BİYO MALZEMELER

1. BİYO MALZEMELER SOL – JEL YÖNTEMİYLE İDROKSİAPATİT ÜRETİMİ

2. Hidroksiapatit (HA) nedir ? • Hidroksiapatit, dişlerinmine ve dentin tabakası ve kemikte bulunan, kimyasal formülü Ca10(PO4)6(OH)2 olan kalsiyum tuzudur. • Oksijenle tepkimeye girmediği için yanmaz. • Çelik burlarla veya zımparalamayla aşındırılamaz, sadece elmas ile aşındırılabilir. • Esnekliği az, neredeyse tamamen kırılgandır. • Doğada elmastan sonra bilinen en sert malzemedir.

3. Hidroksiapatitbiyoaktif yapıda bir biyomalzemedir. Tatsız ve kokusuzdur. Organik çözücülerde çözünmez. Asit çözeltileri hariç inorganik çözeltilerdede çözünmez. Hidroksil (OH¯) iyonu, hidroksiapatiti yapıtaşlarına ayırabilir. Sonuç olarak hidroksiapatitin yapısını, mekanik açıdan ancak elmas kimyasal açıdan ise kuvvetli asit değiştirebilir.

4. Biyo malzeme olarak hidroksiapatit • Kemik yapısının inorganik kısmını oluşturur. • Kalsiyum fosfat esaslı olan HA, biyouyumluluğu nedeniyle biyoseramik malzeme olarak ; • yapay kemik olarak çeşitli protezlerin yapımında • Kırık ve çatlak kemiklerin onarılmasında, • Metalik biyomalzemelerin kaplanmasında kullanılır.

5. HA’ nın mekanik özellikleri

6. HA’nın en onemliozellikleri arasında mukemmel biyolojik uyumluluğu onde gelir. HA, sert dokularla direk kimyasal bağ kurar. HA partikullerinin yada gozenekli blokların kemiğe yerlestirilmesinde; yeni doku, 4–8 haftada şekillenir. HA gozenekli yapısı; hucrelerin, gozeneklerinicine doğru buyumesinden dolayı, dokuların implanta nüfuz etmesini sağlar. Ayrıca HA'nın yapısındaki gozenekler, bir kanallar sistemi gibi davranıp, kemik yapıya kanın ve diğer önemli vücut sıvılarının ulaşmasını sağlar. HA’nın osteokonduktifozellikleri de implantların kemiğe sıkı yapısmasına ortam ve olanak sağlar

7. Kemik yapısı HA yapısı Ayrıca HA’nın lokal buyumefaktorlerine, ozellikle kemik proteinlerine karsı kuvvetli kimyasal bağlanma eğilimi olduğu saptanmıştır. HA non-toksik (zehir etkisi olmayan) [9] ozellikleresahip olması sayesinde meydana gelebilecek vucut reaksiyonları da minimumdur.

8. Sol- jel yöntemiyle HA üretimi Metaller ve alaşımları, yüksek mekanik özelliklerinden dolayı anatomik yapıların yenilenmesinde kullanılmaktadır. Ancak metalik implantların çoğunun insan vücudunda bozunması, klinik olarak kullanılabilen metalleri,paslanmaz çelikler, kobalt-krom ve titanyum alaşımları ile sınırlandırmıştır. Bu metalik implantların vücut içindeki sürekliliği dinamik bir ortam olan yaşayan hücrelere dokulara ve biyolojik sıvılarına maruz kaldıklarından oldukça önemlidir. 316L tipi paslanmaz çelikler korozyon direnci mekanik özellikleri ve düşük maliyetleri bakımından ortopedik cerrahi alanında geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ancak klinik bulgular malzemenin insan vücudunda bölgesel korozyona uğrayıp implant çevresindeki dokulara metal iyonları saldığını göstermiştir. Metalik implantlarda yaşanan hasar olaylarından dolayı bu alaşımlarda biyouyumluluğa, korozyona dirençli kaplamalara ve yüzey modifikasyonuna gereksinim duyulmaktadır

9. İmplant yüzeyinin direkt olarak kemikle temasta olması, gözenekli yüzey üzerine kemik büyümesi (bone ingrowth), biyoaktif protez yüzeyi ile kemik arasında biyolojik bağlanmanın gerçekleşmesi veya bu durumların kombinasyonunun gerçekleşmesi çimentosuz ortopedik implant uygulamalarını başarılı hale getirmektedir Bu nedenle 1960’ların sonlarında, yük taşıyıcı implantlarda biyolojik bağlanma olgusu ile birlikte hidroksiapatit[HA: Ca10(PO4)6(OH)2] ve CaP kaplamaların kullanımına gidilmiştir Daha iyi mekanik özellikler gösteren malzemelerle birlikte kullanımı HA seramiklerin kırılma tokluğu ve elastisite modülü dezavantajını ortadan kaldırarak, bunların daha ağır yüklerin söz konusu olduğu uygulamalarda rahatça kullanılabilmesini sağlamıştır. Bu nedenle hidroksiapatitin kaplama şeklinde üretilmesi avantaj sağlamaktadır Sentetik olarak üretilen ve kemiğin ana inorganik bileşeni olan HA, yük taşıyan implantın doğal kemik dokusuna sabitlenmesini iyileştirmek için biyoseramik bir kaplama olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. HA, kemiğin büyümesini ve implant ara yüzeyine bağlanmasını teşvik edip, implantın sabitlenmesini hızlandırarak, bir yandan cerrahi işlem gören hastaların iyileşme sürecini hızlandırırken diğer yandan vücut içindeki ömrünü ve dayanımını geliştirmektedir. Günümüzde HA kaplamaları implantyüzeyine uygulamada plazma püskürtme, saçılma, elektrolitik çöktürme, lazer ve sol-jel kaplama teknikleri kullanılmaktadır

10. Sol-jel, vakum dışı kimyasal bir metot olup, atomik boyutta karışım sağladığı için homojenlik artmaktadır. Çok yönlü bir yöntem olan sol-jel sıvı fazın (sol) katı faza (jel) dönüşümünü içeren bir sistemdir. Sol’un hazırlanmasında başlangıç kimyasalları olarak genellikle inorganik metal tuzları veya organik metal bileşikleri kullanılır. Sol-jel işleminde başlangıç kimyasalı hidroliz ve polimerizasyon işlemlerine tabi tutularak, koloidal süspansiyon veya ‘sol’ elde edilir. Altlık üzerine sol’un çöktürülmesi ve bunu takiben uygulanan kurutma ve ısıl işlem ile nihai kaplama elde edilmiş olur. Yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyulmaması, özellikle kullanılan metal altlıklarda mekanik bozunmaya ya da faz dönüşümüne neden olmaması sol-jel yönteminin önemli bir avantajıdır. Bu özelliklerinden dolayı çeşitli şekil ve büyüklükteki yüzeylere kolaylıkla uygulanabilmektedir. Bu nedenle sol-jel yöntemi, metal üzerinde uzun dönem kararlılığa sahip, yüksek kalitede ince HAP filmlerin hazırlanmasında en esnek ve ticari açıdan geleceği parlak bir teknik olarak düşünülmektedir.

11. Kaplamanın yapılışı; 316L implant kalite paslanmaz çelik numuneler sırasıyla 240, 400, 800, 1000, 1200 ve 2400 kalite SiC zımparadan geçirildikten sonar 3 μm’ luk elmas pasta ile parlatılarak çiziksiz ayna parlaklığında yüzey elde edilmiştir. Kaplama işleminden önce altlıklar asetonun içinde ultrasonik olarak temizlenmiştir. Çözelti hazırlama aşamasında kalsiyum (Ca) başlangıç kimyasalı olarak kalsiyum nitrat [Ca(NO3)2.4H2O], fosfor (P) başlangıç kimyasalıolarak trietilfosfit [C6H15O3P], Ca/P molar oranıHAP’a ait stokiometri olan 1,67’yi sağlayacak miktarlarda kullanıldı. Çözücü olarak saf su ile etanol kullanılmıştır. Trietilfosfitin saf su içerisinde 24 saat boyunca sürekli karıştırılmak suretiyle hidrolize olması sağlanmış, daha sonra bu çözeltiye etanolde çözülmüş 4M kalsiyum nitrat çözeltisi titrasyon yöntemiyle ilave edilmiştir. Elde edilen saydam karışım 20 dakika boyunca karıştırılmıştır. Daha sonra oda ortamında statik olarak 24 saat boyunca yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur Altlıkların çözeltiye daldırılması ile üzerine çözeltinin çöktürülmesi sağlanarak kaplama işlemi gerçekleştirildikten sonra numuneler 80°C’de kurutma işlemine tabi tutulmuştur. Daha sonra bu numunelerkaplama morfolojisindeki değişiklikleri incelemek amacıyla 400, 500 ve 600°C sıcaklıklarda ısıl işlemine tabi tutulmuştur. Kaplamaların üretim akış şeması Şekil 1’de verilmektedir.

12. Şekil 1. Sol-jel yöntemiyle HAP kaplamaların üretim akış şeması

13. Tüm numuneler ısıl işlem sonrası fırın ortamında soğumaya bırakılmıştır. Üretilen HA kaplamaların yüzey morfolojisini incelemede taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. SEM ile birlikte çalışan EDS, kaplama yüzeyinin elementsel dağılımı hakkında bilgi toplamak amacıyla kullanılmıştır. Böylece elde edilen kaplamada HAP fazının karakteristik özelliği olan Ca/P=1,67 molar oranı (ağırlıkça Ca/P= 2,16) incelenmiştir.

14. TEŞEKKÜRLER HAKAN ASLANHAN 1311100045