Inżynieria Biomedyczna

Jesteś tutaj: Start O studiach Biomateriały

Biomateriały

biomaterialyBiomateriały.

Biomateriały stanowią specyficzną grupę materiałów o różnym składzie,
budowie i właściwościach, mających tę cechę, że są akceptowane przez organizm ludzki (niektóre łączą się trwale z żywą tkanką lub biorą udział w jej regeneracji).

Biomateriał to substancja inna niż lek, która może być użyta na stałe bądź czasowo jako część lub całość systemu, zastępując tkankę lub organ, bądź pełniąc jego funkcję.

Biomateriały, to także dziedzina wiedzy, zajmująca się badaniami nad:

  • otrzymywaniem i charakterystyką materiałów farmakologicznie obojętnych,
  • odtwarzaniem i poprawą funkcji w organizmach żywych,
  • oraz badaniami oddziaływania pomiędzy żywymi organizmami a materiałami syntetycznymi i naturalnymi.

Wyróżnia się następujące grupy biomateriałów:

  • metalowe
  • ceramiczne
  • polimerowe
  • węglowe
  • kompozytowe

Biomateriały metaliczne:

  • Pierwsza wzmianka o implantach metalicznych – XVI w.
  • Na początku XVIII w. wprowadzono zszywanie kości za pomocą drutów ze złota i srebra
  • W 1877 r. Listers zwrócił uwagę na konieczność zachowania septyczności implantu
  • W 1893r. Lane zaobserwował proces wchłaniania metalu do kości
  • 1907 r. bracia Lambotte poruszyli problem metalowy
  • Od 1920 r. wyraźna poprawa biotolerancji – zastosowanie stali chromowo-niklowych
  • W 1926 r. Lange zastosował stal austenityczną V2A – wynik intensywnych badań nad biotolerancją.
  • W 1940 r. Danis wprowadził zmianę składu chemicznego stosowanych stali austenitycznych – stal V4A
  • Endoprotezy stawu kolanowego

Materiały metaliczne w kardiochirurgii i kardiologii:

  • Elementy sztucznych zastawek serca
  • stenty

Kompozyty
Są to materiały makroskopowo-monolityczne, dla otrzymania których połączono składniki o różnych właściwościach. W wyniku czego otrzymano właściwości albo wyższe, albo dodatkowe w stosunku do właściwości osobnych składników.
Kompozyty stanowią obszerną rodzinę materiałów konstrukcyjnych, z których wytwarzane są najróżniejsze wyroby szeroko stosowane w wielu dziedzinach techniki i życia codziennego. Kompozyty utworzone są z co najmniej dwóch składników, znacząco różniących się właściwościami. Celem takiego połączenia jest uzyskanie materiału o nowych właściwościach, lepszych w porównaniu z właściwościami składników

Materiały bioceramiczne
Z porównania różnych biomateriałów stosowanych na implanty wynika, że materiały ceramiczne są to tworzywa kruche o małej wytrzymałości na zginanie. Są nieodporne na obciążenia dynamiczne i nie wykazują odkształcalności. Duża twardość oraz odporność na ścieranie oraz korozje w środowisku tkanek i płynów ustrojowych minimalizują, lecz nie eliminują zużywania się materiałów bioceramicznych po długotrwałym użytkowaniu. Najczęściej używane w stomatologii.
Biomateriały polimerowe

  • Polimery to substancje złożone z makrocząsteczek charakteryzujących się regularnym lub nieregularnym cyklicznym rozmieszczeniu jednostek podstawowych (merów) jednego lub kilku rodzajów.
  • W odniesieniu do zastosowań medycznych możne je podzielić na naturalne i sztuczne.
  • Do naturalnych można zaliczyć białka (kolagen, fibrynogen, jedwab, wszczepy, tkankowe) i wielocukry (celuloza, chityna).
  • Rodzaje i zastosowanie polimerów syntetycznych:
    • silikony – chirurgia plastyczna i rekonstrukcyjna,
    • politetrafluoroetylen – protezy naczyniowe, nici chirurgiczne,
    • poliuretany – elementy sztucznego serca, protezy naczyniowe o małym przekroju,
    • polietylen – chirurgia plastyczna i rekonstrukcyjna, cewniki, główki i panewki endoprotez stawowych
    • polipropylen – nici chirurgiczne, siatki,
    • politereftalan etylu – protezy naczyniowe, siatki, nici chirurgiczne,
    • polimetakrylan metylu – ortopedia, soczewki wewnątrzgałkowe,
    • poliamidy – nici i siatki chirurgiczne.

Materiały węglowe

  • Węgiel jako grafit, diament i fulleren,
  • Mogą to być: warstwy węglowe, materiały kompozytowe węgiel(włókna) -węgiel

Plecionki z włókien węglowych, przeznaczone na protezy więzadeł i ścięgien.

Ważne: Właściwości funkcjonalne oraz fizykochemiczne implantu decydują o ostatecznym wyniku jakościowym zabiegu i komforcie fizycznym oraz psychicznym pacjenta.

  1. Użyteczność implantu i biomateriału musi być sprawdzona eksperymentalnie w warunkach laboratoryjnych.
  2. Następnie prowadzi się eksperymenty w tkankach zwierząt doświadczalnych, w reszcie ostatnia faza to zastosowania kliniczne.

Dwie cechy wymagane od biomateriałów:

  1. Zgodność bioelektroniczna (odpowiednie właściwości półprzewodnikowe, piezoelektryczne, magnetyczne)
  2. Odpowiednie właściwości zapewniające współpracę implantu z tkanką i płynami ustrojowymi (biofizyczny mechanizm przenoszenia obciążeń)