OSTEOSINTETSKI MATERIALI

Dandanes med najbolj uporabljene osteosintetske materiale štejemo titanove zlitine, nerjaveče jeklo, izjemoma pa tudi zlitine kobalta in kroma. Problem predstavlja višji modul elastičnosti omenjenih materialom napram elastičnemu modulu kosti, ter problem korozije v telesu, zaradi česar se iz osteosintetskih materialov sproščajo kobalt, nikelj in krom. Posledično kosti ne prenašajo dovolj velikih obremenitev, kar lahko privede do resorpcije kosti.  Vse večjo in pomembnejšo vlogo pa v svetu medicine predstavljajo biorazgradljivi materiali, ki se v telesu po ustreznem času (ko se zlom dovolj zaceli) razgradijo in resorbirajo. Tako so v okviru s seminarske naloge podrobneje obravnavane titanove zlitine in biorazgradljivi materiali na osnovi magnezija.

 

Slika 1 Prikaz medicinskih pripomočkov in implatantov narejenih iz osteosintetskih materialov

V zemeljski skorji je 0,6 mas.% titana in je desetem mestu elementov, ki jo sestavljajo. Najpogostejša  titanova minerala sta rutil (TiO2) in elementi (FeTiO3). Sam proces pridobivanja titana je dolgotrajen in zahteven proces, kar se kasneje odraža tudi na njegovi ceni. Njegove zlitine imajo takšne trdnostne lastnosti kot nekatera jekla, ker pa njegova gostota predstavlja zgolj polovico gostote jekla, kar se posledično odraža v masi predstavlja zelo zanimiv in splošno uporaben material. Tako se titan oz. titanove zlitine uporabljajo na številnih področjih industrije (relativno visoka trdnost ob majhni gostoti in dobri korozijski odpornosti, dobra lomna žilavost in odlične mehanske lastnosti pri povišanih temperaturah). Tako med kovinskimi materiali v medicini že od leta 1960 (pričetek uporabe titanovih zlitin) pa vse do danes titanove zlitine igrajo ključno v vlogo. Posledica pogoste uporabe je v tem, da imajo materiali s titanovo osnovo veliko trdnost, nizko gostoto in so odpornejši na korozijo. V telesu so inertni, v primerjavi z ostalimi materiali pa so tudi bolj biokompatibilni. Značilen je tudi nižji modul elastičnosti kar pripomore k uporabi pri povezovanju kosti in drugih tkiv. Za titan je značilno, da slabše prenaša strižne obremenitve, poleg tega pa se pri drgnjenju s seboj/drugimi materiali obrabi (slabša obrabna obstojnost).  Raznolikost mikrostruktur titanovih zlitin je posledica alotropnega pojava. Alotropska transformacija se začne pri 882° C. Pod to temperaturo ima titan heksagonalno gosto zloženo kristalno zgradbo znano kot α-faza, med tem ko ima pri višjih temperaturah (nad 882°C) telesno centrirano kubično zgradbo znano kot β-fazo. Slednja ostane stabilna do temperature tališča, ki je pri 1670° C. Aplikativna uporaba v medici temelji na zlitinah α + β. Omenjene zlitine se dobro oblikujejo, so dobro korozijsko obstojne in biokompatibilne. Tako je prav uporaba omenjenih zlitin zelo razširjena na področju izdelave implatantov, medicinskih pripomočkov, protez in medicinskega orodja. V sklopu seminarskega dela je bila tudi vključena raziskava tiskanja vzorcev implatantov, pri katerih je bilo ugotovljeno, da z dodatki Niobija (Nb) titanovim zlitinam znatno pripomorejo k večjemu vraščanju v kost in posledično ugodnejšo regeneracijo kosti.

Slika 2 Prikaz medicinskih implantantov narejenih iz titanovih zlitin

Magnezijeve zlitine pa uporabljamo po večini za začasno ortopedsko uporabo, saj je magnezij četrti najbolj razširjen element v človeškem telesu, zato se lahko razgrajeni produkti te zlitine shranijo v novi kosti ali izločijo v kri in zapustijo telo z urinom. Magnezij ima mehanske lastnosti podobne kostnim, vendar je njegova odpornost proti koroziji veliko manjša od drugih ortopedskih izdelkov, zato magnezij velja za biološko razgradljiv material. Kovinski vsadki imajo ključne prednosti, kot so dobra odpornost proti utrujenosti, obrabi in koroziji, skupaj z odlično nosilnostjo, imajo pa tudi kar nekaj pomanjkljivosti, kot so vnetje okoliških tkiv zaradi sproščanja citotoksičnih ionov. Poleg teka v primerih ko se uporabljajo kot začasni vsadki (ploščice, vijaki in žice) je običajno potrebna dodatna operacija, da te začasne vsadke po končanem postopku zdravljenja odstranimo. V zvezi s tem so kovinski vsadki iz magnezijevih zlitin, ki »biokorodirajo«, dandanes deležni velike pozornosti. Uporaba magnezijev zlitin ima tako lahko številne prednosti in slabosti. Med prednosti štejemo:

• Odlično biokompatibilnost
• biorazgradljivost (ni potrebe po dodatni operaciji, da se implantant odstrani),
• zaželjene mehanske lastnosti podobne naravnim kostem,
• dobra obdelovalnost in dimenzijska stabilnost,
• velika sposobnost dušenja.

Slabosti pa se odražajo predvsem v:

• visoka stopnja korozivnosti v fizioloških razmerah.
• tvorjenje vodika (tvorjenje plinskih mehurčkov med tkivom in implantantom

Slika 3 Shematski prikaz razpadanja vijaka iz zlitine na osnovi magnezija v sedanjem času (0M), po 6 mesecih (6M) in 12 mesecih (12M) po operaciji