Biyomedikal Mühendislerinin Kullandığı Kaplama Çeşitleri Nelerdir?

İmplantlar bir çeşit biyomalzemelerdir. Biyomalzeme vücut içerisinde hasar görmüş doku veya organın yerine geçen madde olarak tanımlanabilir. İmplantlar ile ilişkili enfeksiyonlar çok sık karşılaşılan kas-iskelet sistemi enfeksiyonlarından biridir. (1) Biyomalzeme ile dokular arasındaki etkileşim sonucunda bakterilerin biyomalzeme etrafında ve üzerindeki dokularda hücreler koloni oluşturmaya yatkındır. (2) Bu koloniler sonucunda enfeksiyonlar ortaya çıkabilmektedirler. Enfeksiyonlar ameliyat sonrasında meydana da gelmektedir. Enfeksiyonlar kan yolu ile vücut içerisine dağılmaya müsaittirler. (1) Enfeksiyonları engellemek amacıyla kaplama yöntemlerine başvurulmaktadır. Kaplama yöntemleri ile implantların biyouyumluluklarını arttırıp aşınmaya karşı daha dayanıklı ve mukavemeti iyi olan implantlar elde edilebilmesi amaçlanır. Kaplamalar ise seramik, polimer, metal, biyoaktif, karbon ve antibakteriyel kaplamalar olarak sınıflandırılabilirler.

Seramik kaplamalar genellikle diş implantlarının da kullanılmaktadır. Seramik kaplamalar doğal diş görünümünü arttırmak amacıyla tasarlanmıştır. Dayanıklı olması, aşınmalara karşı direnç göstermesi, biyouyumluluk gibi özellerinden kaynaklı seramik kaplamaların kullanımı fazladır. Hidroksiapatit (HA), biyoaktif cam ve cam-seramikler gibi malzemeler kompozit esaslı biyoseramik malzemelere örnek gösterilebilir. Bu örneklere ek olarak zirkonyum oksit, alüminyum oksit gibi malzemeler de seramik kaplamalar için kullanılabilirler.

Zirkonyum Oksit

Bükülmelere karşı dirençli olmasının yanında biyouyumluluk özelliği göstermesinden dolayı tercih edilmektedir. (3) Zirkonyum biyouyumlu olduğu için alerjen reaksiyon vermez. Doğal diş görüntüsüne yakın bir sonuç oluşturur.

Alüminyum Oksit

Hafif metaller arasında yer alan alüminyumun özellikleri yumuşak ve demirden daha hafif, mukavemeti fazla, yüksek ısı ve elektrik iletkenliği, kolay işlenebilirliği, korozyona karşı dayanıklılığı, soğuk ve sıcak olarak işlenebilirliğinin olmasından kaynaklı alüminyumun önemli bir yeri vardır. Homojenlik özelliği, korozyon ve dayanıklılık özelliğinin işlenebilir olmasından kaynaklı metallere üstün bir özellik katar. (4) Kullanılan implantlara alüminyum oksit kaplamaların yapılmasıyla implantlar korozyona karşı dirençli, aşınmalara karşı dayanıklı ve daha hafif implantlar elde edilebilir.

Cam Seramikler

Yüksek biyoaktivite ve biyouyumlulukları sayesinde üzerlerinde bir tabaka oluşturup sert dokulara bağlanabilirler. Yüksek yük taşıma kapasiteleri vardır. Üç boyutlu yapıda olmaları kemik doku ive organik bağlar ile bağlanabilmeleri kemik dokularının hücrelerinde farklılaşma olmasında etkili olmaları cam seramiklerin önemli özelliklerinden biri olarak gösterilebilmektedir. (5)

Hidroksiapatit (HA)

Kemiğin yapısında bulunduğundan sentetik olarak elde edilmektedir. Kalsiyum fosfat esaslı bir bileşendir. Biyoseramiklerin alt sınıfında yer almaktadır. Üretim şekli ve boyutu HA in özelliklerini değiştirebilmektedir. Nanometre boyutlarında elde edilen HA’in yüzey alanının artması biyoaktif özelliğini arttırır ve bu sayede daha fazla mekanik dayanımı olan bir biyomalzeme elde edilebilir. (6)

Polimer kaplamalar implantların yüzeylerinin üzerine bir polimer malzeme yardımıyla ince bir tabaka şeklinde yapılan kaplama işlemidir. Bu kaplamalar ile implantların biyolojik uyumluluğunu arttırılıp dokular arasındaki uyumu iyileştirmek ve çeşitli fonksiyonel özellikler kazandırmak amacıyla kullanılmaktadır. Polimer kaplamalar çoğunlukla biyomedikal alanlarda kullanılır. Dental, ortopedik ve kardiyovasküler implantlar olarak yaygın olarak kullanımı vardır. Polimer kaplamalarda kullanılan malzemeler Poliüretan

Poliüretan

Poliüretanlar farklı yapılarda sentez edilebilirler. Bu nedenle sentez edilen maddelerin özellikleri arasında benzerlikleri oldukça farklıdır. Poliüretanların yüksek kimyasal direnci, yüksek mekanik mukavemet gibi özellikleri bulunmaktadır. (7) Poliüretanlar yüksek biyouyumluluk gösteren, yapısı gereği elastik formda olan ve genellikle damar ve eklem implantlarında kullanımı vardır.

Polikaprolakton (PCL)

Yüksek biyouyumlu yapısı, yavaş biyobozur olmaları, ucuz olması, kimyasal stabilitesi ve yüksek dayanım nedeniyle birçok biyomedikal uygulamaları için kullanılır. PCL yapıda olan nanolifler yara dokusunun iyileşmesini, dokuların yenilenmesi gibi alanlarda tercih edilmiştir. (8) İmplantların performansını arttırmak amacıyla tercih edilir. Hücreler ile implantlar arasındaki etkileşimleri arttırır.

İmplantlarda kullanılan metal kaplamalar, genellikle biyouyumlu, dayanıklı ve korozyon direnci yüksek malzemelerden yapılır. Bu kaplamalar, implantların vücutta uzun süre güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlamak, enfeksiyon risklerini azaltmak, mekanik özellikleri iyileştirmek ve kemik iyileşmesini desteklemek için tasarlanır. Metal kaplamalara örnek olarak titanyum kaplama, altın kaplama, krom-kobalt alaşımları (cocr), nikel-titanyum (niti) alaşımları, zirkonyum kaplama ve platin kaplama verilebilir.

Titanyum

Titanyum ve alaşımları, mükemmel ısı direnci, korozyon direnci, dayanıklılık, ve hafif olmalarından kaynaklı biyomedikal gibi alanlarda kullanımı fazladır. Saf titanyum mükemmel korozyon direncine sahiptir. (9) Titanyum nitrür (TiN) içerikli kaplamalar ise üstün mekanik özellikleri ile birlikte korozyon direncinin fazla olmasından kaynaklı sıkça başvurulan bir kaplama türüdür. (10) TiN kaplamalar kimyasal buhar biriktirme (CVD), fiziksel buhar biriktirme (PVD), plazma nitrürleme, lazer destekli nitrürleme gibi çok çeşitli kaplama yöntemleri kullanılarak elde edilebilir.

Zirkonyum

Zirkonyum dioksit yüksek dayanımlı ve kırılma sertliği gibi üstün özellikleri seramik sistemlere örnektir. Mekanik özelliklerinin iyi olması, fazla büyüklükte bulunan yüklere karşı dayanımının iyi olması sebebiyle kaplamalarda kullanılabilir. (11) Yüksek biyouyumluluğu ve mekanik özellikleri sayesinde diş hekimliğinde fazlaca kullanıldığından söz edilebilir. (12)

Krom-Kobalt Alaşımları

Yüksek sertliğinin olması, germe dayanıklılığının iyi olması, ucuz olması gibi özelliklerinin bulunması krom-kobalt alaşımlarının avantajları arasında yer alır. Erime noktasının yüksek olması ile birlikte yoğunluklarının az olması ise dezavantajları arasında gösterilebilir. (13)

Kobalt-krom-molibden alaşımları yaygın olarak kullanımı söz konusudur. Co-Cr-Mo alaşımlarının önemli özellikleri yüksek aşınım dayanıklılığı ve yüksek sertlik gibi etmenler söz konusudur. Ni-Cr veya Co-Cr gibi metal alaşımlarının soy metallere göre daha uygun olmaları nedeniyle yaygın olarak kullanımı söz konusudur. (14)

Yukarıda bahsedilen kaplama çeşitleri ile implantlarımızın kullanım süresini arttırabilir, implantlarımızın özelliklerini iyileştirebiliriz. Ayrıca yeni alaşımlar geliştirerek implantın kullanım alanına göre daha dayanıklı, kullanışlı implantlar elde edilebilir.

Kaynakça

1. https://doi.org/10.14292/totbid.dergisi.2020.94

2. 10.17341/gazimmfd.300614

3. 10.34108/eujhs.1321916

4. http://dx.doi.org/10.12739/NWSA.2017.12.2.1A0380

5. https://doi.org/10.53410/koufbd.1311845

6. https://doi.org/10.14292/totbid.dergisi.2020.94

7. 10.31590/ejosat.1040411

8. 10.21597/jist.1264352

9. 10.29109/http-gujsc-gazi-edu-tr.333494

10. 10.17714/gumusfenbil.1167635

11. 10.15311/1441.306095