellikler sergilemektedirler. Eklem (mafsal) veya doku replasmanları için yapısal fonksiyonlara sahiptirler. İmplantın biyo-uyumluluğunu artırmak amacıyla kaplama malzemesi olarak kullanılabilirler. Üzerlerinde hücre ve doku gelişmesi/büyümesine imkân tanıyabilirler. Bazı vücut parçalarının tümüyle yerine kullanılabilirler. Daha iyi kimyasal ve termal kararlılık, mukavemet, aşınma direnci ve dayanıklılık seramikleri cerrahi implantlar için iyi bir aday malzeme haline getirmektedir. Seramiklerin başlıca dezavantajı oldukça gevrek/kırılgan olmaları, düşük çekme mukavemetine sahip olmaları ve kullanım esnasında kırılabilmesi ve onarılamamasıdır. Hidroksiapatit (hydroxyapatite), alümina, zirkonya, kalsiyum fosfat, çözünmeyen cam, biyoaktif cam, porselen ve karbon seramik biyomalzemeler için verilebilecek bazı örneklerdir. Biyoseramikler yapılarında yüksek poroziteye (gözeneklilik) sahiptirler. Bu, doku ve hücrelerin gelişimi ve imlant ile entegrasyonu açısından önemli bir parametredir, şekil 2.

3 Polimerik biyomalzemeler oldukça çeşitli medikal uygulamalarda kullanılmalarına imkân sağlayan geniş bir aralıkta fiziksel, kimyasal, fizikokimyasal ve biyolojik özellikler sergilemektedirler. Bunlar, kimyasal yapılarına ve uygulamaya bağlı olarak, hem biyo-uyumlu hem de biyo-bozunabilir olabilirler. Bunlarla sınırlı olmamakla birlikte; ultra-high molecular weight polyethylene, polymethylmethacrylate, poly(etheretherketone), polytetrafluoroethylene, polyethleneterephthalate, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polimerik biyomalzemelere örnek olarak verilebilir. Biyobozunur polimerler polylactide (PLA), polyglycolide (PGA), polycaprolactone (PCL) ve bunların kopolimerlerini içerirler. Kırılganlık, düşük çekme ve basma mukavemeti, çok miktarda kalıntı oluşturan yüksek aşınma oranı bazı polimerik biyomalzemelerin kullanım alanlarını daraltmaktadır.

4 Kompozit biyomalzemeler, biyo-uyumlu matriks (reçine) ve karbon ve cam elyaf gibi sentetik takviye elemanlarının üretilmesiyle şekillenen yeni bir malzeme sınıfıdır. Kemik, ahşap, diş minesi (dentin), kıkırdak, kaplumbağa kabuğu, kuş tüyü ve deri gibi kompozit yapıda olan doğal biyomalzemeler de mevcuttur. Bu malzemeler ilaç, gen ve DNA transferi ile doku mühendisliği, eklem ve kemik replasmanı, kozmetik ortodonti (diş hekimliği), vb gibi alanlarda kullanılırlar. Bu malzemeler genellikle vücudun canlı organizmalarının yapısını taklit ederler. Şekil 3 de insan vücudunda çeşitli amaçlarla kullanılan biyomalzemeler ve kullanım yerleri görülmektedir.

5 2. BİYOMALZEME BİLİMİNİN KONULARI Biyomalzeme bilimi ve mühendisliğinin kapsamında yer alan çok sayıda önemli konular vardır. Bu ders kapsamında öğrenciler aşağıda bahsi geçen bu konular hakkında bilgi sahibi olacaklardır. Toksikoloji: Aksi belirtilmedi sürece toksikoloji, biyomalzemelerin vücut içerisinde canlı hücre veya organlar üzerindeki yan etkilerini inceleyen bir çalışma konusudur. Toksikoloji genellikle

6 belirtiler, mekanizma, tedavi ve bulgular ile ilgilenir. Bununla birlikte, kanser tümörleri gibi ölümcül hastalıkları hedef alan ve hastalıklı hücrelerin yok edilmesini amaçlayan özellikle toksik olarak tasarlanmış biyomalzemeler veya ilaçlar da mevcuttur. Biyo-uyumluluk: Biyouyumluluk çoğunlukla biyomalzemenin vücut şartlarındaki davranışı ile ilişkilidir. Doğrudan ölçülebilmesi zordur, bu yüzden implantlar ve drug delivery systems gibi özel uygulamaların başarısı açısından değerlendirilir. Biyo-bozunurluk: Biyo-uyumluluk basitçe, doğal ya da sentetik biyomalzemelerin, ardında her hangi zararlı kalıntı bırakmadan vücut şartlarında ayrışması demektir. Bazı durumlarda bozunan biyomalzemeler artlarında, hastalıkların tedavisi ve vücudun onarımı için kullanılabilecek faydalı besinler bırakırlar. Hedeflenmiş (hedefe yönelik) İlaç Dağıtımı (gönderimi): İlacın etkin olmasının istendiği yere hedeflenmesi, ilaç yüklenmiş malzemenin damara enjekte edilip vücut içerisinde serbestçe dolaşımı ile sağlanır. Harici bir kuvvet veya etki altında (örneğin manyetik etki, ultrason ses dalgası, elektrik alan, ısı, ışık, X-ışını, ph veya makanik etki) bu ilaç yüklü malzemeler istenilen belirli bir bölgede tutulmaya ve birikmeye başlar, daha sonra üzerinde yüklü bulunan ilaç moleküllerinin salınımı başlar. Damar veya doku içerisinde malzemeden ilaç moleküllerinin salınımını sağlayan üç ana mekanizma vardır. Bunlar; difüzyon, degregasyon (bozunma) ve difüzyon sonrası şişmedir (swelling). İyileşme: Biyo-malzemelerin ana hususlarından biri de yerleştirildiği yerdeki fonksiyon kaybına uğramış vücut kısmına yeniden eski fonksiyonunu kazandırabilmesidir. Mekanik Dayanıklılık: Medikal uygulamalarda bir malzemenin en iyi seçenek olması için sadece biyo-uyumlu olması yeterli değildir. Aynı zamanda yerine veya onarımında kullanılacağı kemik, doku veya diğer biyolojik sistemlerin fiziksel özelliklerine benzer özelliklere de sahip olması gerekir. Biyomalzemeler belirli standart özellikleri sağlamak ve çekme ve basma yükleri ile baş etmek zorundadır. Bazı doğal ve sentetik biyo-malzemelerin mukayeseli özellikleri tablo-1 de görülmektedir. Tabloda da görüldüğü gibi her bir malzeme farklı biyomedikal amaçlara yönelik uygulamalarda kullanılmak üzere tercih edilmesinde belirleyici olan kendi özgün Young s modülüne, yoğunluğuna,

7 çekme ve basma mukavemetine sahiptir. Nitekim, medikal uygulamadan önce biyo-malzemenin iyi tasarlanmış ve test edilmiş olması gerekliliktir. Biyo-malzemelerin Korozyonu: Vücut sıvıları her çeşit anyona (Cl-, HPO42- ve HCO3), katyona (Na+, K+, Ca2+, ve Mg2+), organik maddelere (proteinler, enzimler), plazma, su ve çözünmüş oksijene sahiptir. Bu nedenle vücut, metalik biyo-malzemelerin korozyonu için olası tüm şartlara sahiptir. Şekil 4 kalça eklemi protezinin baş kısmı ile boyun kısmı arasında meydana gelmiş bir korozyon oluşumunu göstermektedir. Biyo-malzemelerin Hasarı: Çeşitli biyomalzemelerin medikal kullanım için biyo-uyumluluk gereksinimlerini karşılamasına karşın, maalesef, bazı biyo-malzemeler çok sayıdaki uygulamalarda yeterli mekanik kararlılığı sergileyememektedir. Bu nedenle kalça operasyonlarının yaklaşık %7 sinde ve diz operasyonlarının yaklaşık %10 unda 10 yıllık kullanımdan sonra yenilemek için revizyon cerrahisi gerekmektedir. Biyo-malzemeler başta yetersiz mekanik dayanıklılık, yüksek yorulma, hasar

8 birikimi, aşınma ve bunlara bağlı olarak ortaya çıkacak çeşitli biyolojik tepkiler olmak üzere çeşitli sebeplerle hasara uğrayabilirler. Şekil 4 te uzun bir kullanım periyodu sonrasında degrade olmuş bir polimerik diz eklemi görülmektedir.

Benzer belgeler

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ 26.09.2007 2 Giriş İnsan kemiği kendini yenileyebilme özeliğine sahiptir Kemikler kırıldığında iyileşmenin sağlanabilmesi için ilave desteğe gereksinim duyarlar