Biomateriały

biomaterialy

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 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).

Wyróżnia się następujące grupy biomateriałów:

  • metalowe
  • ceramiczne
  • polimerowe
  • węglowe
  • kompozytowe

Biomateriały metaliczne

Metale i ich stopy należą do materiałów znanych i stosowanych w medycynie od wielu lat. Biomateriały metaliczne charakteryzują się bardzo korzystnym zespołem właściwości mechanicznych. Za szczególnie istotne należy uznać wysoką odporność na korozję zmęczeniową, odporność na kruche pękanie oraz wytrzymałość na rozciąganie i zginanie. Przegląd historyczny rozwoju tworzyw metalicznych stosowanych w zabiegach chirurgicznych wskazuje, iż próbowano stosować praktycznie większość metali i stopów, które charakteryzowały się zadawalającą
biotolerancją, odpornością na korozję oraz odpowiednimi własnościami fizykochemicznymi (głównie mechanicznymi).

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.

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

 

Właściwości funkcjonalne oraz fizykochemiczne implantu decydują o ostatecznym wyniku jakościowym zabiegu i komforcie fizycznym oraz psychicznym pacjenta. Użyteczność implantu i biomateriału musi być sprawdzona eksperymentalnie w warunkach laboratoryjnych. Następnie prowadzi się eksperymenty w tkankach zwierząt doświadczalnych, w reszcie ostatnia faza to zastosowania kliniczne.

Dwie najważniejsze 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)