MATERIAŁY BIOMEDYCZNE

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "MATERIAŁY BIOMEDYCZNE"

Filip Rudnicki
8 lat temu
Przeglądów:

1 MATERIAŁY BIOMEDYCZNE

2 BIOMATERIAŁY Tworzywa metaliczne Polimery 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 Syntetyczne Biostabilne Biodegradowalne Naturalne Proteiny Polisacharydy Kompozyty polimerowe

Resorbowalna w organizmie Z kontrolowaną reaktywnością Obojętne Kompozyty

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) Toksyczne Obojętne Witalne Stopy Ti ODDZIAŁYWANIE NA TKANKI

8 ROZWÓJ IMPLANTÓW METALICZNYCH STALE STOPOWE Odporność na korozję 316 L REX 734 Bez Ni CrMn MoN P 2000 Wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość zmęczeniowa 316L Fe Cr Ni Mo Fe Cr Ni Mo N REX 734 Fe Cr Ni Mo Mn Nb N P 2000 Fe Cr Mn Mo N

4441 REX 734 Bez Ni CrMn MoN P 2000 Wytrzymałość na

9 ROZWÓJ IMPLANTÓW METALICZNYCH TYTAN I JEGO STOPY Odporność na korozję Ti-6Al-4V Ti-6Al-&Nb Ti-5Al-2.5Fe Ti-Zr-(Mo)-system Ti-13Nb-13Zr Ti-15Mo Ti-15Mo-5Zr-3Al Ti-15Mo-3Nb-0.2Si Wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość zmęczeniowa

10 WARSTWY PRZYSZŁOŚC BIOMATERIAŁÓW METALICZNYCH CELE Biofunkcyjność (odporność na ścieranie) Bariery dyfuzyjne (podwyższenie odporności na korozję) Poprawa osteointegracji (ceramiczne warstwy bioaktywne) TYPY: warstwy dyfuzyjne związków tytanu warstwy diamentowe (NCD, DLC) powłoki hydroksyapatytowe warstwy kompozytowe nowość METODY NANOSZENIA: metody wykorzystujące plazmę, fotony, jony: procesy PDT Plasma Diffusion Treatment RFCVD Radio Frequency Chemical Vapour Deposition MWCVD Microwave CVD PLD Pulsed Laser Deposition metoda zol-żel

DLC) powłoki hydroksyapatytowe warstwy kompozytowe nowość METODY NANOSZENIA: metody wykorzystujące plazmę, fotony, jony: procesy PDT

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

12 MATERIAŁY BIOCERAMICZNE prawie obojętna Al 2 O 3 ZrO 2 stabilizowany itrem lub magnezem resorbowalna fosforany wapnia np. fosforan trójwapniowy TCP mikroporowata d> µm ceramika oparta na fosforanach wapnia porowate warstwy HA na implantach metalicznych porowaty Al 2 O 3 bioaktywna bioszkła hydroksyapatyt HA szkło-ceramika apatytowowollastonitowa A/W kompozyty np. HA+polietylen

fosforan trójwapniowy TCP mikroporowata d>100-150 µm ceramika oparta na fosforanach wapnia

13 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

implantach metalicznych Techniki pokrywania: plazma

14 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

bioaktywna międzyfazowe połączenie implantu z tkanką kostną poprzez formowanie biologicznie aktywnego hydroksyapatytu na powierzchni

15 PROBLEMY: MATERIAŁY BIOCERAMICZNE 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).

Ujemny wpływ Al na układ nerwowy Ceramika resorbowalna trudności w utrzymaniu odpowiedniej wytrzymałości i stabilności obszaru implantu z

16 BIOCERAMIKA Przykłady zastosowania ceramiki korundowej

17 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

polilaktyd glikolid (PLGA) poli (kaprolakton) poli (dioksan) węglan trójmetylenowy poli (ß-hydroksymaślan) poli (g-etyloglutaminian) poli (DTH iminowęglan)

18 POLIMERY RESORBOWALNE MECHANIZM ROZKŁADU

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

osteointegracji Przeciwdziałanie procesom

20 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

właściwościach mechanicznych i kontrolowanym czasie resorpcji Nośniki leków Materiały

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

22 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

23 MATERIAŁY GRADIENTOWE Odlewnie taśm Zawiesina HAP Wielowarstwowa struktura gradientowa Laminowanie GRADIENT WIELKOŚCI PORÓW Struktura HAP z polimerowym wypełniaczem Porowaty spieczony HAP 1250 o C

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

25 STOPY Z PAMIĘCIĄ KSZTAŁTU

26 NANOTECHNOLOGIE NANOCZĄSTKI, NANOROBOTY, BIOMARKERY, NANOKOMPOZYTY WYMAGANIA : Farmaceutycznie dobrze tolerowane nośniki dla wydajnego transportu leków do szczególnych miejsc działania (receptory, enzymy) Zdolność do przekraczania biologicznych barier takich jak: membrany komórek lub barier dla krwi mózgowej Ograniczenie efektów ubocznych

27 NANOCZĄSTKI Problemy: Szkodliwy wpływ bardzo małych cząstek, które mogą być uwalniane do organizmu człowieka. Cząstki poniżej 20 µm mogą przechodzić przez ścianki jelit do krwioobiegu. Filtrowane przez wątrobę i nerki wywołują patologiczne reakcje.

28 METODY MAŁOINWAZYJNE MIKROCHIRURGIA TECHNIKI ARTRO- I LAPAROSKOPOWE Śruba interferencyjna do fiksacji więzadeł w stawie kolanowym Stenty Klamry w osteotomii

29 MEDYCYNA XXI w. Nanotechnologie Udział robotów i komputerów w procesach diagnostycznych Klonowanie tkanek i wykorzystanie komórek macierzystych Modyfikacje genetyczne i terapia genowa Materiały inteligentne Technologie teleinformatyczne (telemedycyna)

30 MEDYCYNA PRZYSZŁOŚCI Biotechnologia Bioinformatyka INŻYNIERIA BIOMATERIAŁÓW Nanotechnologia Inżynieria biomedyczna

Podobne dokumenty

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

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. 1. Klasyfikacja materiałów medycznych BIOMATERIAŁY 1. Klasyfikacja materiałów medycznych BIOMATERIAŁY Tworzywa metaliczne Stale i stopy Stale austenityczne Stopy na osnowie kobaltu Tytan i jego stopy Stopy z pamięcią kształtu Bioceramika Resorbowalna