Biozgodność-to zdolność materiału do wywołania odpowiedzi gospodarza zgodnej z przeznaczeniem implantu .Charakter odpowiedzi srodowiska biologicznego decyduje o biozgodnosci materiału .

Biofunkcyjnosc-to zdolnosc materiału do przejmowania funkcji tkanek i narzadow , do leczenia ktorych został zastosowany .

Biopierwiastki-organizm człowieka do prawidłowego funkcjonowania potrzebuje odpowiedniego stezenia biopierwiastkow ktore odpowiadaja za pobudzanie lub hamowanie czynnosci białek enzymatycznych .Zbyt małe ich stezenie wywołuje zjawisko niedoboru,natomiast zbyt duze stezenie powoduje zatrucie .

• Tytan-obojetny biologiczne , zbyt duze stezenie moze spowodowac alergie,reakcje okołowszczepową w miedzywarstwie implant-kosc,wykazuje dobra biotolerancje ,odpornosc na korozje w srodowisku tkankowym,produkty korozyjne powoduja reakcje zapalne .

• Krzem-przyspiesza zrost kostny , niedobor moze objawiac sie zahamowaniemwzrostu u mlodych osob,lamliwosc paznokci,wypadanie wlosow,zmniejszona odpornosc błon sluzowych

• Żelazo-pomaga w przenoszeniu tlenu z płuc do całego organizmu,niedobor powoduje zaburzenia odczynow immunologicznych,niekorzystnie wplywa na katalize reakcji prowadzacych do powstawania wolnych rodnikow.

• Nikiel-prowadzi do uszkodzenia błon sluzowychoskrzeli oraz uszkodzenia osrodkowego ukladu nerwowego,jest kancerogenny,wywoluje odczyn alergiczny,niedobor prowadzi do anemii oraz zahamowania wzrostu

• Molibden-nadmiar powoduje wystepowanie odczynow alergicznych ,niedobor zas do nasilenia prochnicy zebow,zrzeszotnienia kosci oraz zaburzen w funkcjonowaniu gonad.

• Kobalt-odpowiada za ogolna regeneracje po przebytych chorobach , wykazuje mała toksycznosc, nadmiar wywołuje alergię, a produkty jego korozji gromadza sie w sledzionie .

Klasyfikacja i podział biomateriałow :

-rodzaj tkanek do jakich sa przeznaczone (kosc ,chrzastka)

-reakcje pomiedzy tkanka a biomaterialem (obojetne , resorbowalne,z kontrolowane reaktywnoscia)

-dziedzina medycyny(implanty dla okulistyki,laryngologii,stomatologii,chirurgii kostnej ,kardiochirurgii)

-czas kontaktu z tkankami (czasowe , permanentne )

Zastosowanie biomateriałow :

-materiały do zespalania tkanek , do leczenia ubytkow tkanek

-nosniki lekow, podłoza dla inzynierii tkankowej i terapii genowej , mat.dla medycyne regeneracyjnej

-implanty mechaniczne

-implanty przeznaczone do kontaktu z krwia

-sztuczne narzady

-sprzet rehabilitacyjny

Wlasciwosci biomateriałow a wlasciwosci kosci :

Własciwosci biomateriałow powinny byc jak najbardziej zblizone do wł.czesci ciała, ktore maja zastepowac.Implanty wykorzystywane w chirurgii kostnej powinny mieć własciwosci zblizone do wytrzymałosci i modułu sprezystosci kosci.Porównywalnosc wlasciwosci implantow z wlasciwosciami kosci gwarantuje , ze beda one dlugo uzytkowane i w trakcie dlugoletniej eksploatacji nie ulegna poluzowaniu .

Pianki metaliczne/materiały porowate –materiały o takiej budowie wewnetrznej ktora zapewnia duza wytrzymałosc przy nizszym module sprężystosci .Spienienie materiału nastepuje podczas wtryskiwania gazu do roztopionego metalu (lub gazu uwalnianego z czastek srodka spieniajacego TiH2).Podczas krzepniecia nastepuje uwiezienie wieku pecherzykow gazu i powstaje tzw pianka metaliczna z pustymi przestrzeniami wewnatrz.Porowatosc na poziomie 75-90%.Podobnie podczas spiekania proszkow z udziałem TiH2 sa uwalniane znaczne ilosci gazu , w wyniku czego uzyskuje sie materiał o duzej porowatosci powierzchni .Struktura porowata ulatwia narastanie tkanki i powiazanie implantu z ksocia .

Wł. Materiałow porowatych :

Mała gestosc , duza porowatosc, znacznie nizszy moduł Younga , porownywalny z modulem ludzkiej kosci , charakteryzuje sie mniejsza wytrzymałoscia niz materiały lite .

WPŁYW STERYLIZACJI NA ADHEZJĘ LUDZKICH FIBROBLASTOW DO BIOMATERIAŁOW:

Sterylizacja-niszczenie wszystkich drobnoustrojow wraz z zarodnikami , za pomoca czynnikkow fizyczno chemicznych

Adhezja-laczenie sie powierzchniowych warstw dwoch roznych ciał doprowadzonych do zetkniecia

Fibroblasty –komorki podporowe , wytwarzaja tkankę łaczną włoknista , odgrywaja wazna role w procesach naprawy tkanek

Sterylizacja wpływa na interakcje materiałow z tkanka.Moze wpłynąc na zmiane topografii , energie, lub zwilzalnosc powierzchni .

PODZIAŁ BIOMATERIAŁOW:

-metaliczne (w implantach ortopedycznych )

-ceramiczne (inż.tkankowa, jako podłoze do hodowli tkanek )

-polimerowe (sztuczne naczynia krwionosne)

-węglowe i kompozytowe (zespalanie kostki za pomoca sruby weglowej)

BIOMATERIAŁY METALOWE:

• Stale chromowo-niklowe

  Zalety:dostepnosc , latwosc formowania , wytrzymalosc

  Wady:duzy modul sprezystosci , wrazliwosc na jony chloru w plynach ustrojowych

• Stopy kobaltu:

  Zalety:wytrzymałosc , odpornosc na scieranie i korozje ogolna

  Wady:duzy moduł sprezystosci

• Tytan i jego stopy:

  Zalety:wytrzymalosc , odpornosc na korozje ogolna, relatywnie mały moduł sprezystosci

  Wady:mała odpornosc na scieranie

• Tlenki :ochrona przed korozja , przed uwalnianiem szkodliwych zwiazkow (produktow korozji) do organizmu , dobra biozgodnosc .

  -tlenki tytanu

  -tlenki Ti,Ta,Nb,Zr

  -tlenki Al,V,Fe-moga powodowac reakcje okolowszczepowa

  BIOMATERIAŁY CERAMICZNE

  -mała odpornosc na kruche pekanie , wrazliwosc na naprezenia rozciagajace .

• Al2O3-stosowany w wyrobach scieranych w srodowiskach korozyjnych , obojetny chemicznie –do zastosowan w kontakcie z kriwa i plynem rdzeniowym .

• ZrO2-zdolnosc do umacniania oraz poprawy ciagliwosci w wyniku przemian fazowych , stosowany w protetyce stomatologicznej, trudna obrobka wykanczajaca .

• Ca-P-hydroksyapatyt, wl najbardziej zblizone do cech i struktury korowej kosci

• Bioszkło

• Węgiel-cienkie warstwy amorficzne lub diamentowe, włokna , obojetny w stosunku do krwi , wykladziny scianek do aparatow do przetłaczania krwi

  BIOMATERIAŁY POLIMEROWE

  -w porownaniu do metali i ceramiki najbardziej zblizone do tkanek naturalnych

  -brak korozji

  -degradacja w srodowisku np weglowodorow

  BIOMATERIAŁY W STOMATOLOGII

  Protetyka stomatologiczna obejmuje:

  -rekonstrukcje i uzupełnienie brakujacych zebow

  -korygowania i utrzymanie funkcji narzadu żucia

  Prostezy stosowane w stomatologii:

  -stałe , ruchome , czesciowe lub całkowite , adhezyjne –przyklejane do zebow wlasnych pacjeta .

  Proces rekonstrukcji uzebienia oparty na implantach jest bardzo skuteczny > do protez czesciowych naleza :korony , mosty ,implanty .Protezy stałe całkowite ostadzone sa metoda implantacji z wykorzystaniem zazwyczaj elem metalowych .Dobrze wykonany implant charakteryzuje sie podobienstwem do naturalnych zebow , zapewniajac komfort estetyczny i funkcyjny .

  ZASTOSOWANIA W STOMATOLOGII:

• Korony metalowe wykonywane sa z wykorzystaniem technologii odlewania lub obrobki mechanicznej

• Licowanie korony polega na polozeniu ceramiki stomatologicznej na podłoze metalowe i jej wypalenie lub pokrycie metalu tworzywe polimerowym

• Mosty wykorzystywane sa do uzupełniania braku jednego lub kilku zebow , składaja sie z podłoza , filarow , przeseł i umocowania .

• Implanty (wszczepy sródkostne) stosowane sa coraz czesciej do mocowania protez stałych

W protetyce stomatologicznej wykorzystuje sie :

-metale szlachetne ( złoto , platyna)

-metale nieszlachetne oraz ich stopy (kobaltu , niklu , tytanu)

Gestosc zarowno czystych metali jak i ich stopow jest wieksza od gestosci materialow niemetalicznych oraz naturalnej tkanki kostnej .Szkielet metalowy protezy jest wiec glownym elementem decydujacym o jej masie .Stopy metali nieszlachetnych maja niskie przewodnictwo cieplne ktore spowodowane jest dodatkami stopowymi , w przypadku stomatologii jest to korzystne gdyz metalowe elementy protez nie nagrzewaja sie gwałtownie w zetknieciu z goracym posiłkiem .Przewodnictwo cieplne materiałow metalicznych jest co najmniej dwa rzedy wielkosci wieksze niz naturalnych tkanek oraz stomatologicznych materialow ceramicznych i polimerowych .

Z metalicznego implantu wprowadzonego do zywego organizm moga byc uwalniane do tkanek okolowszczepowych szkodliwe związki /jony .Czesc pierwiastkow metalicznych jest niezbedna do prawidłowego funkcjonowania organizmu ( magnez, zelazo ),jednakze przekroczenie wartosci granicznych jest szkodliwe –powoduje zatrucie .

STALE AUSTENITYCZNE-stale stosowane na implanty w:

• Chirurgii urazowo-ortopedycznej,

• Ch.szczekowo twarzowej,

• Kardiologii zabiegowej .

Zapewniają:

• Wytrzymałosc na odkształcenia

• Spręzystosc

• Mozliwosc pokrywania powierzchni zwiazkami poprawiajacymi biokompatybilnosc .

Skład chemiczny :zawieraja pow. 13% Cr , 5-30% Ni (Cr decyduje o odpornosci korozyjnej ), dobra odpornosc na korozje w srodowisku organizmu zapewnia 3,3% Mo i pow. 26% Cr.

Zastosowanie: płytki , wkręty , groty , gwoździe , klamry , druty,stabilizatory , stenty .

Do zwiekszenia wlasciwosci fizykochemicznych powierzchni implantow niezbedne jest :

-zwiekszenie odpornosci korozyjnej ,

-poprawa biokompatybilnosci ,

-ograniczenie pooperacyjnych reakcji biologicznych

W stalach tych wystepuje szkodlwy dla organizmu Ni , ktory zapewnia jednak strukture austenityczna do temp ujemnej .Stale austenityczne maja wlasciwosci paramagnetyczne .Mogą byc łatwo odkształcana plastycznie .Niewielkie zmainy stezenia chromu lub niklu powoduja pojawienie sie w strukturze takze ferrytu .Węgiel i azor silnie stabilizuja austenit i zmniejszaja udział ferrytu .W nowoczesnych stalach aust. Ni zastepowany jest azotem :

-tradycyjne st.aust. maja gorsze wlasciwosci niz stale o podwyzszonej zawartosci azotu

-przy zawartosci N pow 0,4% tworza sie skupiska azotu z chromem utrudniajace ruch dyslokacji

-azot poprawia odpornosc korozyjną

Dodatki stopowe ,ich obecnosc i stezenie maja wplyw na wlasciwosci tych stali .Sa odporne na roztwory kwasow mineralnycj , gwałtownie koroduja w obecnosci naprezen –korozja naprezeniowa.

STALE AUSTENITYCZNE DLA POTRZEB ANGIOPLASTYKI NACZYŃ WIEŃCOWYCH

Zmiany miażdżycowe tętnic zwiazane sa z:

-odkladaniem sie na ich sciankach cholesterolu, krwinek , kolagenu , wapnia

-wapnieniem tych ognisk i uruchomieniem czynnikow krzepniecia krwi

-tworza sie przyscienne zakrzepy tzw blaszki miazdzycowe ktorych grubosc narasta z czasem zwezajac sciany tetnic i utrudniajac swobodny przeplyw krwi

W przypadku wykrycia zwezen w tetnicach zagrazajacych zahamowaniam przeplywu krwi zaleza sie leczenie farmakologiczne , lub poddaje sie pacjenta zabiegowi angioplastyki z zastosowaniem tzw. Stentow –miniaturowych protez naczynia wiencowego dzieki ktorym ponownie staje sie ono drożne.

Stent-mikroskopowa sprezynka o złozonym kształcie ,stale typu 316L ,takze stopy Ni-Ti, Co, mikrokonstrukcje wycina sie laserem z blaszki .Pokrywa sie je substancjami obnizajacymi rysyko tzw restenozy –powstania skrzepow i plytek miazdzycowych w swietle naczynia .Takie skrzepy sa efektem odpowiedzi immunologicznej organizmu , na odcinku wzmocnionym przez stent .

POPRAWA BIOKOMPATYBILNOSCI POWIERZCHNI STENTÓW :

• Pokrycie stali nierdzewnej mieszanina Ti-O/Ti-N przy zastosowaniu metody PIIID .

Zasada działania tej metody :

Tytanowa katoda zamontowana jest w prozniowym łukowym źródle plazmy , wytwarzana w sposob pulsacyjny plazma tytanowa jest unoszona w kierunku komory , gdzie znajduje sie powierzchnia , ktora pokrywamy .rownoczesnie wytwarza sie plazme azotu i tlenu przy uzyciu zrodła plazmy częstości radiowych .Do znajdujacej sie w komorze powierdzchni w sposob impulsowy przykladane jest napiecie rzedu 2000V,zgromadzone w komorze jony sa przyspieszane w kierunku podłoza , jony tytanu lacza sie z jonami tlenu lun/i azotu i na powierzchni tworzy sie warstwa mieszaniny Ti-O , Ti-N.W wyniku tego procesu uzyskuje sie cienka warstwe Ti-O/Ti-N na powierzchni stentu .Rezultat:podczas rozkladania stentu nie zaobserwowano rozwarstwienia , brak skrzepow na powierzchni pokrywanej .

Implantujac obce ciało do organizmu :

-nalezy liczyc sie z ryzykiem powstania stanu zapalnego w miejscu implantacji

-odrzucenia stentu przez uklad immunologiczny

-nalezy podawac leki hamujace odpowiedz przeciwzapalna sprzyjajacą powstawaniu skrzepu w swietlne zaimplantowanego stentu .Lek powinien byc uwalniany tylko w poblizu miejsca umieszczenia stentu .

-stent powinien miec mozliwosc wydzielenia leku –sprytne stenty ( smart stents)

Stosowanie hydroksyapatytu w pokryciu stentow :

- uzyskuje sie szybka integracje stentow z ludzkim ciałem , brak reakcji immunologicznej ,

-porowatosc hydroksyapatytu daje duże możliwosci w zastosowaniu jako związku pokrywającego sprytnych stentow

Cienkowarstwowe pokrycia HA:

-warstwa musi wytrzymac napręzania zwiazane np z rozkladaniem sie stentu wewnatrz naczynia

-mała grubosc skutkuje mała porowatoscia powierzchni , stad mała efektywnosc wykorzystania tak pokrytych stentow jako sprytnych stentow

-stosuje sie tu metode Sol-Gel

Grubowarstwowe pokrycia HA:

-gruba warstwa-zbyt sztywna i krucha

-pory o wielkosci 50-200nm wypełnione włoknami biopolimeru –struktura zyskuje na gietkosci i elastycznosci

-wieksza porowatosc warstwy –mozliwosc wykorzystania dla pokrycia sprytnych stentow uwalniajacych leki w małych dawkach i długo terminowo

-sukcesywne rozpuszczanie sie biopolimeru w strumieniu krwi badz otaczajacej tkance –dozowanie czasteczek leku .

-rozmiar porow –mozliwa regulacja czasu uwalniania i wielkosci dawek

-po całkowitym rozpuszczeniu sie skladnika biopolimerowego , ceramiczna struktura HA pozostanie na powierzchni stentu

Stosuje sie tu metode EPD (elektrochemicznego osadzania), ze wzgledu na niska temp całego procesu

Stenty przyszłosci :

-nowe , bardziej biozgodne warstwy

-stenty z bardziej biozgodnych materiałow

-wzbogacenie funkcji sprytnych stentow poprzez polaczenie z nanourzadzeniami monitorujacymi

-obnizenie kosztow wytwarzania stentow

STALE MARTENZYTYCZNE:

-stale srednioweglowe , 13-18%Cr, odporne na korozje

-dostarczane w stanie wyżarzonym zmiękczająco( wegliki chromu w osnowie ferryu chromowanego)-mozna obrabiac plastycznie lub skrawaniem

-stale hartowane –rozpuszczenie weglikow ,nasycenie osnowy chromem i umocnienie stali

-odpuszczanie po 500 stopni przyspiesza korozje (wydzielone wegliki i odchromowany obszar)

Zastosowanie:

-narzedzia chirurgiczne przeznaczone do ciecia np skalpele-narzedzia o silnym zabarwieniu (C,Cr)

-narzedzia nieprzeznaczone do cięcia np kleszczyki , szczypczyki , maja lepsza odpornosc korozyjna-narzedzia o zołtym cieplym odcieniu ( C,Cr,Ni)

STOPY KOBALTU :

-duza biozgodnosc ,

-niskie przewodnictwo cieplne

-wysoki moduł spręzystosci ,wysoka wytrzymalosc ,krotki czas chłodzenia po odlaniu ,

-stosowane na wyroby chirurgii rekonstrukcyjnej np endoprotezy, stomatologia

-duza biotolerancja w srodowisku tkanek i plynow ustrojowych

-wieksza odpornosc na korozje szczelinowa i wzerową

-wieksza odpornosc na korozje naprezeniowa i zmeczeniowo w srodow zawierajacych chlor

-wieksza zdolnosc do repasywacji

-Cr,Mo zwiekszaja odpornosc na działanie srodowiska kwaśnego oraz odpornosc na korozje wzerową i szczelinowa w srodow neutralnych i kwasnych

-Mo rozdrabnia ziarna i umacnia osnowę

-Co zwieksza moduł sprezystosci , wytrzymałosc i twardosc stopu

-wł.mech. kształtowane sa przez obrobke cieplna i plastyczna

Wyróżniamy :

-stopy odlewnicze –na implanty stomatologiczne .Wyzarzane ujednorodniajaco i przesywane (jednorodna i jednofazowa struktura o wiekszej wytrzymalosci i ciagliwosci anizeli w stanie lanym), dodatek krzemu i manganu powoduje zwiekszenie plynnosci i odlewalnosci stopow .

-obrabiane plastycznie-płytki , wkręty kostne , groty , druty , stenty , endoprotezy stawowe , elementy do zespoleń kosci .Posiadaja prawie 2-krotnie wieksza wytrzymałosc zmeczeniowa niz stopy odlewnicze , wieksza odpornosc na korozje wżerową i szczelinową.

Biokompatybilnosc poprawić mozna nanoszac warstwe TiO2 (metoda zol-żel )

Stopy kobaltu w stomatologii :

• Stop odlewniczy Co-Cr-Mo-Vitallium (opracowany do celow chir.stomatologicznej , stosowany takze w ortopedii .

  Obecnosc węglikotworczych dodatkow stopowych przy znacznej zawartosc węgla powoduje tworzenie sie w tyc stopach podczas obrobki cieplnej węglikow złozonych o strukturze M23C6, M7C3.Moga byc stosowane do polaczen z ceramika oraz wykonywania dentystycznych rekonstrukcji ruchomych .Stopy te stosowane sa przede wszystkim do odlewania protez szkieletowych , klamrowych , mocowanych na zasuwy, rygle i zatrzaski

• Remanium 2000-w stanie lanym wystepuja dendryty , osnowa jest roztwor staly beta-Co.Struktura dendrytyczna powstaje podczas nierownomiernego odprowadzenie ciepła podczas procesu krzepniecia , zarodki krystalizacji rozrastaja sie nierownomiernie i rosna w jednych kierunkach szybciej , a w innych wolniej .

• Stopy Co-Cr-W-Mo

  Wolfram nie wpływa na lejnosc stopow , podwyzsza EBU powodujac zmniejszenie gestoscibledow ulozenia ,stopy zawierajace wolfram cechuja sie mniejsza gruboscia warstwy utlenionej co sprzyja polaczeniu z ceramika, wykonuje sie z nich konstrukcje szkieletowe , korony i mosty .