Milyonlarca yıl öncesinde ateşin keşfiyle, kilin seramik çanak çömleğe dönüştürülmesi, insan topluluklarının göçebe avcılıktan yerleşik tarımsal yaşama geçişinde en büyük faktör olmuştur. Seramiklerin insan yaşamında yarattığı bir diğer büyük devrimse, geçtiğimiz 40 yılda vücudun zarar gören veya işlevini yitiren parçalarının tamiri, yeniden yapılandırılması ya da yerini alması için özel tasarımlı seramiklerin geliştirilmesi ve kullanımıyla gerçekleşmiştir. Bu amaçla kullanılan seramikler, “biyoseramikler” olarak adlandırılır. Biyoseramikler, polikristalin yapılı seramik (alümina ve hidroksiapatit), biyoaktif cam, biyoaktif cam seramikler veya biyoaktif kompozitler (polietilen–hidroksiapatit) şeklinde hazırlanabilir. İnorganik malzemelerin önemli bir grubunu oluşturan bu malzemeler, sağlık sektöründe çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin, gözlük camları, teşhis cihazları, termometreler, doku kültür kapları, endoskopide kullanılan fiber optikler, bunlar arasında sayılabilir. Çözünmez gözenekli camlar, enzim, antikor ve antijen taşıyıcı olarak da kullanılmaktadır. Mikroorganizmalara, sıcaklığa, çözücülere, pH değişimlerine ve yüksek basınçlara olan dirençlilikleri bu uygulamalar açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Seramikler, dişçilikte dolgu malzemesi, altın-porselen kaplama ve protez parçaları olarak yaygın bir biçimde kullanılmakta ve “diş seramikleri” olarak isimlendirilmektedirler. Biyoseramikler, diş tedavisi dışında da sert doku implantı olarak kullanılırlar
Günümüzde, üstün aşınma, mukavemet, özgül ağırlık ve korozyon direnci olmasından dolayı üzerinde en çok araştırma yapılan malzemeler biyoseramiklerdir. Biyoseramikler kontrollü bir şekilde sinterlenerek yapısında bir miktar porozite bırakılır. Böylece tabi kemiğin bu porozitelere doğru nüfuz ederek kaynaşmaları sağlanır. Biyoseramiklerin biyomalzeme olarak kullanılmasının nedenleri ;
a) Vücutta kimyasal kararlılık göstermeleri,
b) Çeşitli şekil ve porozite oranlarında üretilebilmeleri,
c) Yüksek basma mukavemetine sahip olmaları,
d) Mükemmel aşınma özellikleri göstermeleri,
e) Apatit fazında üretilen seramiklerin doğal kemiğin (kalsiyum hidroksiapatit) bileşimine ve yapısına benzemesidir
5.2. Biyoseramiklerin Sınıflandırılması :
Tek ve çok kristalli olarak üretilebilen biyoseramiklerin biyomalzeme olarak kullanımı; vücutta yer değiştireceği dokunun mekanik davranışıyla ilgili benzerliğine ve bağ doku ile kararlı bir ara yüzeyin eş zamanlı olarak oluşmasına bağlıdır. Dokuya bağlanma mekanizması, doğrudan biyomalzeme ara yüzeyindeki dokunun cevabı ile ilgilidir.
Biyoseramikler, “biyoinert” ve “biyoaktif” olmak üzere iki grupda incelenebilir. Biyoinert seramikler kemikle veya diğer dokularla reaksiyona girmeyen seramikler olarak tanımlanır.
Biyomalzeme toksik ise, çevre doku ölür, toksik değil ve biyoinert ise biyomalzeme ve doku arasında lifli bir doku oluşur. Bu doku kimyasal veya biyolojik olarak bağlanmadığı için kolayca hareket edebilir. Biyoinert seramiklerin en yaygın kullanılanı “A12O3 ” yani alüminadır. Burunun dışında ZrO 2 ve kalsiyum aluminat da biyoinert seramik malzemelerdir.
Biyomalzemelerin toksik olmadığı ve biyoaktif olduğu durumlarda, doku ve biyomalzeme arasında bir ara yüzey bağı oluşur. Günümüzde geniş bir aralıkta değişen bağlanma hızlarına ve bağ tabaka kalınlıklarına sahip pek çok biyoaktif seramik malzeme mevcuttur. Örnek olarak cam ve cam-seramikler ve hidroksiapatit seramiklerdir. Biyoaktif seramikler, doku ve biyomalzeme arasında kimyasal bağ oluşumuna izin veren seramiktir. Biyoaktif seramikler özellikle biyolojik aktivite oluşturmak için dizayn edilir. Biyoaktif malzemeler yumuşak doku ile bağ oluştururlar, fakat birçok durumlarda istenilen biyolojik aktivite, biyoaktif malzemelerin canlı vücut dokusu ile kaynaşıp temas halinde olduğu kemik ile arayüzeyde kuvvetli bir bağ oluşturmaktadır. Uygun bir biyoaktif malzemeden üretilen biyomalzeme kullanımı ile biyomalzeme ile kemik arasında çabuk ve kuvvetli bir bağ oluşturulur. Böylece, biyomalzemelerin herhangi bir mekanik sabitleme yöntemi (vidalama gibi) veya kemik çimentosu (polimetil metakrilat) gibi malzemelere gerek olmadan sabitleme sağlanır
5.2.1. Yapısal işlevlerine Göre Seramikler
Oksit seramikler; inert yapıda olan ve oksijen iyonlarının oluşturduğu düzlemde metal iyonlarının dağılmasıyla oluşan polikristalin seramiklerdir. İki önemli türü mevcuttur. Alümina (Al2O3) ve Zirkonya (ZrO2).
Alümina, biyoinert biyomalzeme olarak 1970’ den beri en fazla kullanılan biyoseramiktir Yüksek yoğunluk ve yüksek saflığa (>%99.5) sahip alümina, korozyon direnci, yüksek dayanımı ve iyi biyolojik uyum özelliğinden dolayı kalça protezlerinde ve diş implantlarında yaygın kullanıma sahiptir. Bu uygulamalarda kullanılan alüminanın çoğu, iyi tane yapısına sahip, polikristalin α-A12O3’ ün 1600-1700 °C’ de preslenmesi ve sinterlenmesi sonucu elde edilir. Alümina, 20 yılı aşkın süredir ortopedik uygulamalarda kullanılmaktadır.Biyomalzeme olarak kullanılan alumina yüksek saflık (A12O3> % 99,5) ile yoğunluğa (3,65-3,90 g/cm3) sahiptir ve bayer prosesiyle üretilir. Biyomedikal uygulamalarda alümina, mükemmel biyolojik uyumluluğa ve dokuların duyarsızlığına yol açan inertliği nedeni ile diğer malzemelere göre daha avantajlıdır. Üstelik mükemmel aşınma ve sürtünme özellikleri alüminayı suni eklem yüzeyleri için uygun bir malzeme yapar. Çekmeye göre daha yüksek basma mukavemeti nedeniyle özellikle yapay eklemler ve dişler gibi basma yüklemesine maruz kalan uygulamalar için alümina ideal bir malzemedir. Diş protezleri, kemik vidaları, kemik eklemlerinin yeniden imali, orta kulak kemik uygulamaları, plaka ve vida, alüminanın biyomalzeme uygulamalarına örnek olarak verilebilir. Ortopedide kullanılan biyoseramiklerin bir kısmının sadece baş kısmı yüksek mukavemetli alümina, sap kısmı ise metalik olabilmektedir. Çok iyi aşınma mukavemeti, iyi biyolojik uyumluluk ve yüksek mukavemet alüminayı bu tür uygulamalara mümkün kılmaktadır
Alümina, mükemmel biyolojik uyumluluk ve aşınma direnci göstermesine rağmen düşük eğme mukavemetine ve tokluğa sahiptir. Bu sebeple, alüminadan yapılan femur başı protezlerin çapı 32 mm ile sınırlıdır. Zirkonya vücut ortamında inerttir ve zirkonya seramikler alümina seramiklerden daha yüksek kırılma tokluğu ve eğme mukavemetine ve daha düşük elastik modüle sahiptir. Biyomalzeme olarak yitria ile stabilize edile zirkonya (TZP) ve magnezyum oksit ile stabilize edilen zirkonya (MG-PZS) kullanılmaktadır. Zirkonya ve alümina seramiklerin özelliklerinin bir karşılaştırılması Tablo 5.1.’ de verilmiştir. Zirkonya da, alümina gibi bulunduğu fiziksel ortam üzerinde inert etki gösterir. Alüminanın seramiklere göre avantajı, çok daha yüksek çatlama ve bükülme direncine sahip olmasıdır. Zirkonya, uyluk kemiği protezlerinde başarıyla kullanılmakta, ancak uygulamalarında üç önemli problemle karşılaşılmaktadır. Fizyolojik sıvılar nedeniyle zamanla gerilme direncinin azalması; kaplama özelliklerinin zayıf oluşu ve potansiyel radyoaktif malzemeler içermesindendir
Özellik | Birim | A12O3 | TZP | MG-PSZ |
Saflık | % | >99,7 | 97 | 96,5 |
Y2O3/MgO | % | <0,3 | 3 mol | 3,4 (ağ.) |
Yoğunluk | g/cm3 | 3,98 | 6,05 | 5,72 |
Tane boyutu | \ım | 3,6 | 0,2-0,4 | 0,42 |
Eğme mukavemeti | Mpa | 595 | 1000 | 800 |
Basma mukavemeti | Mpa | 4250 | 2000 | 1850 |
Elastik modül | Gpa | 400 | 150 | 208 |
Kırılma tokluğu | MN/m3'2 | 2400 | 1200 | 1120 |
Zirkonya içerisinde yarılanma ömrü çok uzun olan radyoaktif elementler bulunur (uranyum, toryum, vb). Bu elementleri yapıdan ayırmak çok zor ve pahalı işlemler gerektirtmektedir. Zirkonya bazlı seramiklerde 0.5 ppm U235’e rastlanmıştır. Radyoaktivite alfa ve gama etkileşimi olarak ortaya çıkar. Alfa-radyasyonu daha fazladır ve alfa-parçacıkları, yüksek iyonlaştırma kapasitesine sahip olduklarından yumuşak ve sert doku hücrelerini tahrip edebilirler. Radyoaktivite düzeyi küçük olduğunda da bu etkinin uzun süreli sonuçlarının incelenmesi gerekir
Kalsiyum fosfat esaslı biyoseramikler, özellikle tıpta ve dişçilikte yaklaşık 25 yıldır kullanılmaktadır. Diş implantları, cildiye işlemleri, dişeti işlemi, çene kemiği yapısı, ortopedi, estetik cerrahi, kulak, burun ve gırtlak tamiri ile belkemiği cerrahisinde, kalça ve diz protezlerinde “kemik tozu” olarak kullanılırlar. Kalsiyum fosfat seramiklerin sinterlenmesi genellikle 1000-1500°C’de gerçekleşir ve bunu istenilen şekle sıkıştırılması izler. Tüm kalsiyum fosfat seramikleri değişen hızlarda biyolojik olarak bozunurlar. Kalsiyum fosfat seramikleri, gözenekli yapıda da hazırlanabilirler. Gözenekli seramik biyomalzemelerin en büyük avantajı; kemik, seramik malzemenin gözenekleri içerisinde büyüdüğünde, oluşan ara yüzeyin mekanik açıdan yüksek kararlılığa sahip olmasıdır. Gözenekli biyomalzemeler kemik oluşumu için yapı iskelesi olarak kullanılırlar. Mercanların mikro yapısı, kontrollü gözenek büyüklüğüne sahip seramiklerin oluşturulması açısından en ideal malzeme olmalarını sağlamaktadır. Gözenekli malzemeler, her zaman için yığın formlarında daha zayıflar ve artan gözenekliliğe bağlı olarak, malzemenin dayanımı daha da azalmaktadır. Kemik kırıklarını doldurmak için gözenekli sentetik kalsiyum fosfat seramikler kullanılırken, diş implantlarında kaplama olarak gözenekli hidroksiapatit malzeme kullanılır. Bu tip bioseramiklerin farklı fazları, biyoaktif bir malzemenin arzu edilip edilmediğine bağlı olarak kullanılır. Bunlar; kalsiyum ve fosfat atomlarının çoklu oksitleri şeklindeki yapılardır. Hidroksiapatit, Ca5 (PO4)3 OH, trikalsiyum fosfat, Ca3(PO4)2 (emilebilir) ve oktakalsiyum fosfat CaH(PO4) 3 .2OH bu yapılara örnek verilebilir.
Kalsiyum fosfat seramiklerin mekanik davranışı, biyomalzeme olarak kullanılmalarını büyük oranda etkiler. Çekme ve basma mukavemeti ile yorulma direnci, toplam porozite hacmine bağlıdır. Çünkü hidroksiapatit (HA) biyomalzeme, çekme yükü altında düşük güvenilirliğe sahiptirler. HA türü kalsiyum fosfat seramikler; toz, küçük biyomalzemeler, metal biyomalzemeler üzerine kaplamalar, poröz biyomalzemeler veya bir kompozitte biyoaktif faz olarak kullanılabilirler.
HA biyomalzemeler çok sayıda avantajlara sahiptir. Biyolojik olarak uyumlu ve bioaktifdirler. Faz bileşimlerinin homojenliği, HA biyomalzemelerin üretimiyle ilgili temel problemlerden birisidir. HA malzemesinde ikincil kristal faz, olarak oluşan dikalsiyum fosfat (Ca2P), α→β polimorfık dönüşümle ilgili hem birlikte var olan fazların termal yayınım farklılıkları hem de hacimsel değişimler nedeni ile kırılmalara sebep olabilecek gerilim merkezleri oluştururlar. “Şişen, büyüyen” Ca2P olayı, fizyolojik akışkan veya kanla temas halinde meydana gelen ve biyomalzemeyi tahrip edebilecek şekilde etki eden ilave ciddi bir sorundur. Yoğun biyomalzeme durumunda Ca2P fazı ve HA'in birlikte olması kısmi olarak hedeflenebilir. HA tozlarının kalsinasyon sonrası faz bileşimi, morfoloji ve yüzey gelişimi ile birlikte bu tozlardan elde edilen malzemelerin faz bileşimlerine üretim koşullarının etkisini tespit etmek yapılan araştırmaların ana hedefi olmuştur.
İyi biyolojik uyumluluğu nedeniyle kalsiyum fosfatlar, yük binmemiş kısımlarda kemiğin yerine biyomalzemeler ve oyukları doldurmada çimento olarak kullanılırlar. HA seramikler mükemmel biyolojik uyumluluğu ve bioaktivitesi nedeniyle kemik yerine kullanılan uygulamalar için artan önemde bir malzemedir. Ancak yük taşıyan implantasyon olarak bu malzemenin değerlendirilmesi gevrekliği yüzünden oldukça sınırlıdır. HA’ in kırılma tokluğu; 2-12 Mpam1/2 kırılma tokluğuna sahip doğal kemiklere nazaran yaklaşık l Mpam1/2'dir. Yakın geçmişte monolitik HA seramiklerin tabiatında olan gevrekliğin üstesinden gelmek amacıyla mekanik özellikleri geliştirmek için bir çok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalar partiküllerin, wiskerlerin ve fiberlerin birleşmesi sayesinde HA’ in kuvvetlendirilmesi üzerine odaklanmıştır. Örneğin 7 Mpam1/2'lik kırılma tokluğu değeri, HA’ e hacimce % 20 fecralloy ilavesiyle başarılmıştır.
Seramik biyomalzemenin net şekline yaklaşmak için toz enjeksiyon kalıplama ve slip döküm gibi yöntemler uygulanmaktadır.
Slip döküm yöntemi kullanılarak basit ancak net şekilli HA ürünler üretilebilmektedir. Bu yöntem, kemik, cerrahi kulak v.b küçük biyomalzeme üretiminde kullanılır. (Ca 10 (PO) 6(OH) 2) kimyasal formüle sahip HA, kemik ve diş minesi gibi sert insan dokularının temel bileşenidir. Bu nedenle sentetik HA seramiği biyomalzeme olarak kullanıldığı zaman mükemmel bir uyumluluk gösterir HA biyomalzemeleri üretmedeki en önemli yöntem, büyük sinterlenmiş çubuk ve blokların işlenmesidir. Ancak bu zaman harcayan ve pahalı bir yöntemdir.
Enjeksiyon kalıplama yönteminde toz-bağlayıcı karışımı enjeksiyon makinasında kalıplara enjekte edilir. Yöntemde en önemli adım bağlayıcının giderimi kademesidir. Bağlayıcı giderme, termal difüzyonla yapılır. Bağlayıcılar giderildikten sonra parçalar sinterlenir
Cam ve cam-seramikler, silika (SiO2) temelli seramiklerdir. Cam seramikler lityum/ alüminyum veya magnezyum/alüminyum kristalleri içeren camlardır. Biyocamda ise silika gruplarının bazıları kalsiyum, fosfor veya sodyum ile yer değiştirmiştir (SiO2, Na2O, CaO, P2O5). Böylece doku ve biyomalzeme arasında kimyasal bağlanma gerçekleşir. Biyoseramikler, iskeletteki sert bağ dokusunun tamiri veya yenilenmesinde kullanılırlar. Bu malzemelere olan gereksinim, özellikle ilerleyen yaşa bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Yaşlılarda kemikler çok kırılgan olur; çünkü kemik yoğunluğu ve dayanımı 30 yaşından itibaren azalır. Bu azalma kadınlarda çok daha ciddi boyutlardadır. Çünkü menapoza bağlı olarak vücutta hormonal değişimler olmaktadır. Bunun sonucunda kemik üreten hücreler, yani osteoblastların yeni kemik üretiminde ve kemikte oluşan mikro çatlakların kapanmasındaki üretkenliği azalır. Ortalama insan ömrü 80 yıl olarak düşünülürse, 60 yaş civarında bağ dokusu için yedek malzeme ihtiyacı başlar ve an azından 20 yıl boyunca biyoseramiklere gerek duyulur. Biyoseramiklerin kullanımını sınırlayan nedenlerin en önemlileri, bazı klinik uygulamalardaki yavaş ilerleyen çatlaklar, yorulma ve değişik darbe ve basınçlara dayanımlarının tam olarak bilinememesidir. Bu olumsuzlukları önlemek için kullanılan iki yeni yaklaşımdan birisi, biyoaktif kompozitler, diğeri ise biyoaktif seramiklerle yapılan kaplamalardır.
Belirli bileşimlerdeki camlar ve cam-seramikler kemik dokuya bağlandıkları için biyoaktif malzeme olarak isimlendirilirler. Biyoaktif malzemeler özel biyolojik aktivite oluşturmak için dizayn edilir. Bazı özel biyoaktif malzemeler yumuşak doku ile bağ oluşturur, fakat birçok durumlarda istenilen biyolojik aktivite biyoaktif malzemelerin canlı vücut dokusu ile kaynaşıp temas halinde olduğu kemik ile arayüzeyde kuvvetli bir bağ oluşturmasıdır. Uygun bir biyoaktif malzemeden üretilen biyomalzeme kullanımı ile biyomalzeme ile kemik arasında çabuk ve kuvvetli bir bağ oluşturulur. Böylece, biyomalzemenin herhangi bir sabitleme yöntemi (vidalama gibi), kemik çimentosu (polimetal metakrilat) veya kemik dokularının yüzeyden içeriye doğru büyüyebileceği, özellikle gözenekli yüzeye sahip olarak dizayn edilmiş biyomalzeme kullanımı gerekmeksizin sabitleştirilmesi sağlanır. Son zamanlarda biyomalzeme olarak kullanılmak üzere biyoaktif seramik malzemelerin gelişimi için birçok bilimsel çalışma yapılmaktadır. Özellikle biyoaktif özellikte cam-seramik üzerindeki araştırmalar dikkat çekmektedir.
Biyoaktif camlar, kemik dışında daha yumuşak dokulara da bağlanabilirler. Cam yüzeyi dokular ile arayüzey bağlanmasını sağlayan, biyolojik olarak aktif bir hidroksikarbonatapatit (HCA) tabakası oluşturur. Biyoaktif cam biyomalzemelerin üzerinde oluşan HCA fazı, kemikteki mineral faz ile aynı kimyasal yapıya sahiptir. Bu tip bağlama, mevcut mekanik kuvvetlere dirençli bir arayüzey oluşturur. Genellikle arayüzeyin yapışma mukavemeti, biyomalzemenin veya biyoaktif biyomalzemeye bağlanmış dokunun kohezif mukavemetine eşit veya daha yüksektir. Kemiğe bağlanma ilk olarak SiO2 Na2O, CaO ve P2O5 'in belirli miktarlarını içeren bir grup biyoaktif cam ve cam-seramik için ispatlanmıştır.
Karaciğer kanserinin tedavisinde radyoaktif yitriya-alümina-silikat camının kullanımı halen A.B.D’ de geliştirilmekte olan yeni bir yaklaşımdır. 25 µm’ lik mikroküreler önce nötronla bombardıman edilip daha sonra atardamar vasıtasıyla vücuda enjekte edilir ve kan akımı bu mikroküreleri kansere yakalanmış karaciğere götürür. Mevcut klinik tecrübeler umut vericidir. Kemik yerine kullanılabilen cam-seramiklerin en büyük avantajları biyoaktif olmalarıdır. Apatit gibi kristal fazlara sahip olan cam-seramikler kemik ile biyoaktivite sergilerler. Na2O-CaO-P2O5-SiO2 bileşimindeki cam-seramiklerden yapılan biyomalzemede insan kol ve bacakları ile karşılaştırılabilen mukavemet değerlerine ulaşılabilmektedir. Silisyumun varlığı, kemiğin minerallenine hızının artmasına ve normal iskeletin gelişimine yol açar. Kemik yerine kullanılabilen diğer bir cam-seramik ise mika kristallerini içeren mika cam-seramikleridir (işlenebilir cam-seramikler). Mika kristalleri, cam-seramiğin işlenebilmesini sağlamakta ve tıbbi operasyon sırasında daha kolay bir uyumun oluşmasına yol açmaktadır.
Cam ve cam-seramikler dişçilikte, de kullanılabilmektedir. Metalik diş protezlerinin üzerine kaplanan potasyum-alümina-silikatlar, doğal dişlere benzemesi için renklendirilebilen LAS esaslı carn-seramikler, mika canı-seramikler, komple dişten ziyade ince bir kaplama şeklinde uygulanan kalsiyum-magnezyum-fosfor silikat tipi cam-seramikler bu amaçla çalışılan cam-seramik sistemlerine örnek olarak verilebilir. Diş dolgusunda da cam ve cam-seramikler kullanılabilir. Bu malzemeler, organik bir reçine ile karıştırılmış cam tozlan şeklinde kullanılır. Karışımdaki reçine diş oyuklarını kavrar. Cam-seramiklerin kullanımı bu uygulama da ayrıca renklendirmenin yanı sıra aşınma direncide sağlar
Diş hekimliğinde porselen seramikler; Diş porseleni eksik dişlerin tamamlanmasında kullanılan bir malzeme grubudur. Metal ve akrile alternatif bir malzemedir. Estetik açıdan doğal dişe benzediği için tercih edilmektedir. Diş hekimliğinde porselenden 2 şekilde faydalanılır; komple porselen ve metal destekli porselen
Komple porselen çiğneme basıncından fazla etkilenmeyen alanlarda kullanılır. Çiğneme basınçlarının daha yoğun olduğu bölgelerde mukavemet sağlamak için bir metal alt yapıya gerek duyulur. Metal üzerinde sinterlenen porselen restarasyonlarında, teknik yönden birbirinden farklı malzemelerde aynı anda çalışmak zorunluluğu düşünülürse bazı zorluklarla karşılaşılması kaçınılmazdır. Bu iki malzemenin birleştirilmesi söz konusu olduğunda her ikisinin de bazı koşullara uymaları ve birbirlerini tamamlamaları gerekmektedir. Bu koşullara uyan bir metalde ve porselende aşağıda belirtilen özellikler bulunmalıdır.
Diş hekimliğinde kullanılan porselen, yapı olarak seramikçilerin kullandığı sert porselene çok yakındır. Porselenin diş hekimliğinde kullanılması; yüksek düzeyde estetik, renk değiştirmeme, dokuyla tam uyum ve metalle iyi bağlanması gibi avantajlar sunmaktadır. Bunun yanısıra, hazırlanış süresinin uzun ve özel çalışma gerektirmesi ile pahalı olması diş porselenlerinin en büyük dezavantajlarıdır.
Metal üzerinde sinterlenen porselenin yüksek sıcaklıkta ergimesi, kullanılacak metalin kıymetli alaşımlardan seçilmesini gerektirir. Ancak Au-Pt alaşımlarının pahalı olması daha ucuz ve aynı fiziksel özellikler gösteren yeni alaşımların aranmasına neden olmuştur. Günümüzde yüksek oranda Au içeren Pt alaşımları ve Cr-Ni esaslı alaşımlar kullanılmaktadır
Biyoseramiklerin Dokular İle Etkileşimi
Canlı dokuya yerleştirilen tüm malzemeler, bu dokudan tepki alırlar. Bu tepki doku- biyomalzeme ara yüzeyinde oluşur ve Tablo 5.2.’de sıralanan çeşitli faktörlere bağlı olur. Bu faktörlere bağlı olarak biyomalzemeye olan doku cevabının dört türünden bahsedilebilir:
§ Malzeme toksikse, çevresindeki doku ölür.
§ Malzeme toksik değil ve biyoinertse, değişik kalınlıklarda fibroz doku oluşumu gerçekleşir.
§ Malzeme toksik değil ve biyoaktifse, doku biyomalzeme arayüzeyinde bağlanma gerçekleşir.
§ Malzeme toksik değil, fakat çözünür yapıdaysa, çevresindeki doku, biyomalzemenin yerini alır.
Metal | Porselen |
İyi bir döküm özelliği | Uygun sinterlenme sıcaklığı |
Çiğneme basınçlarına dayanacak sertlik ve mukavemet | Basınca karşı mukavemet |
Isıl genleşme katsayılarının uygunluğu | Metalle iyi bağlantı kurması |
Metalin porselenle kuvvetli bir bağlanma olasılığı | Uygun genleşme |
Renk değiştirmemek | |
Doğal dişe benzerlik |
Biyoseramiklerin türüne bağlı olarak gözlenen doku etkileşimleri farklı olur. Ayrıca Tablo 1.1’ de yer alan diğer faktörlerin de bu etkileşimlerdeki rolü unutulmamalıdır.
Biyoseramiklerin en ilgi çekici özelliklerinden biri, doku için zehir etkisi oluşturmamalarıdır. Dokuların çok karşılaşılan bir tepkisi de, dokunun biyomalzeme çevresinde ipliksi bir kapsül üretmesidir. Bu ipliksi doku, organizma tarafından biyomalzemeye karşı bir duvar örmek için veya biyomalzemeyi izole etmek için üretilir. Kısacası,bir çeşit korunma mekanizmasıdır ve biyomalzeme, zamanla ipliksi doku ile tamamen kaplanarak doku yüzeyinden uzaklaştırılır. Metaller ve çok sayıda polimer, bu çeşit bir tepkiye neden olurlar. Alümina ve zirkonya gibi hemen hemen inert sayılabilecek seramikler de, ara yüzeyde ipliksi doku oluşumuna neden
Biyomalzeme türü | Doku cevabı | Örnek |
Gözeneksiz, yoğun, inert eramikler | Çok ince fibroz doku oluşumu (morfolojik sabitleme) | Alümina, Zirkonya |
Gözenekli, inert seramikler | Gözenek içerisinde doku büyümesi (biyolojik sabitleme) | Hidroksiapatit |
HA ile kaplanmış metaller Gözeneksiz, biyoakif seramikler | Doku-biyomalzeme ara yüzey bağlanması | Biyoaktif camlar, HA |
(Biyoaktif sabitleme) | Cam seramikler | |
Rezorbe olan seramikler | Emilme | Tri kalsiyum fosfat |
biyoaktif camlar |
Doku tarafı | Biyomalzeme tarafı |
Doku tipi | Biyomalzeme bileşimi |
Doku yaşı | Biyomalzemedeki faz sayısı |
Doku sağlığı | Faz sınırları |
Doku içi Kan Sirkülasyonu | Yüzey morfolojisi |
Ara yüzey hareketliliği | Yüzey gözenekliliği |
Ara yüzey kan Sirkülasyonu | Kimyasal reaksiyon |
Boyutlar arası uygunluk | Boyutlar arası uygunluk |
Mekanik yükleme | Mekanik yükleme |
olurlar. Ancak, optimum koşullarda bu doku son derece incedir. Kimyasal reaktifliği çok yüksek olan metal biyomalzemelerde ise daha kalın ara yüzey tabakaları oluşur. Ara yüzeydeki uyumluluk ve hareketlilik de tabakanın kalınlığını büyük ölçüde etkiler. Üçüncü bir doku tepkisiyse, biyomalzeme ile doku arasındaki ara yüzeyde bağlanmanın gerçekleşmesidir. Bu yüzey, “biyoaktif yüzey” olarak adlandırılır. Bağlanma, biyomalzeme ile doku arasındaki hareketliliği engeller, ayrıca biyomalzemenin vücut tarafından dışlanması da engellenmiş olur. Dördüncü tür etkileşimdeyse, biyomalzeme, onarım işlemi tamamlandığında çözünür ve kendisini çevreleyen doku tarafından emilerek yok edilir. Bu nedenle emilebilir cinste biyomalzeme kullanıldığında, bu malzemenin vücut sıvılarınca kimyasal açıdan parçalanabilir yapıda olmasına dikkat edilmelidir. Bozunma ürünleri de zehirli olmamalı ve hücrelere zarar vermeden dokudan uzaklaştırılmalıdır.
Alümina ve zirkonya, çok iyi mekanik uygunluk sağlayacak şekilde dokuya yerleştirildiklerinde (morfolojik sabitleme) ara yüzeyde hareket oluşmayacağından, klinik açıdan başarılı olacaklardır. Ancak, bu tür biyomalzemeler ara yüzeyde hareket olacak şekilde yerleştirildiklerinde, fibroz kapsül birkaç yüz mikrometre kalınlığa ulaşabilir ve biyomalzeme çok çabuk gevşer. Sonuç klinik açıdan başarısızlıktır. Gözenekli biyomalzeme durumunda, dokunun canlı ve sağlıklı kalabilmesi için gözenekler 100-150 mikrometre çapa sahip olmalıdır. Bu tür büyük gözenek boyutu, biyomalzemedeki kılcal boşlukların içerisinde büyüyen dokulara kan sağlanabilmesi için gereklidir. Biyomalzeme ve doku arasındaki üremeye bağlı olarak artan ara yüzey alanı, biyomalzemein hareketine karşı artan bir direnç oluşturur. Ara yüzey, gözeneklerde büyüyen doku ile belirlendiğinden, bu tür etkileşim, “biyolojik sabitleme” olarak adlandırılır. Biyomalzeme olarak gözenekli metal kullanıldığında, büyük ara yüzey alanı doku içerisinde metal iyon kaybına ve metal biyomalzemenin korozyonuna neden olabilmekte ve bu da tıbbi açıdan sorunlara yol açmaktadır. Ancak, yüksek gözeneklilik her tür malzemenin dayanımını düşürür. Sonuç olarak, metal alaşımlar üzerine gözenekli seramik kaplamalar ve dokulardaki boşlukları doldurucu malzemelerin kullanılması, ara yüzey kararlılığını sağlamak için en uygun yaklaşımdır. Emilebilen biyomalzemeler belli bir kullanım periyodunda dereceli olarak bozunacak şekilde tasarlanmışlardır ve sonuçta yerlerini ev sahibi dokuya bırakırlırlar. Bu durumda ara yüzey kalınlığı ya çok incedir, ya da hiç olmaz.
Ara yüzey kararlılığına bağlı problemlerin çözümü açısından, emilebilen biyomalzeme kullanımı uygun gözükmektedir. Emilebilen seramik biyomalzemeleri geliştirilmesinde dikkat edilecek noktalarsa şöyle sıralanabilir:
1) Bozunma süresince ara yüzey kararlılığı ve dayanımı korunmalı.
2) Doku türüne, yaşına ve sağlık durumuna bağlı olan doku yenileme hızı, emilme hızına uygun olmalı.
3) Malzeme, yalnızca metabolik olarak kabul edilebilecek maddeleri içermeli. Aksi halde kronik iltihaplanma olur ve ağrı başlar.
Trikalsiyum fosfat (TCP) seramikleri, gözenekli ve emilebilen malzemelerdir. Çene veya baş ile ilgili düşük mekanik dayanımın gerektiği uygulamalarda sert dokunun yerini alırlar. Emilebilen biyoaktif camlar da, kemiklerin yeniden üretilmesinde giderek artan bir biçimde kullanılmaktadır. Ara yüzey problemlerinin çözümünde diğer bir yaklaşımsa, biyoaktif malzemelerin kullanılmasıdır. Bu malzemeler, ara yüzeyde kendine özgü bir biyolojik tepki oluştururlar ve sonuçta malzeme ve dokular arasında kemik oluşumu gerçekleşir. Bu yaklaşımla, bağlanma süresi, dayanımı ve mekanizması birbirinden farklı olan çok sayıda biyoaktif malzeme üretilmiş bulunmaktadır
Biyoseramiklerin Kullanım Alanları
Biyoseramiklerin en yaygın kullanım alanları şunlardır:
1) Bel ve omuriliğe ait omurların onarımında
2) Dişe ait hataların düzeltilmesinde
3) Tam veya kısmi kalça parçalarında
4) Solunum tüpleri olarak
5) Orta kulakta küçük kemikler olarak
6) Kalp kapakçıklarında
7) Kemik vidaları, hastalanmış kemik kaybı boşluklarının doldurulmasında kullanılır.
Ancak çekme durumunda sahip oldukları zayıf mekanik özelliklernedeniylebiyoseramikler bazı biyomalzeme uygulamaları için fazla tercih edilmezler.
Ortopedide fonksiyonunu yitirmiş kemiğin seramik biyomalzeme ile değiştirilmesinin aşınma, korozyon, mukavemet, özgül ağırlık gibi birtakım üstün özelliklerinin yanısıra başka avantajları da vardır. Seramik biyomalzemeler kontrollü bir şekilde sinterlenerek yapısında bir miktar porozite bırakılır. Böylece kemiğin bu poroziteye doğru nüfuz ederek biyomalzeme ile kaynaşması sağlanır. Biyomalzeme olarak kullanılan biyoseramik genellikle A12O3, Si3N4, hidroksiapatit ve SiO2 esaslı biyocamdır. Biyoseramiklerde aranan diğer bir önemli özellik ise biyomalzemenin vücut tarafından kabul edilmesidir. Bu nedenle biyoseramiklerde vücutta bulunan Ca, K, Mg, Na, P’ un yer alması tercih edilir
Seramikler
Yüksek aşınma direnci, biyolojik olarak inert olmaları, yüksek sertlik ve aşınma direnci göstermeleri nedeniyle artan oranda kullanım alanı bulmaktadır. İnorganik malzemelerin önemli bir grubunu oluşturan bu malzemeler, sağlık sektöründe çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin, gözlük camları, teşhis termometreler, doku kültür kapları, endoskopide kullanılan fiber optikler, bunlar arasında sayılabilir. Zayıf tarafları ise eğme mukavemetlerinin düşük olması ve gevrek olmalarıdır
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder