1

BIOMATERIAŁY

OPRACOWANIE DO DRUGIEGO KOLOKWIUM

2

Biomateriały metaliczne

•

Metale i stopy stosowane w medycynie,

•

Rodzaje korozji metali,

•

Implanty metaliczne z pamięcią kształtu,

•

Osteosynteza płytkowa.

Metale - ich obecność w organizmie- niedobór i nadmiar:

Żelazo Fe ( 50 000 ppm w skorupie ziemskiej, 70 ppm w organizmie ludzkim) zawarte w hemoglobinie –
transport tlenu,

Nadmiar: wolne rodniki, miażdżyca naczyń, nowotwory;

Niedobór: zaburzenie odczynów immunologicznych.

Chrom Cr (200 i 0,2 ppm)

Nadmiar: uszkodzenie tkanek i narządów miąższowych, alergie.

Niedobór: wzrost poziomu cholesterolu i cukru we krwi;

Nikiel Ni ( 80 i 0,1 ppm)

Nadmiar: jest toksyczny, kancerogenny i alergiczny, uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego

Niedobór: prowadzi do anemii i zahamowania wzrostu;

Kobalt Co (23 i 0,05 ppm) związany z vit. B12 pobudza procesy krwiotwórcze, pomaga w regeneracji
organizmu i w metabolizmie aminokwasów, mało toksyczny, może wywołać alergie;

Niedobór: niedokrwistość, schorzenie nerek

Molibden Mo (1 i 0,2 ppm)

Nadmiar: alergie (mało zbadany)

Niedobór: zrzeszotnienie kości i próchnica zębów;

Mangan Mn ( 1000 i 0,2 ppm) reakcje biochemiczne i przemiany vit. C, aktywator enzymów utleniających

Nadmiar: podrażnienie dróg oddechowych i zaplenia płuc, uszkadza układ nerwowy

Niedobór: niedorozwój kości i narządów płciowych;

Tytan ( 4 400 i 0,2 ppm) obojętny biologicznie - ew. alergie, spowodowane tlenkami tytanu

Aluminium Al ( 18000 i 1 ppm) nie bierze udziału w procesach biochemicznych jeśli występuje w postaci
Al2O3 tolerowanej przez organizm.

Nadmiar: powoduje bóle mięśni i rozmiękczenie kości , uszkadza komórki nerwowe i może spowodować
nieodwracalne zmiany dróg oddechowych i płuc.

3

Stal i stopy przeznaczone na implanty

1.

Stal austenityczna- kwasoodporna:

Posiada ściśle ustalony skład chemiczny, który zapewnia iaramagnetyczną strukturę austenityczną;

Wielkosc ziaren mniejsza niż 100um

Bez udziału fazy ferrytowej, bez węglików i siarczków

Stężenie chromu i molibdenu (3,3% mas.)

Do głównych pierwiastków stopowych w stalach austenitycznych zaliczyć można chrom, nikiel i molibden.

2.

Stopy na osnowie kobaltu:

Stanowią kolejną po stopach austenicznych grupę tworzyw metalicznych przystosowanych na wyroby dla
chirurgii rekonstrukcyjnej;

Posiadają większą biotolerancję w środowisku tkanek oraz większą odporność na korozję wżerową i
szczelinową niż stal Cr-Ni-Mo;

Są nietoksyczne

Dzielą się na odlewnicze i przerabiane

Stosuje się je głównie na endoprotezy stawowe

3.

Tytan i jego stopy:

Tytan zajmuje dziewiąte miejsce pod względem obfitości występowania w przyrodzie.

W stanie naturalnym najczęściej spotykany jest jako dwutlenek tytanu - minerał miękki, ale wytrzymały.

Stop tytanu został utworzony po to, aby uzyskać tworzywo biozgodne o zwiększonej wytrzymałości.

Wyizolowany czysty tytan, zalecany do implantów dentystycznych, ma następujący skład: 99,75%Ti,
0,05%Fe, 0,1%O2 0,03%N2, 0,05%C, a 0,012%H2.

Zarówno czysty tytan, jak i stop tytanu, wykazują bardzo wysoką odporność na korozję.

Ze stopów tytanu w głównej mierze produkowane są endoprotezy stawowe. Wielu producentów wytwarza z
nich także elementy do zespalania odłamów kostnych. Stopy tytanu znalazły również zastosowanie w
protetyce stomatologicznej, kardiochirurgii i kardiologii zabiegowej.

Skład chemiczny i struktura implantów metalicznych – wymogi medyczne:

Struktura austenityczna

Właściwości paramagnetyczne

Jednorodny rozkład pierwiastków i wydzieleń dyspersyjnych

Dobra odporność na korozje

Dobra jakość metalurgiczna

Korzystne właściwości mechaniczne

4

Korozja metali

Korozja szczelinowa

Etap I – odtlenienie (regulacje anodowe)
Etap II – reakcja katodowa przemieszcza się na zewnątrz szczeliny i powstaje lokalne ogniwo korozyjne z reakcją
anodową, w wyniku której stop powoli się rozpuszcza – stężenie jonów metalu w szczelinie wzrasta aż do
przekroczenia iloczynu rozpuszczalności wodorotlenków metalu – obniżenie pH;
Etap III – trwałe przerwanie warstewki pasywnej i zapoczątkowanie aktywnie rozwijającej się korozji – pojawia się
wówczas gdy otwór w szczelnie staje się wystarczające agresywny aby zniszczyć warstewkę pasywną wewnątrz
szczeliny;
Etap IV – szybkie rozpuszczanie stopu wewnątrz szczeliny, zrównoważone przez redukcję tlenu na zewnątrz szczeliny,
zależnym od warunków, a głównie od procesu wydzielania się wodoru wewnątrz szczeliny

Korozja wżerowa

tworzenie wżerów w wyniku zainicjowania reakcji anodowej przez jony aktywujące i reakcji katodowej w
obecności czynników utleniających;

warunkiem nieodzownym jest istnienie minimalnego potencjału przebicia
Czynniki wpływające na inicjacje wżeru:

Wzrost stężenia jonów chlorkowych;

Zakwaszenie roztworu wewnątrz wżeru w wyniku hydrolizy jonów metali;

Duże przewodnictwo stężonego roztworu soli wewnątrz wżeru;

Ograniczony dopływ tlenu do miejsca wżeru

Korozja naprężeniowa

występuje, gdy zachodzi równocześnie działanie agresywnego środowiska i naprężeń normalnych,
wywołanych siłami rozciągającymi;

w wyniku korozji naprężeniowej pęknięcia rozprzestrzeniają się prostopadle do kierunku działania naprężeń

Korozja zmęczeniowa

występuje gdy zachodzi równocześnie działanie agresywnego środowiska i cyklicznie zmieniających się
naprężeń;

zasadniczy wpływ środowiska korozyjnego na pękanie zmęczeniowe jest związany z inicjowaniem lub
wywoływaniem odkształcenia plastycznego metalu poddanego obciążeniom cyklicznym

Korozja cierna

występuję na skutek uszkodzenia mechanicznego warstwy wierzchniej następującego w wyniku tarcia w
miejscu zetknięcia powierzchni implantu z kością lub innym wszczepionym elementem

nierówności jednej z powierzchni zdzierają warstwę pasywną z drugiej, a odsłonięty metal ulega utlenianiu;

tlenek zdzierany jest ponownie;

przerwanie warstwy pasywnej jest tym łatwiejsze im twardszy jest tlenek od znajdującego się pod nim
podłoża metalicznego;

ciągłe rozcieranie i utlenianie powoduję, że produktem końcowym jest wyższy tlenek metalu

W wyniku rozwoju procesu zanika bezpośredni styk między elementami metalowymi i znacznie wzrasta jego
opór elektryczny.

5

Pasywacja

Pasywność – zmiana elektrochemicznych właściwości metali i stopów, wynikająca z przejścia ze stanu aktywnego w
mniej aktywny, zbliżony do metali szlachetnych.

WARSTWA PASYWNA:

Bariera dla produktów dyfundujących w głąb roztworu (warstwy tlenkowe)

Pokrycie zaadsorbowane chemicznie (warstewki tlenu)

PASYWACJA POWIERZCHNI – warunek konieczny stosowania implantów metalicznych !!!

Metody pasywacji:

Samoczynne w płynach ustrojowych

Chemiczne

Elektrochemiczne

Uszkodzenia warstwy pasywnej:

Mechaniczne podczas zabiegu i modelowania

chemiczne (jony Cl-, redukcja tlenków,
redukcja jonów H+

Ochrona metali przed korozją

Rodzaj powłoki

Podłoże

Bioceramika oparta na bazie Al2O3 oraz CaO- Al2O3-
CaO-TiO3 , CaO-ZrO2

Stal 316L;

Stopy kobaltu (Co-Cr-Mo – Vitalium)

Stopy tytanu

Powłoki na bazie szkła i ceramiki powierzchniowo
aktywnej, resorbowalanch w sposób kontrolowany
Na2O-CaO-P2O5-SiO2, Na2O3-CaF-P2O5-SiO2

Stal 316L; Stopy kobaltu (Co-Cr-Mo – Vitalium)

Stopy tytanu

Powłoki szkliste z węgla, silikonów, ZrO2, Si3N4,
BaTiO2

Stal 316L

Powłoki resorbowalne w organizmie zawierające
uwodnione apatyty CaHPO4·2H2O, CaHPO4,
Ca4H(PO4)3

Stal 316L;

Stopy kobaltu (Co-Cr-Mo – Vitalium)

Stopy tytanu

6

Badania degradacji biomateriałów

Przyczyny prowadzenia badań degradacji:

Ryzyko związane z możliwością rozkładu implantów w środowisku biologicznym (organizm).

Degradacja materiałów zależy od:

Rodzaju materiału ( metal, ceramika, polimer, kompozyt),

właściwości materiału,

Lokalnego środowiska i umiejscowienia anatomicznego.

Powstawanie produktów degradacji związane jest z:

Zmianą masy materiału,

Uwalnianiem związków z powierzchni,

Pękaniem i odwarstwianiem się konstrukcji,

Migracją składników z jednego materiału do drugiego w wyrobach wieloskładnikowych.

Przeprowadzenie badań degradacji niezbędne jest w przypadku, gdy implant jest bioresorbowalny, a jego kontakt
z tkankami będzie dłuższy niż 30 dni lub gdy istnieje podejrzenie, że podczas kontaktu z organizmem mogą być
uwolnione związki toksyczne.

Metale i ich stopy Testy degradacji:

potencjo-dynamiczny oraz potencjo-statyczny – do oceny ogólnego elektrochemicznego zachowania się
badanego materiału;

imersyjny – do chemicznej degradacji badanego materiału, w celu uzyskania produktów degradacji, a
następnie ich analizy.

Postać próbki do badań:

próbka w formie prętów o różnym kształcie.

Roztwór do badań:

elektrolit – izotoniczny wodny roztwór 0,9% chlorku sodu;

sztuczna ślina (skład: Na2HPO4, NaCl, KSCN, KH2PO4, NaHCO3, KCl);

sztuczne osocze (skład: NaCl, CaCl2, KCl, MgSO4, NaHCO3, Na2HPO4, NaH2PO4)

Ocena:

zmiana masy;

oznaczenie pierwiastków w elektrolicie;

zmiana pH;

zmiany potencjału;

zmiany na powierzchni próbki.

7

Stopy z pamięcią kształtu (SMA)

Ich szczególne własności są związane z odwrotną przemianą martenzytyczną. Do tej grupy materiałów zalicza się stop
NiTi o nazwie Nitinol o stężeniu do 57% masowo niklu, a także stop Ti50 Ni48,5 Co1,5.

Stopy z pamięcią kształtu mają zdolność powracania, w odpowiednich warunkach, do nadanego im wcześniej
kształtu. Związane z tym odkształcenia wynoszą dla polikryształów 1-8%, a dla monokryształów do 15%. Odzysk
kształtu elementów wykazujących pamięć kształtu lub nadsprężystość następuje w wyniku wyzwolenia naprężeń
wewnętrznych podczas przemiany odwrotnej w wyniku nagrzewania lub wskutek zwolnienia naprężenia
odkształcającego. Zjawiska te występują w materiałach, w których zachodzi odwracalna, termosprężysta przemiana
martenzytyczna.

Przemiana martenzytyczna zachodzi w przedziale temperatur:

Ms0 – temperatura przy której w czasie chłodzenia austenit przemieniać się w martenzyt

Mf0 – proces zakończenia przemiany austenitu w martenzyt;

Af0 i As0 – temperatury przy których zaczyna się i kończy się przemiana martenzytu w austenit

W stopach z pamięcią kształtu może występować:

jednokierunkowy efekt pamięci kształtu (materiał odkształcony w stanie martenzytycznym powraca po
nagrzaniu do kształtu nadanego przy istnieniu fazy wysokotemperaturowej);

dwukierunkowy efekt pamięci kształtu (przejście od kształtu nadanego w stanie martenzytycznym do
kształtu nadanego przy istnieniu fazy wysokotemperaturowej jest odwracalne i odbywa się bez udziału
naprężeń);

zjawisko psuedosprężystości (odkształcenie w wyniku przemiany martenzytycznej indukowanej
naprężeniami).

Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu

Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu związany jest z dwoma stanami wyjściowymi:

element o zaprogramowanym kształcie i określonej fazie macierzystej zmienia przez odkształcenie swoją
postać geometryczną, a przez to struktura przemienia się w martenzytyczną. Po nagrzaniu materiał w fazie
martenzytycznej przechodzi w fazę macierzystą (odzyskuje swój kształt);

element o ustalonym kształcie wyjściowym po zahartowaniu otrzymuje strukturę martenzytyczną. Kolejne
odkształcenie zmienia strukturę martenzytyczną. Zmiana struktury martenzytu zachodzi po ogrzaniu.

8

Dwukierunkowy efekt pamięci kształtu

W dwukierunkowym efekcie pamięci kształtu stop „pamięta” zarówno kształt wysokotemperaturowej fazy
macierzystej, jak i niskotemperaturowej fazy martenzytycznej.

Indukcję tego efektu uzyskuje się stosując trening, polegający na wielokrotnym powtórzeniu cyklu obróbki cieplno
mechanicznej.

Efekt ten może być indukowany:

odkształceniem próbki w stanie mertenzytycznym, nagrzanie powyżej temperatury Af i następnie chłodzenie
poniżej Mf;

odkształcenie próbki powyżej temperatury Af prowadzące do indukowania martenzytu przyłożonym
naprężeniem z wykorzystaniem pseudosprężystości;

Nałożenie obydwu sposobów indukcji, co jest najskuteczniejsza technika treningu

Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu w medycynie:

Stopy NiTi w chirurgii kostnej:

płytki zespoleń dociskowych;

płytki do zespoleń dociskowych dla chirurgii twarzowo-szczękowej;

stabilizator Harringtona do leczenia skoliozy;

igły śródszpikowe;

klamry do osteosyntezy;

tulejki dystansowe do kręgosłupa;

implanty do wydłużania (dystrakcji) kości.

9

BIOMATERIAŁY POLIMEROWE: SYNTETYCZNE BIOSTABILNE

WYMAGANIA DLA POLIMERÓW MEDYCZNYCH:

Polimery biomedyczne muszą odpowiadać wymogom, od których spełnienia zależy skuteczność działania wyrobu jak
i zdrowie pacjenta.

KRYTERIA DLA MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH STOSOWANYCH NA IMPLANTY:

powtarzalność procesu przy otrzymywaniu materiałów polimerowych

monomery o wysokiej czystości

struktury chemiczne i molekularne polimeru nie powinny podlegać zmianom w wyniku przetwarzania i
sterylizacji

właściwości chemiczne, fizyczne i mechaniczne polimeru powinny być adekwatne do funkcji, jaką mają
wypełniać wykonane z niego wyroby

PODZIAŁ POLIMERÓW BIOMEDYCZNYCH:

Biomateriały polimerowe:

naturalne (biopolimery) – otrzymywane z naturalnych źródeł

syntetyczne – wytwarzane w złożonych procesach technologicznych z surowców organicznych lub
nieorganicznych

POLIMERY NATURALNE (BIOPOLIMERY)

BIAŁKA

POLISACHARYDY (WIELOCUKRY)

- kolagen
- soja

- celuloza
- kwas alginowy i alginiany
- kwas hialuronowy
- chityna i chitozan

POLIMERY SYNTETYCZNE

BIOSTABILNE

BIODEGRADOWALNE BIORESORBOWALNE

- polietylen PE
- polipropylen PP
- politertrafluoroetylen PTFE
- poliamidy PA
- poliuretany PU
- polimery krzemoorganiczne (silikony)
- poliwęglany PC
- politereftalenetylenu PET
- polisulfon PSU
- polimery akrylowe

- poliglikolid (polikwasy glikolowy) PGA
- polilaktyd (polikwasy mlekowy) PLA
- polihydroksymaślan PHB
- polikaprolakton PCL

10

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW BIOSTABILNYCH W MEDYCYNIE

kardiochirurgia, chirurgia naczyniowa, hemodializa,

chirurgia szczękowo-twarzowa,

chirurgia urazowa i ortopedyczna,

chirurgia plastyczna,

łączenie tkanek miękkich:
- nici chirurgiczne
- kleje
- siatki chirurgiczne.

POLIMERY SYNTETYCZNE BIOSTABILNE W MEDYCYNIE

KARADIOCHIRURGIA, CHIRURGIA NACZYNIOWA, HEMODIALIZA

POLIMERY

- sztuczne naczynia krwionośne
- zastawki serca
- elementy konstrukcyjne sztucznego serca i implantowanych pomp
wspomaganych pracę serca (LVAD)
- substytuty osierdzia
- przewody i elementy pomp do przetaczania krwi
- balony i stenty do plastyki naczyniowej
- izolacje przewodów do rozruszników serca
- cewniki naczyniowe i zbiorniki do przechowywania krwi
- materiały do zakrzepiania wewnątrznaczyniowego
- substytuty krwi oraz różnego rodzaju membrany półprzepuszczalne
stosowane w hemodializie, nasyceniu krwi tlenem i plazmaforezie

- politreftalan etylenu (PET)
- politreftalan butylenu (PBT)
- poliuretany (PU)
- polisulfony (PSU)
- pochodne celulozy

CHIRURGIA SZCZĘKOWO-TWARZOWA

POLIMERY

- wypełnienia ubytków kostnych żuchwy i szczęki górnej
- rekonstrukcja kości czaszki i twarzy, kości jarzmowej, oczodołu
- korekcja kosmetyczna, np. nosa, podbródka
- regeneracja kości w zębodołach
- zabezpieczanie implantów dentystycznych przed wrastaniem tkanki
miękkiej i jako elastyczne wkładki dentystyczne zmniejszające nacisk na
dziąsła wywierany przez protezy

- polietylen (PE)
- polimetakrylan metylu (PMMA)
- silikony
- poliuretany

CHIRURGIA URAZOWA I ORTOPEDIA

POLIMERY

- panewki stawu biodrowego
- elementy protez kolana i stawu łokciowego
- implanty stawów palcowych i nadgarstka
- cementy do mocowania protez stawu biodrowego w kości
- kratki do zespolenia kręgów kręgosłupa
- płytki i śruby do zespolenia złamań kostnych

- UHMWPE
- polipropylen PP
- PMMA
- żywice epoksydowe w formie
kompozytów z włóknami węglowymi
- PET
- silikony
- PSU

CHIRURGIA PLASTYCZNA

POLIMERY

- zmniejszanie widoczności zmarszczek skóry twarzy oraz korekcji
kształtu warg, podbródka i nosa
- pokrywanie ran skórnych po oparzeniu (sztuczna skóra)
- soczewki kontaktowe

- silikony
- poliuretany
- polietylen
- PTFE, PMMA

11

ŁĄCZENIE TKANEK MIĘKKICH

POLIMERY

- nici chirurgiczne:
1. zszywanie skóry, kardiochirurgia, chirurgia naczyniowa i plastyczna
2. zszywanie skóry, ortopedia, mięśnie, chirurgia naczyniowa,
kardiochirurgia
3. chirurgia plastyczna, oftalmologia, mikrochirurgia, zszywanie skóry




- kleje (neurochirurgia, łączenie ran ciętych skóry)

1.

PP (Prolene)

2.

PET (Miralene, Ethibond,
Mersilane, Synthofil)

3.

- poliamidy (Dafilon, Ethilon,
Nurolon, Supramid)
- PTB
- PE
- PTFE

- kleje syntetyczne oparte na
cyjanoakrylanach

KRYTERIA MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH W RÓŻNYCH OBSZARACH

STOSOWANIA

IMPLANTY POLIMEROWE W ORTOPEDII I CHIRURGII URAZOWEJ:

- optymalny moduł sprężystości podłużnej
- wysoka wytrzymałość na rozciąganie i zginanie
- odporność zmęczeniowa
- odporność na zużycie i ścieranie
- wysoka udarność

IMPLANTY POLIMEROWE DENTYSTYCZNE:

- współczynnik rozszerzalności cieplnej
- przewodnictwo cieplne
- odporność na ścieranie
- odpowiednia wytrzymałość na zginanie i ścinanie

IMPLANTY POLIMEROWE STOSOWANE W REKONSTRUKCJI TKANEK MIĘKKICH ORAZ CHIRURGII SERCOWO-
NACZYNIOWEJ:

- odporność zmęczeniowa
- odporność na rozdzieranie i pękanie
- biozgodność z krwią (hemozgodność)

KARDIOCHIRURGIA, CHIRURGIA NACZYNIOWA, HEMODIALIZA:

Pneumatyczny System Wspomagania Serca (POLCAS)

- Pozaustrojowa komora wspomagania POLVAD-MEV – wykonana z poliuretanu
- Komory wspomagania serca POLVAD-IMPL z zastosowaniem modyfikacji powierzchni kontaktu z krwią i tkankami
poprzez naniesienie nanowarstwy azotku tytanu

12

Pierwsze sztuczne serce zostało wszczepione w 1969 roku jednak miało na celu

przedłużenie życia pacjenta do czasu przeszczepu.

Sztuczne serce jest specjalną pompą zastępującą pracę serca naturalnego. Komora ta składa się z korpusu
wykonanego z poliwęglanów, poli(tetrafluoroetylenu) lub poli(metakrylanu metylu).
Wnętrze komory jest podzielone błoną z odpowiednio usieciowanego kauczuku silikonowego. Powierzchnia komory
stykająca się z krwią pokryta jest welurową tkaniną poliestrową, najczęściej z poli(tereftalanu etylenu) lub warstwą
poliuretanową.

Główną trudnością w zastosowaniu tworzyw sztucznych jako protez naczyń krwionośnych jest powstawanie

skrzepów w kontakcie krwi z protezą. Do dzisiaj nie udało się otrzymać tworzywa, które trwale i całkowicie nie
powodowałoby krzepnięcia krwi.

Prowadzone są badania nad poprawą biozgodności protez z krwią, które polegają na modyfikacji ich powierzchni

za pomocą warstewki polimerów syntetycznych, zawierających odpowiednie grupy funkcyjne lub też poprzez
pokrycie hydrożelem.

Najczęściej stosowanymi materiałami są liniowe nasycone polimery:

- poli(tereftalan) etylenu
- poli(tetrafluoro) etylen

Dacron: proteza aorty i naczyniowa

Dzianina PET – mocowanie zastawek serca

W praktyce lekarskiej zastawki zniszczone są już dość często wymieniane na sprawną protezę, która jest

polimerowa (sztuczna zastawka) z zaworem kulkowym lub zaworem płatkowym.

Zastawka z zaworem KULKOWYM składa się z kulki wykonanej z nieusieciowanego kauczuku silikonowego,
umieszczonej w uchwycie z nierdzewnej stali i pierścienia pokrytego dzianiną z poli(tetrafluoroeytylenu), ułatwiająca
połączenie zastawki z tkankami pacjenta.

W zastawkach PŁATKOWYCH płatki wykonane są z poli(tetrafluoroetylenu), a pierścień i uchwyty z poliwęglanu lub
PTFE.

CHIRURGIA URAZOWA, ORTOPEDIA

Protezy stawów, a dokładniej ich panewki (np. stawu biodrowego) wykonywane były początkowo z poli(met

akrylanu metylu) wzmacnianego rdzeniem metalowym.

Materiał ten okazał się mało odporny na ścieranie, podobnie jak PTFE, pomimo bardzo dobrych własności ślizgowych
nie znalazł zastosowania do endoprotez stawów.

Znacznie lepszym materiałem okazał się POLIETYLEN o ultra dużej masie cząsteczkowej.

Wyróżnia się on:

- bardzo dużą twardością użytkową
- udarnością
- bardzo dobrymi właściwościami tribologicznymi
- odpornością na korozję naprężeniową
- chemoodpornością
- dużą biozgodnością.

13

Protezy ścięgien są wykonywane z kilku różnych syntetycznych materiałów polimerowych. Dość powszechnie

stosowane są gęste dzianiny poliestrowe, na końcach przechodzące w luźniejszą siatkę, dzięki czemu ściągna lepiej
mocują się do kości.

Stosowane są czasowe ścięgna, które stanowią pręty elastomerów silikonowych wzmocnione dzianiną poliestrową.

Protezy te cechują się:

- brakiem odczynów toksycznych
- trwałością w środowisku biologicznym
- małą odczynowością w organizmie żywym.

Produkowane są w różnych rozmiarach i kształtach przekroju, co upodabnia je do naturalnych ścięgien.

Polisulfon PSU – elementy do osteosyntezy: płytki, śrubki, sztyfty

Cementy kostne:

- powstają poprzez zmieszanie proszku (perełki) PMMA z ciekłym monomerem MMA
- służą do fiksacji implantów ze szkieletem kostnym
- czas polimeryzacji, utwardzania od 7 do 10 minut (zależy od temp. otoczenia)
- może być modyfikowany antybiotykami
- struktura plastra miodu

Połączenie między kością, implantem, cementem:

Cement wypełnia przestrzenie (pory) w tkance kostnej. Zdolność do wypełniania przestrzeni w kości zależy od
lepkości użytego cementu. Dzięki odpowiedniemu połączeniu z kością i strukturze plastra miodu może pochłaniać
naprężenia ściskające.

ZALETY CEMENTÓW KOSTNYCH Z PMMA

WADY CEMENTÓW KOSTNYCH Z PMMA

- szybkie i mocne wiązanie pomiędzy kością a implantem
- umożliwia przenoszenie obciążeń
- możliwość modyfikacji cementów antybiotykami –
działanie przeciwbakteryjne

- wzrost temperatury podczas polimeryzacji –
niebezpieczeństwo uszkodzenia tkanek, tworzenie się
skrzepów
- może powodować alergie *
- kruchość *
- duże prawdopodobieństwo obecności
niespolimeryzowanego monomeru MMP – toksyczność,
nagłe obniżenie ciśnienia krwi *
- obecność pęcherzyków powietrza w cemencie
obniżających ich wytrzymałość *

* rozwiązaniem jest urządzenie do mieszania
próżniowego, zbudowanego z pompy próżniowej oraz
filtru z węgla aktywnego

14

CHIRURGIA PLASTYCZNA

Polimery stosuje się do korekcji wyglądu estetycznego pacjenta (zmniejszenie widoczności zmarszczek skóry

twarzy oraz korekcji kształtu warg, podbródka i nosa).

Polimery spełniają funkcje fizjologiczne zastępując uszkodzone tkanki (jako struktury porowate stosowane do

wypełniania ubytków tkanek lub jako półprzepuszczalne membrany mikroporowate do pokrywania ran skóry
powstałych w wyniku oparzeń).

Stosuje się kleje do łączenia nacięć na skórze.

Implant piersi ☺

☺

☺

☺

- epoka powiększania piersi rozpoczęła się w 1962 roku – Cronin i Gero wszczepili pierwsze protezy piersi wypełnione
żelem silikonowym
- 80% zabiegów to operacje kosmetyczne, a tylko 20% ma na celu rekonstrukcję piersi po amputacji z powodu
nowotworu
- na świecie żyje kilka milionów kobiet z implantami silikonowymi
- rocznie w samej Ameryce Północnej wykonuje się 1-2.5 mln zabiegów, których cena wynosi 12000 – 14000$ w
zależności od producenta i typu implantów
- implanty piersi firmy Polytech Silimed Europe GmbH są wypełnione w wysokim stopniu usieciowanym żelem
silikonowym (z wiązaniami poprzecznymi zapewniającymi spoistość)
- żel silikonowy wyróżnia się tzw. efektem „memory”, co oznacza, że elastyczny żel silikonowy każdorazowo powraca
do swojej formy początkowej oraz imituje naturalne ruchy tkanki piersiowej
- przykłady implantów:
> implanty piersi o powierzchni z pianki mikropoliuretanowej, wypełnione żelem silikonowym, podstawa owalna
> implanty piersi o powierzchni teksturowanej, wypełnione żelem silikonowym, podstawa owalna
> implanty piersi o powierzchni gładkiej, podstawa okrągła

Endoskopowe operacje twarzy:

> endoskopowe podnoszenie czoła i brwi z użyciem implantów twarzowych Endotine;
> nowy sposób operacji twarzy Short Scar Face Lifting (MACS – lift)
> podnoszenie czoła

15

OKULISTYKA, CHIRURGIA PLASTYCZNA

wymyślone przez Leonarda da Vinci

polimerowe pojawiły się w latach 30-tych – tzw. soczewki twardówkowe; produkowane były z PMMA

w 1948 r. wprowadzono soczewki rogówkowe, a w 1954 „mikrosoczewki”; stosowane tworzywa były

gazoprzepuszczalne, nietoksyczne, wytrzymałe; były to soczewki sztywne

miękkie weszły na rynek w 1963 r.; produkowane z HEMA, czyli polimetakrylanu 2-hydroksyetylowego

obecnie miękkie soczewki są zbudowane z tworzyw elastycznych, w których 36-75% stanowi woda, umożliwia to

przenikanie tlenu do oka

w polimerach akrylowych najszersze zastosowanie do celów medycznych znalazły jako:

> polimetakrylan metylu: „twarde” soczewki kontaktowe
> polimetakrylan 2-hydroksyetylu (polyHEMA): miękkie soczewki kontaktowe

Soczewki wewnątrzgałkowe

soczewki kontaktowe

Materiały:

- silikonowo-hydrożelowy
- polimetakrylan 2-hydroksyetylu
- polyHEMA + HPMA + NVP (Terpolymer)

Miękkie soczewki miały być lepsze od twardych, jednak nie są doskonałe, ponieważ łatwo mogą ulegać

uszkodzeniom mechanicznym (np. łatwo je rozerwać) oraz to, że zawierają dużo wody, a także że są przepuszczalne,
powoduje, że stają się dobrym siedliskiem bakterii.

ŁĄCZENIE TKANEK MIĘKKICH

Do łączenia tkanek miękkich stosuje się dwie podstawowe metody: nici oraz kleje.

Do produkcji nici stosuje się:
- politereftalan etylenu
- politereftalan butylenu
- kopolimer tereftalanu etylenu i tereftalanu butylenu
- PP, PE, PA 6 i 6.6 PTFE

Zaledwie kilka klejów opartych jest na polimerach syntetycznych. Główną przyczyną tego jest fakt, że dobre
własności klejące mają polimery otrzymywane z silnie toksycznych i potencjalnie rakotwórczych monomerów.
Stosuje się kleje oparte na cyjanoakrylanach. Ich wadą jest uwalnianie formaldehydu oraz cyjanku zachodzące
podczas procesu polimeryzacji.

16

BIOMATERIAŁY POLIMEROWE: SYNTETYCZNE RESORBOWALNE i NATURALNE

(BIOPOLIMERY)

POLIMERY BIORESORBOWALNE powinny degradować się w środowisku biologicznym do nieszkodliwych produktów
ubocznych, produkty takie występują w organizmie są następnie wydalanie z organizmu (cykl Krebsa).

POLIMERY BIODEGRADOWALNE tworzące się produkty degradacji niekoniecznie występują naturalnie w organizmie,
jednak winny być nieszkodliwe dla organizmu.

MATERIAŁ DEGRADOWALNY – czas całkowitej degradacji jest krótszy od czasu jego stosowania, materiał ulega
całkowitemu rozpadowi podczas użytkowania.

NA DEGRADACJĘ POLIMERÓW WPŁYWA:

- obecność składników o niskiej masie cząsteczkowej (oligomery, monomery, rozpuszczalniki, inicjatory, lekarstwa)
- właściwości hydrofilowe/hydrofobowe
- miejsce implantacji
- proces sterylizacji
- krystaliczność
- masa cząsteczkowa i jej rozkład (polidyspersja)

CZYNNIKI OBECNE W ORGANIZMIE WPŁYWAJĄCE NA PROCES DEGRADACJI:

- czynniki biologiczne: enzymy, lipidy, makrofagi, komórki olbrzymie około ciała obcego – biodegradacja
- czynniki niebiologiczne: woda, elektrolity, aktywne postacie tlenu, wolne rodniki – degradacja
- produkty biodegradacji i degradacji polimerów w żywym organizmie – mery, oligomery, związki niskocząsteczkowe
pozostałości katalizatorów, rozpuszczalników, pozostałości sterylizacyjne

BADANIA DEGRADACJI: DLACZEGO?

implant jest bioresorbowalny, a czas kontaktu z organizmem dłuższy niż 30 dni
podejrzenia o możliwość uwalniania związków toksycznych

POLIMERY:

Degradacja pod wpływem:

- hydrolizy
- utleniania
- enzymów, białek

Metody badawcze:

- czas przyspieszony
- czas rzeczywisty

Badania degradacji przeprowadza się w:

- zdejonizowanej wodzie destylowanej
- buforze fosforanowym
- nadtlenku wodoru
- odczynniku Fentona
Stosunek próbki do roztworu (1:10)

17

BADANIE DEGRADACJI

Przed badaniem degradacji

- pomiar masy polimeru oraz pozostałości dodatków obecnych w gotowym wyrobie

Po degradacji

- pomiar masy próbki
- wiskozymetria roztworu (średnia masa cząsteczkowa, rozgałęzienia)
- zdolność do pęcznienia (gęstość usieciowania)
- reologia (zakres temperatur topnienia, rozkład mas cząsteczkowych)
- metody chromatograficzne
- metody spektroskopowe
- analiza termiczna

DEGRADACJA POLIMERÓW

Degradacja w masie:

- absorpcja cieczy do powierzchni i dyfuzja w objętości;
- zrywanie wiązań kowalencyjnych – spadek masy cząsteczkowej, właściwości mechanicznych materiału i jego
fragmentacja
- dyfuzja produktów degradacji do powierzchni
- produkty degradacji ulegają rozpuszczeniu na powierzchni materiału, a jego fragmenty są fagocytowane

Degradacja na powierzchni:

- absorpcja cieczy na powierzchni materiału
- dyfuzja cieczy w obrębie cienkiej warstwy powierzchniowej – zrywanie wiązań drugiego rzędu
- zrywanie wiązań kowalencyjnych
- dyfuzja produktów degradacji do powierzchni
- produkty degradacji ulegają rozpuszczeniu na powierzchni materiału, a jego fragmenty są fagocytowane

MECHANIZM RESORPCJI POLIESTRÓW ALIFATYCZNYCH

Poliglikolid (polikwasy glikolowy) – PGA

Polilaktyd (polikwasy laktydowy) – PLA

18

ELIMINACJA KWASÓW W CYKLU KREBSA

Kwasy: glikolowy, mlekowy są nietoksyczne. Występują w cyklach wielu przemian metabolicznych, zachodzących w
organizmie człowieka. Kwasy są eliminowane w cyklu przemian Krebsa (kwasu cytrynowego, kwasu trój
karboksylowego). W wyniku tego procesu wydzielają się: energia, CO

2

i H

2

O.

RODAJE, BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI SYNTETYCZNYCH POLIMERÓW RESORBOWALNYCH
POLIGLIKOLID PGA

- otrzymywany w wyniku polimeryzacji alfa-glikolidu z
otwarciem pierścienia, prowadzonej w temperaturach
170-220 stopni C
- dobre właściwości mechaniczne
- rozpuszczalne w rozpuszczalnikach fluorowanych
- przetwarzanie na gotowe wyroby z masy stopionej

POLILAKTYD PLA

- kwas mlekowy występuje w dwóch optycznych
odmianach izometrycznych jako lewoskrętna odmiana L i
prawoskrętna odmiana D
- polimery takie mogą być stosowane do wyrobu
nośników leków wytwarzanych dotychczas z nie
podlegającego biodegradowalnego polietylenu

POLI(E-KAPROLAN) PCL

- powleka się nim nici chirurgiczne
- stosowany jako materiał do modelowania w protetyce
dentystycznej

POLIHYDROKSYMAŚLAN PHB

- odmianą PHB jest poli(3-hydroksymaślan) (P3HB)

POLI(P-DIOKSANON) PDS

- polidioksanon, polimer barwny, nie ma własności
antygenowych i pirogennych

POLIMERY NATURALNE: BIOPOLIMERY

POLIMERY NATURALNE:

białka:

- kolagen
- soja

polisacharydy (wielocukry):

- celuloza
- kwas alginowy i alginiany (biodegradowalne)
- kwas hialuronowy (biodegradowalny)
- chityna i chitozan (biodegradowalne, nierozpuszczalne w wodzie)

19

BIAŁKA

W grupie białek największe zastosowanie w medycynie znalazł kolagen. W mniejszym stopniu stosowane są
fibrynogen, fibryna, fibrynoektyna, elastyna oraz żelatyna.
Od niedawna, zainteresowanie budzi soja, proteina pochodzenia roślinnego.

KOLAGEN:
- należy do grupy protein fibrylarnych
- nierozpuszczalny w wodzie
- ulega denaturacji pod działaniem podwyższonych temperatur, detergentów, roztworów soli, rozpuszczalników
organicznych, ultradźwięków, stężonych kwasów i zasad
- umożliwia to uzyskanie materiału o pożądanej masie cząsteczkowej, rozpuszczalnego w wodzie lub innych
rozpuszczalnikach organicznych
- w różnych postaciach stosowany jest do wyrobu klejów, porowatych struktur do inżynierii tkankowej, jako
wypełniacz ubytków kostnych i ubytków tkanki miękkiej, do celów kosmetycznych oraz w kompozytowych
substytutach kości w połączeniu z hydroksyapatytem lub trójfosforanem wapnia

SOJA:
- białka sojowe w czystej postaci są uzyskiwane z nasion soi strączkowej
- odgrywa znaczącą rolę w zapobieganiu i leczeniu różnych chorób chronicznych, w tym niektórych form
nowotworów (piersi, prostaty), osteoporozy, chorób serca a także w łagodzeniu objawów menopauzy
- izoflawony soi pobudzają tworzenie się kości, hamują jej resorpcję, zwiększają zawartość i gęstość wapnia w kości
- oprócz zastosowania w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, pochodne soi mogą też być stosowane jako
monomery do syntezy polimerów biodegradowanych, np. poliuretanów

POLISACHARYDY

Przykładami polisacharydów stosowanych w medycynie są celuloza i jej pochodne, kwas alginowy i jego sole,
hialuronian, heparyna, chityna i chitozan.

CELULOZA:
- główny składnik strukturalny błony komórkowej roślin
- silne wiązania międzycząsteczkowe
- regularna struktura łańcucha
- bardzo wysoki stopień krystaliczności
- temperatura topnienia przewyższająca temperaturę rozkładu
- bardzo niewielka rozpuszczalność

KWAS ALGINOWY, ALGINIANY
- otrzymywanie przemysłowo z brązowych alg morskich
- zdolność tworzenia trwałych żeli w wyniku reakcji z solami wapnia
- alginiany sodu i wapnia w postaci włóknin, tkanin, dzianin oraz bandaży są stosowane do pokrywania ran skóry
- znalazły zastosowanie jako nośnik do kontrolowanego uwalniania leków, w inżynierii tkankowej oraz w konstrukcji
sztucznej trzustki

20

CHITYNA I CHITOZAN
- najpowszechniej występujący polimer naturalny
- struktura chityny przypomina celulozę z tym wyjątkiem, że grupy hydroksylowe w pozycji 2 zostały zastąpione przez
grupy acetyloaminowe
- chitozan jest pochodną chityny otrzymywaną przez jej deacetylację
- zarówno chityna jak i chitozan są nierozpuszczalne w wodzie
- znalazły one zastosowanie przy wyrobie różnych produktów medycznych, np. gąbki do tamowania krwi, protezy
naczyniowe, membrany do plazmoforezy, folie do pokrywania ran powstałych w wyniku oparzeń skóry, sztuczna
skóra, bandaż, pokrycia soczewek kontaktowych, struktury porowate w inżynierii tkankowej, implanty do kontroli
cholesterolu we krwi oraz implanty mogące spowalniać rozwój niektórych nowotworów i przyspieszać gojenie kości

KWAS HIALURONOWY
- kwas hialuronowy jest liniowym nierozgałęzionym polisacharydem z grupy proteoglikanów
- jest składnikiem matrycy zewnątrzkomórkowej tkanki łącznej
- występuje w cieczach szklistej i wodnistej oka, płynie maziówkowym, skórze, pępowinie
- chirurgia plastyczna: wygładzanie zmarszczek, korekcja warg, korekcja bruzd nosowo-wargowych
- okulistyka: zespół suchego oka, leczenie rogówki
- inżynieria tkankowa: skafoldy (podłoża) dla inżynierii tkankowej
- zwyrodnienie stawów: leczenie chrząstki stawowej – wstrzyknięcie roztworu kwasy hialuronowego do stawów
- opatrunki do leczenia ran wrzodowych i cukrzycowych

CHITYNA/CHITOZAN – zastosowanie w medycynie
- gąbki do tamowania krwi
- protezy naczyniowe
- membrany do plazmaferezy
- folie do pokrywania ran powstałych w wyniku oparzeń skóry
- sztuczna skóra
- pokrycia soczewek kontaktowych
- struktury porowate w inżynierii tkankowej
- mikrokapsułki do kontrolowanego uwalniania leków w leczeniu: chorób nowotworowych, cukrzycy

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW BIODESORBOWALNYCH DO UWALNIANIA LEKÓW: polilaktyd, poliglikolid i ich
kopolimery, polikaprolakton, polihydroksybutyren.

Zdiagnozowany nowotwór wprowadzenie leku na nośniku akumulacja leku wokół miejsca zmienionego
chorobowo terapia miejscowa lub zabite komórki nowotworowe

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW BIORESORBOWALNYCH/BIODEGRADOWALNYCH DO STEROWANEJ REGENERACJI
TKANEK (GTR): membrany z poliglikolidu (PGA), polilaktydu (PLA), poli-D,L-laktyd, kolagen

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW BIODEGRADOWALNYCH W LECZENIU OPARZEŃ:

Sztuczna skóra: kolagen (integra), chityna

21

Substytut skóry:

- długi okres trwałości
- nie powodujący reakcji immunologicznej
- trwały
- elastyczny
- zabezpieczający przed utratą wody
- tworzący barierę przeciwbakteryjną
- łatwy do zamocowania
- „rosnący” wraz z wiekiem
- zaimplantowany w czasie jednej operacji
- nie powodujący nadmiernego przyrostu tkanki

Integra

– zbudowana z dwóch warstw: wierzchniej – gładkiej, o małej porowatości (np. silikon) i wewnętrznej

porowatej (np. kolagen IV, VII)

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW BIODEGRADOWALNYCH W INŻYNIERII TKANKOWEJ: degradowane poliuretany,
porowate kopolimery poliglikolidu z laktydom (PGLA), polilaktyd, poliglikolid, kwas hialuronowy, chitozan, kolagen.

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW BIORESORBOWALNYCH/BIODEGRADOWALNYCH W CHIRURGII I ORTOPEDII:
poliglikolid, polilaktyd, poli-D,L-laktyd, PGLA – kopolimer glikolidu z laktydom

POLIMEROWE NICI CHIRURGICZNE

Klasyfikacja nici według:

zachowania się w środowisku biologicznym:

- niewchłaniane (biostabilne)
- wchłaniane (resorbowalne)
- degradowane

źródła pochodzenia:

nici biologiczne:
- roślinne (lniane, bawełniane)
- zwierzęce (jedwabne, katgutowe)
- z tkanek ludzkich (autogenne, allogenne)
- mineralne (stalowe, srebrne, ze stopów metali)
- syntetyczne (poliestrowe, polipropylenowe, teflonowe)

rodzaju splotu:

- jednowłókienkowe (włókno pojedyncze)
- wielowłókienkowe (przędza włókienkowa, którą się skręca lub splata); nici z przędzy włókienkowej są: mniej
sztywne niż nici z włókien pojedynczych, posiadają wyższą odporność na rozciąganie i są łatwiejsze w użyciu (PLUSY)

barwienia:

- barwione
- niebarwione

sposobu zamocowania igły:

- atraumatyczny (igła zespolona z nicią);
igły chirurgiczne używane do szycia skóry: tnące (o przekroju trójkątnym), atraumatyczny (połączenie igły z nitką na
stałe)

22

IGŁA CHIRURGICZNA
- czubek igły jest bardzo ostry
- początkowy fragment jest w przekroju trójkątny – tak, jak każdej igły używanej do szycia skóry
- igła wykonana ze stali szlachetnej – nie koroduje, nie wchodzi w reakcję z tkanką
- zakrzywiona tak by można było szyć bez potrzeby wkładania ręki „od lewej strony materiału”
- podwójne uszko: skrajne do nawlekania poprzez wciśnięcie nitki, drugie – do standardowego nawlekania

CHARAKTERYSTYKA NICI CHIRURGICZNYCH:
- podatność nici
- powierzchnia nici (szorstkość, gładkość)
- strzępienie końcówek
- właściwości elektrostatyczne
- stabilność węzła
- łatwość otwierania opakowania

Nici powinny posiadać:
- wysoką wytrzymałość na rozciąganie
- stałe wymiary
- strukturę powierzchni powodującą minimalne uszkodzenie tkanek
- minimalną reakcję tkankowa

Nici chirurgiczne – reakcja tkankowa:
Nici resorbowalne (Szczególnie pochodzenia biologicznego) wykazują zwykle większą reakcję, niż nici
nieresorbowane.
Nici z przędzy wielowłókienkowej posiadają wyższy współczynnik tarcia, co powoduje większe uszkodzenia tkanek
podczas zszywania oraz wykazują zwiększoną absorpcję cieczy, co czyni je bardziej podatnymi na infekcję i zakażenia.

Reakcja tkankowa

Nieabsorbujące materiały włókniste

Absorbujące materiały włókniste

Wysoka




Niska

Kargut

Jedwab, bawełna

Poliester

Polidioksany

Nylon6

Poliglikolid PGA

Polipropylen

Nici chirurgiczne biostabilne:

poliestrowe:

- Dacron
- Ethibond

polipropylenowe

- Prolene
- Surgilene

polietylenowe

Nici chirurgiczne biodegradowalne:

jedwabne – nieresorbowane
lniane
poliamidowe

- Nylon
- Perlon
- Amifil
* Amifil M – nić jednowłókienkowa

Nici chirurgiczne wchłaniane (resorbowalne)

23

Katgut: stosowany już od prawie 2 tys. Lat. Nić wytwarzana z błony podśluzowej jelita cienkiego owiec lub błony
surowiczej jelit bydlęcych. W związku z tym głównym problemem w procesie produkcji jest odpowiednia sterylizacja
materiału.
Rozkład i wchłanianie tych nici następują na drodze enzymatycznego rozkładu białek, a zatem katgut traktowany jest
przez organizm człowieka tak jak każde inne, obcogatunkowe białko.
Proces rozkładu rozpoczyna się już w kilka dni po wszczepieniu a kończy po 15-20 dniach.

Dexon: nici będące syntetycznym polimerem kwasu glikolowego. Związek ten jest łatwo rozkładany w tkankach (na
drodze zwykłej hydrolizy), wszelkie produkty rozkładu wydalane są z moczem, a czas całkowitej resorpcji wynosi 60-
90 dni. Druga i trzecia generacja nici Dexon, o ulepszonych własnościach, należą do najpowszechniej obecnie
stosowanych i cieszy się doskonałą opinią wśród chirurgów.

Vicryl czy PDS: po 2-3 tygodniach zachowują jeszcze 50-70% wyjściowej wytrzymałości.

Nici wchłaniane stosuje się wszędzie tam, gdzie proces gojenia przebiega w miarę szybko, nie występuje znaczne
napięcie tkanek i gdzie ze względu na samo umiejscowienie nie można usunąć raz założonych szwów.
Na przykład do szycia mięśni, tkanki podskórnej, otrzewnej lub licznych zespoleń w obrębie przewodu pokarmowego.

Nici niewchłaniane znajdują zastosowanie wtedy, gdy konieczne jest długotrwałe i pewne zbliżenie tkanek, na
przykład przy szyciu napiętych powięzi mięśniowych, ścięgien, a także przy wykonywaniu wszelkich zespoleń naczyń
krwionośnych, w tym i technikami mikrochirurgicznymi. Nici niewchłaniane stosowane są też do zamykania powłok
zewnętrznych, czyli skóry.

24

METODY STERYLIZACJI:

STERYLIZACJA – inaczej wyjaławianie – zespół zabiegów prowadzących do zabicia i usunięcia wszystkich
drobnoustrojów (wegetatywnych i przetrwalnikowych) z materiałów wyjaławianych. Sterylizacji można dokonać
mechanicznie, fizycznie, bądź chemicznie.

Sterylizacji podlegają:

- materiały implantacyjne
- sprzęt laboratoryjny jednokrotnego i wielokrotnego użytku: pipety
- biurety, pęsety, naczynia hodowlane
- pożywki hodowlane
- narzędzia chirurgiczne, łóżka, sale szpitalne

Metody sterylizacji:
- mechaniczne (filtrowanie, wirowanie)
- fizyczne (sterylizacja termiczna: sucha, wilgotna, promieniowanie)
- chemiczne (aldehydy, alkohole, fenole, tlenek etylenu)
- sterylizacja plazmowa

METODY STERYLIZACJI – FIZYCZNE:

pomiędzy ciśnieniem temperaturą wewnątrz autoklawu, a także pomiędzy temperaturą a efektem sterylizacji

istnieją ścisłe zależności: przy nadciśnieniu:
- 0.0 atm. Temperatura w autoklawie wynosi 100 st. C
- 0.5 atm. -111.7 st. C
- 1.0 atm. -120.6 st. C
- 2.0 atm. -133.9 st. C

podobne efekty odkażania uzyskuje się dla parametrów temperatury i czasu ekspozycji:

- 121 st. C przez 2 minuty = 110 st. C 20 minut = 100 st. C przez 200 minut

zatem im wyższe ciśnienie wewnątrz kotła tym wyższe są temperatury, a im wyższe temperatury tym krótszy

okres sterylizacji; stosując zwiększone ciśnienie, uzyskuje się zatem możliwość zniszczenia zarówno form
wegetatywnych, jak i przetrwanych.

zastosowanie promieniowania (UV, gamma)

Promieniowanie UV jest wykorzystywane do niszczenia mikroorganizmów występujących w powietrzu i na odkrytych
powierzchniach. MA silne działanie fotochemiczne. Przy długości fali poniżej 300nm wywołuje jonizację i jest
zabójcze dla organizmów żywych.
Charakteryzuje się słabą przenikliwością – nie przenika przez zwykłe szkło, nie można sterylizować ultrafioletem
przedmiotów opakowanych ponieważ pochłaniają one promieniowanie UV.

Źródłem promieniowania są lampy kwarcowe, wypełnione oparami rtęci, emitujące w 95% promieniowanie o
długości fali 258 nm.

Efekt bakteriobójczy promieniowania zależy między innymi od objętości napromienianego powietrza, wielkości
powierzchni, odległości i ustawienia lamp UV. Czas emisji promieniowania nie powinien być krótszy, niż 30 minut,
odległość lampy od sterylizowanej powierzchni nie może przekraczać 3 m, a lampy nie powinny być ustawione
prostopadle do powierzchni.

25

sterylizacja radiacyjna (

promieniowanie gamma) – polega na poddawaniu sprzętu, narzędzi, materiałów,

naczyń hodowlanych i płynów działaniu przenikliwych, o wysokiej energii promieni, które wytwarzają lokalne szybkie
elektrony (efekt Comptona); promieniowanie jonizujące powoduje nieodwracalne uszkodzenie błon komórkowych
oraz zakłócenie procesu replikacji.

Zaleta sterylizacji:

- brak radioaktywności sterylizowanego materiału
- prostota
- szybkość procesu wyjaławiania w temp. pokojowej
- stosowanie całkowicie szczelnych opakowań
- brak zanieczyszczeń po sterylizacji

METODY STERYLIZACJI – CHEMICZNE:

sterylizacja gazowa tlenkiem etylenu:

- używana do materiałów termo labilnych (tworzywa sztuczne)
- temperatura sterylizacji: 50-60 st. C
- gazem stosowanym do wyjaławiania jest tlenek etylenu z ok 15% CO

2

Technologia sterylizacji gazowej przedstawia się następująco:
- uzyskanie próżni w komorze sterylizacyjnej, ok. 6.6-8kPa
- wprowadzenie pary wodnej w celu nawilżenia zarodników i bakterii
- wprowadzenie tlenku etylenu, który jest gazem przenikliwym i ma zdolności do wnikania w głąb tworzyw
- czas sterylizacji od 4-6h (zależy od rodzaju materiału)

Tlenek etylenu i produkty jego rozkładu są toksyczne, dlatego muszą być usunięte z wysterylizowanych przedmiotów
przed ich użyciem (czas 10h w komorze sterylizacyjnej z zastosowaniem nadciśnienia i podciśnienia)

26

METODY STERYLIZACJI – PLAZMOWA:

plazmowa

- wykorzystuje zjawisko współdziałania H

2

O

2

i plazmy gazowej w celu szybkiego zniszczenia mikroorganizmów i

usunięcia szkodliwych pozostałości

- stosowana do sterylizacji materiałów wrażliwych na działanie ciepła i wilgoci
- temperatura sterylizacji mniejsza lub równa 50 st. C
- czas sterylizacji ok. 50 min
- metoda nietoksyczna, przedmioty wyjałowione są gotowe do użytku natychmiast po zakończeniu sterylizacji

Etapy:

1. Umieszczenie materiałów sterylizowanych w komorze i wytworzenie próżni
2. Doprowadzenie H

2

O

2

który w komorze zamienia się w parę wnikając do sterylizowanych przedmiotów

3. Wytworzenie wysokiej próżni pod wpływem pola elektrycznego, uzyskanego dzięki zastosowaniu emitera energii o
częstotliwości fal radiowych
4. Wytworzenie plazmy gazowej o niskiej temperaturze
5. Cząsteczki nadtlenku wodoru ulegają rozpadowi na aktywne cząstki, które zderzają się ze sobą oraz uderzają w
mikroorganizmy, reagując z nimi i niszczą je
6. Wzbudzone cząsteczki tracą swoją wysoką energię, łączą się ze sobą tworząc cząsteczki tlenu, wody oraz innych
nietoksycznych produktów ubocznych.

Plazma niskotemperaturowa działa tylko na powierzchni i nie wpływa na właściwości sterylizowanych materiałów.

Próbki do sterylizacji (plazmowej, termicznej, tlenkiem etylenu, formaldehydem) umieszcza się w specjalnych
jednorazowych opakowaniach z tworzyw sztucznych albo papieru.

Opracowanie przygotowane przez Barbarę Samolej oraz Pawła Pieczarko, ma na celu uporządkowanie
wiadomości z którymi zaznajomiliście się na Seminariach.

Życzymy owocnej nauki, w razie jakichkolwiek błędów, pytań, tudzież sugestii proszę o kontakt na:

[e-mail]