Seramik Biomalzemeler (Bioseramikler) Kas iskelet sisteminin hasar görmüş parçaları ve hastalıklı parçaların yer değiştirilmesi ve onarılması için kullanılan seramik grubunun adı bio seramikler olarak isimlendirilir. Dersin Amaçları Seramiklerin kimyasal/fiziksel özelliklerini öğrenmek Bio malzeme olarak bio seramiklerin kullanımı hakkında bilgi öğrenmek Bio aktivite konsepti ve mekanizmaları hakkında bilgi sahibi olmak 1
BİYOSERAMİKLER DOÇ. DR. FATİH ÇALIŞKAN 2
Seramikler (Eski Yunancada çömlekçiliğinde keramikos) Seramikler refrakter polikristalin bileşiklerdir Genellikle inorganik Oldukça inert Sert ve kırılgan Yüksek basma dayanımı Genellikle iyi elektrik ve ısıl izalatör İyi estetik görünüş Uygulamalar Ortapedik implantlar Dental uygulamalar Yük gerektirmeyen uygulamalarla bioaktivitenin uzlaştırılması 3
Bioseramik Türleri 4
Mekanik Özellikler 5
Doğal Seramik Kompozitler Doğal sert dokular seramik-polimer kompozitler:» Kemikler, Dişler, Deniz kabuğu Doku = organik polimer fiberler + mineral + canlı hücreler Mineral bileşeni (Seramik)» Kemik: Hidroksiapatit (HA) Ca 5 (PO 4 ) 3 OH Biyolojik şartlarında mineralleşme:» Çoklu elementel yer değişimi» Protein yönlenmeli kristalizasyon» Tekli karakteristik Kristal morfoloji and çözünürlük Sentetik kalsiyum fosfatlar bio malzeme olarak kullanılır bioaktif Sentetik HA Kemik HA 6
Bioaktivite vs. Biouyumluluk Biouyumluluk : Amaç vücudun zehirli ve iltihabi etkilerini minimize etmek Bioaktivite evrim konsepti: Malzemeden beklenen temel karakteristik canlı dokuyla bir bağ oluşturması (Hench, 1971) Malzeme iyileşmeyi teşvik etme yeteneğine ve sanki gerçek bir doku gibi tepki vererek bünyeyi kandırabilme yeteneğine sahip olması (Hench 2002). Avantajları: kemik dokusu implant-doku arayüzeyi, gelişmiş iyileşme tepkisi, uzamış implant ömrü Biokötüleşme: Hücresel veya kimyasal aksiyonlar sebebiyle implantın bozulması Eğer dokunun iyileşme oranı zamanlı ise doku yenileşmesi için implantı iskelete dönüştürür Negates issues of stress shielding, implant gevşemesi, uzun dönemli kararlılık 7
Inert Seramikler: Alümina Tarihsel gelişimi: 1970 lerin başından beri dünya genelinde 2.5 milyondan fazla kalça kemiği başları implante edilmiştir Alümina üzerine alümina implantlar have been FDA (Food and Drug Administration) tarafından gözlenmiştir. 1987 den beri 3000 in üzerinde implant başarılı bir şekilde implemente edilmiştir. Daha küçük tane boyutu ve porozite, daha yüksek mukavemet E = 380 GPa (stress shielding problemi: implantın kemik yoğunluğunu zamanla azaltarak kemiğin gerilme direncinin düşmesi problemi) Yüksek sertlik: Düşük sürtünme Düşük aşınma Korozyon direnci Sürtünme: bitiş yüzeyi <0.02 um Aşınma: partiküllerin ürettiği aşınma yok- biyouyumluluk 8
Inert Seramikler: Alüminyum Oksitler (Alümina Al 2 O 3 ) Uygulamalar Ortopedik alanlar:»femur kemik başı»kemik vidaları ve plakalar»femur kökleri için gözenekli kaplamalar»gözenekli boşluk doldurucular (özellikle cerrahi»düzeltmelerde)»diz protezleri dental: kaplamalar ve köprüler 9
Alümina Bioinertlik Bio uyumluluk sonuçları - Bağışıklık sisteminde düşük düzeyde savunma davranışı Dezavantaj:» Minimum düzeyde kemik iç büyümesi» Yapışmayana fiberimsi zar (fibrous)» Ara yüzeysel hasar ve imlant kaybı oluşabilir 10
Bioaktif Seramikler: Cam Seramikler Cam: İnorganik eriyik kristalizasyon olmadan hızlı bir şekilde katı hale soğutulmasıdır Bir amorf katıdır Kırılgan! Cam-seramik, camın sıvı halden kontrollü soğutulması ve kristalizasyonuyla hazırlanmış polikristalin bir katıdır. Cam seramikler bio aktif oldukları gösterilen ilk bio malzemelerdir. (kemik sistemi): Ana dokuyla doğrudan kimyasal bağlanma yeteneği Kemik yapılanma hücreleri üzerine uyarıcı etkiler 11
Bioaktif Seramikler: Cam Seramikler Bileşim SiO 2, CaO ve Na 2 O içerir Bioaktiflik özelliği SiO 2, CaO ve Na 2 O relatif miktarlarıyla ilgilidir. Yük taşımanın gerektiği yerlerde kullanılamaz Biyolojik aktivitesi sebebiyle kaplama ve kemik dolgusu olarak idealdir. 12
Bioaktif Seramikler: Cam Seramikler SiO 2 B A C D CaO Na 2 O A: 30 gün içerisinde bağlanma B: Bağlanmama, çok düşük reaktivite C: Bağlanmama, çok yüksek reaktivite D: Bağlanma 13
Kalsiyum (Ortho) Fosfat Yapı kemik mineraline benzer; bu yüzden kemikle yer değiştirmek için kullanılır. PO 4 esaslı kalsiyum fosfatlar 7 farklı formda mevcuttur. Bu farklılık Ca/P oranına, suyun mevcudiyeti, ph, empuriteler ve sıcaklık 14
Kalsiyum Fosfat Tozlar Yapı iskeletleri İmplantların kaplanması metaller, kalp kapakçıklarının pıhtılaşmasını engellemek Kendiliğinden yapılanan kemik dolgusu 15
Kalsiyum Fosfat Kullanımlar Travma veya hastalıklardan hasar görmüş kemiğin onarımı Kemik tümörlerinden temizlemeden sonra boşluk dolgusu ve omurganın birleştirilmesi Fıtık disklerinin tamiri Çene cerrahisiyle ilgili ve dental kusurların onarımı Oküler implantlar İlaç dağıtımı Metal implantların kaplanması, kalp kapakçıklarının pıhtılaşmasını engellemek 16
Niçin Biyoseramikler kullanılmalı? Genel Seçenekler Toksik/ İltihap oluşturma/ hastalık taşıma? Mekanik özellikler? Bioaktif? Bozunabilirlik? Doku nakli Metaller Seramikler Polimerler Kompozitler Mükemmel Orta düzey Düşük Bioseramiklerin avantajları: Biyolojik uyumluluk ve aktivite Daha az gerilimden koruma Hastalık geçişi yok Sınırsız malzeme tedariği Bioseramiklerin dezavantajları: Kırılganlık yük gerektiren uygulamalarda kullanımı kısıtlı 17