Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. 1. Klasyfikacja materiałów medycznych

Transkrypt

1 BIOMATERIAŁY 1. Klasyfikacja materiałów medycznych

2 BIOMATERIAŁY Tworzywa metaliczne Stale i stopy Stale austenityczne Stopy na osnowie kobaltu Tytan i jego stopy Stopy z pamięcią kształtu Bioceramika Resorbowalna w organizmie Z kontrolowaną reaktywnością Obojętne Kompozyty bioceramiczne Polimery Syntetyczne Biostabilne Biodegradowalne Naturalne Proteiny Polisacharydy Kompozyty polimerowe

3 Implanty Wszelkie przyrządy medyczne umieszczone na dłuższy czas wewnątrz organizmu, lub częściowo albo całkowicie pod powierzchnią nabłonka

4 Bioaktywność Biofunkcyjność Biozgodność Resorbowalność Nośnik leków

5 Implanty dzielimy na: Krótkotrwałe, dla których czas przebywania w środowisku tkankowym nie powinien przekroczyć dwa lata (np. stale austenityczne typu 316L) Długotrwałe, których czas przebywania w środowisku tkankowym może znacznie przekroczyć 20 lat

6 DŁUGOŚĆ ŻYCIA A STAN TKANEK Implant otoczony tkanką o ograniczonych zdolnościach regeneracyjnych Implant o wydłużonym czasie życia bez działania toksycznego

7 IMPLANTY METALICZNE ODPORNOŚĆ KOROZYJNA W ZALEŻNOŚCI OD REAKCJI TKANEK NA RÓŻNE BIOKOMPATYBILNE MATERIAŁY METALICZNE Opór polaryzacyjny (ohm/cm 2) ODDZIAŁYWANIE NA TKANKI

8 STAW ŁOKCIOWY KREGOSŁUP ZĄB STAW BARKOWY DŁOŃ STAW BIODROWY STAW KOLANOWY STOPA Zastosowanie materiałów metalicznych w medycynie

9 MATERIAŁY BIOCERAMICZNE prawie obojętna Al2O3 ZrO2 stabilizowany itrem lub magnezem mikroporowata d> μm ceramika oparta na fosforanach wapnia porowate warstwy HA na implantach metalicznych porowaty Al2O3 resorbowalna fosforany wapnia np. fosforan trójwapniowy TCP bioaktywna bioszkła hydroksyapatyt HA szkło-ceramika apatytowowollastonitowa A/W kompozyty np. HA+polietylen

10 MATERIAŁY BIOCERAMICZNE Formy: kształtki gęste kształtki porowate granule proszek pokrycia ceramiczne na implantach metalicznych Techniki pokrywania: plazma elektroforeza CVD, PVD rozpylanie jonowe IBAD osadzanie elektrochemiczne

11 MATERIAŁY BIOCERAMICZNE ZALETY: Bardzo dobra biozgodność chemiczna z tkanką kostną Ceramika porowata - zdolność tworzenia naturalnego połączenia z tkanką kostną (mocowanie biologiczne proces przerastania implantu żywą tkanką eliminacja 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 Możliwość impregnacji lekami

12 MATERIAŁY BIOCERAMICZNE 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).

13 BIOCERAMIKA Przykłady zastosowania ceramiki korundowej

14 POLIMERY W MEDYCYNIE PODZIAŁ POLIMERÓW SYNTETYCZE NATURALNE BIOSTABILNE BIODEGRADOWALNE PROTEINY POLISACHARYDY polietylen polisulfon polipropylen politetrafluoroetylen (PTFE) poliamidy poliuretany silikony poliwęglany politereftalan etylu polimery akrylowe polilaktyd (PLA) poliglkolid (PGA) polilaktyd glikolid (PLGA) poli (kaprolakton) poli (dioksan) węglan trójmetylenowy poli (ß-hydroksymaślan) poli (g-etyloglutaminian) poli (DTH iminowęglan) poli (biofenolaiminowęglan) poli (ortoester) poli (cyjanoakrylan) poli (fosfazen) kolagen soja fibrynogen celuloza kwas alginiowy, alginiany chityna chitozan kwas hialuronowy

15 POLIMERY W MEDYCYNIE Eliminacja toksycznych dodatków Modyfikacja właściwości powierzchniowych dla poprawy osteointegracji Przeciwdziałanie procesom depolimeryzacji i starzenia Dopasowanie czasu resorpcji do czasu leczenia

16 POLIMERY W MEDYCYNIE Główne kierunki zastosowań: 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

17 KOMPOZYTY BIOFUNKCYJNOŚĆ Wytrzymałość Sprężystość Odporność na pękanie Właściwa relacja σ, E, K IC Kompozyty Możliwość otrzymania materiału σ, E, K IC

18 KOMPOZYTY MATERIAŁY HYBRYDOWE ORGANICZNO NIEORGANICZNE Systemy: ceramika polimer węgiel polimer ceramika węgiel Materiały o kontrolowanych właściwościach mechanicznych Główny problem brak bioaktywnych materiałów ceramicznych w formie włókien do wzmacniania osnów polimerowych

19 MATERIAŁY GRADIENTOWE GRADIENT WIELKOŚCI PORÓW Struktura HAP z polimerowym wypełniaczem Porowaty spieczony HAP 1250oC

20 STOPY Z PAMIĘCIĄ KSZTAŁTU Przedmiot: Istotą procesu zapamiętywania kształtu jest przemiana austenitu w martenzyt, a następnie bezdyfuzyjna przemiana martenzytu w austenit.

21 STOPY Z PAMIĘCIĄ KSZTAŁTU

22 METODY MAŁOINWAZYJNE MIKROCHIRURGIA Przedmiot: TECHNIKI ARTRO- I LAPAROSKOPOWE u Śruba interferencyjna do fiksacji więzadeł w stawie kolanowym u Stenty u Klamry w osteotomii

23 MEDYCYNA PRZYSZŁOŚCI Biotechnologia Bioinformatyka INŻYNIERIA BIOMATERIAŁÓW Nanotechnologia Inżynieria biomedyczna