Биоматериалдардың механикалық қасиеттері - Mechanical properties of biomaterials

Үшін қолданылатын материалдар биомедициналық немесе клиникалық қосымшалар ретінде белгілі биоматериалдар. Келесі мақалада сүйек құрылымын ауыстыру үшін қолданылатын бесінші буын биоматериалдары туралы айтылады. Биомедициналық қолдану үшін жіктелетін кез-келген материал үшін үш талап орындалуы керек. Бірінші талап - материал болуы керек биологиялық үйлесімді; бұл дегеніміз, ағза оны бөтен зат ретінде қарамауы керек. Екіншіден, материал биологиялық ыдырайтын болуы керек (тек трансплантат үшін); материал организмнің табиғи жұмысын қалпына келтіруі үшін оның ағзасында зиянсыз түрде ыдырауы немесе еруі керек. Үшіншіден, материал механикалық тұрғыдан дұрыс болуы керек; жүк көтергіш құрылымдарды ауыстыру үшін, транспланттың жоғары сенімділігін қамтамасыз ететін эквивалентті немесе одан да көп механикалық тұрақтылық болуы керек.

Кіріспе

Биоматериалдық термин биомедициналық және клиникалық қосымшаларда қолдануға болатын материалдар үшін қолданылады. Олар биоактивті және табиғатта биосәйкес келеді. Қазіргі кезде металдар мен қорытпалардың көптеген түрлері (тот баспайтын болат, титан, никель, магний, Co-Cr қорытпалары, Ti қорытпалары),[1] керамика (циркония, биогласс, глинозем, гидроксиапатит ) [1] және полимерлер (акрил, нейлон, силикон, полиуретан, поликапролактон, полиангидридтер) [1] жүк көтергішті қолдану үшін қолданылады. Бұған тісті ауыстыру және медициналық және клиникалық қолдану үшін сүйекті біріктіру немесе ауыстыру кіреді. Сондықтан олардың механикалық қасиеттері өте маңызды. Кейбір биоматериалдар мен сүйектердің механикалық қасиеттері 1 кестеде келтірілген.[2] Олардың ішінде гидроксяпатит биоактивті және био үйлесімді материалды кеңінен зерттейді. Алайда, ол төмен жас модулі және сынудың беріктігі бірге сынғыш табиғат. Демек, жақсы механикалық қасиеттері бар биоматериал шығару қажет.

Серпімді модуль

Серпімді модуль пропорционалды шектердегі кернеулер мен кернеулердің қатынасы ретінде қарапайым түрде анықталады. Физикалық тұрғыдан ол созылу немесе қысу жүктемесі қолданылған кезде серпімді диапазондағы материалдың қаттылығын білдіреді. Бұл клиникалық маңызды, себебі ол таңдалған биоматериалдың ауыстырылатын материалмен деформацияланатын қасиеттеріне ие екендігін көрсетеді. Бұл күш беретін материалдар төмен серпімділікпен жоғары серпімді модульді қажет етеді. Материалдың серпімді модулі өскен сайын сынуға төзімділік төмендейді. Биоматериалдың серпімді модулі сүйекке ұқсас болғаны жөн. Себебі бұл сүйектің серпімді модулінен көп болса, жүктеме тек материалдан туады; ал жүкті сүйек материалы аз болған жағдайда ғана сүйек көтереді. Материалдың серпімді модулі көбінесе иілу сынағымен есептеледі, өйткені ауытқуды қысу немесе созылу жүктемесіндегі өте аз созылумен салыстырғанда оңай өлшеуге болады. Алайда, биоматериалдар (сүйектерді ауыстыру үшін) әдетте кеуекті болып келеді және сынамалардың мөлшері аз болады. Сондықтан наноиндентация сынағы осы материалдардың серпімді модулін анықтау үшін қолданылады. Бұл әдіс жоғары дәлдікке ие және микро шкалалар үшін ыңғайлы. Серпімді модульді өлшеудің тағы бір әдісі - бүлдірмейтін әдіс. Бұл сонымен қатар клиникалық тұрғыдан өте жақсы әдіс, өйткені оның қарапайымдылығы және қайталанғыштығы, өйткені материалдар жойылмайды.[3]

Қаттылық

Қаттылық - бұл материалдардың қасиеттерін салыстырудың маңызды параметрлерінің бірі. Ол биоматериалдарды клиникалық қолдануға жарамдылығын анықтау үшін қолданылады. Биоматериалды қаттылық сүйектің қаттылығына тең болған жөн. Егер биоматериалдан жоғары болса, онда ол сүйекке енеді. Жоғарыда айтылғандай, биоматериалдардың сынамасы өте аз, сондықтан микро және нано масштабтағы қаттылық сынағы (Diamond Knoop және Vickers интентерлері) қолданылады.[3]

Сынудың беріктігі

Материалдардың беріктігі сыну пайда болғанға дейін төзуге болатын максималды кернеу ретінде анықталады. Биоматериалдардың (биокерамиканың) беріктігі маңызды механикалық қасиет, өйткені олар сынғыш келеді. Биокерамика тәрізді сынғыш материалдарда материал қысу жүктемесіне қарағанда созылғыш жүктемеге ұшыраған кезде жарықтар оңай таралады. Материалдардың созылуға беріктігін анықтауға арналған бірқатар әдістер бар, мысалы, иілудің бүгілу сынағы, екі осьтік иілу күші сынақ және вейбуль тәсіл. Биокерамикада кемшіліктер имплантация және дайындау кезінде материалдың сенімділігі мен беріктігіне әсер етеді. Термиялық сияқты биокерамикада ақаулардың пайда болуының бірнеше әдісі бар агломерация және жылыту. Биоерамиканың маңыздылығы жоғары беріктікке емес, жоғары сенімділікке ие болуында.

Сыныққа төзімділік

Керамикадағы жарықшақтың көбеюін өзгерту үшін сыныққа төзімділік қажет. Биоматериалдардың жарамдылығын, өнімділігі мен ұзақ мерзімді клиникалық жетістігін бағалау пайдалы. Сынуға төзімділіктің жоғары материалы, сынудың төмен төзімділігімен салыстырғанда клиникалық өнімділік пен сенімділікті жақсартты деп хабарлайды.[4] Оны көптеген әдістермен өлшеуге болады, мысалы. шегіністердің сынуы, шегіністердің беріктігі, бір жиекті ойық арқалық, бір шеті алдын-ала жарықшақ және қос консольді пучка.

Шаршау

Шаршау дегеніміз материалдың қайталанатын / циклды тиеу немесе түсіру (созылу немесе қысу кернеулері) салдарынан істен шығуы. Бұл биоматериал үшін маңызды параметр болып табылады, өйткені циклдік жүктеме олардың қызмет ету мерзімінде қолданылады. Бұл циклдік жүктеу жағдайында матрица мен толтырғыштың интерфейсінде микро жарықтар / ақаулар пайда болуы мүмкін. Бұл микро жарықшақ тұрақты пластикалық деформацияны бастауы мүмкін, нәтижесінде жарықтың көп таралуы немесе бұзылуы мүмкін. Циклдік жүктеме кезінде бірнеше факторлар жұптасу бетінің үйкелісті сырғанауы, үдемелі тозу, түйіршіктер шекарасындағы қалдық кернеулер, ығысудан туындаған кернеулер сияқты микрокрекеттердің пайда болуына ықпал етеді.[3]

Кесте 1: Кортикальды сүйек пен биоматериалдың механикалық қасиеттерінің қысқаша мазмұны

МатериалБеріктік шегі (МПа)Сығымдау күші (МПа)Серпімді модуль (GPa)Сынудың төзімділігі (МПа. м-1/2)
Биогласс42[5]500[5]35[6]2[6]
Кортикальды сүйек50-151[5]100-230[7]7-30[6]2-12[6]
Титан345[8]250-600[9]102.7[8]58-66[8]
Тот баспайтын болат465-950[1]1000[9]200[5]55-95[9]
Ti-қорытпалары596-1100[8]450-1850[9]55-114[8]40-92[8]
Глинозем270-500[9]3000-5000[9]380-410[6]5-6[6]
Гидроксиапатиттер40-300[9]500-1000[7]80-120[6]0.6-1[6]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б в г. Катти, К.С (2004). Жалпы буын алмастыратын биоматериалдар. Коллоидтар мен беттер: Биоинтерфейстер, 39 (3), 133-142.
  2. ^ Ванг, Р.З., Куй, Ф. З., Лу, Х.Б., Вэнь, Х.Б., Ма, C. Л., & Ли, Х. Д. (1995). Нанофаза гидроксяпатит / коллаген композит синтезі. Материалтану хаттары журналы, 14 (7), 490-492.
  3. ^ а б в Кокубо, Т. (Ред.) (2008). Биокерамика және олардың клиникалық қолданылуы. Woodhead паб. және Maney Pub.
  4. ^ Фишер, Х., & Маркс, Р. (2002). Стоматологиялық керамиканың сыныққа төзімділігі: ию және шегініс әдісін салыстыру. Стоматологиялық материалдар, 18 (1), 12-19.
  5. ^ а б в г. Chen, Q., Zhu, C., & Thouas, G. A. (2012). Сүйек тіндерін жасау үшін қолданылатын биоматериалдардағы прогресс және қиындықтар: биоактивті көзілдірік және эластомерлі композиттер. Биоматериалдардағы прогресс, 1 (1), 1-22.
  6. ^ а б в г. e f ж сағ Амарал, М., Лопес, М.А., Силва, Р. Ф. & Сантос, Дж. Д. (2002). Тығыздау жолы және Si-дің механикалық қасиеттері 3 N 4- биокласс биокомпозиттері. Биоматериалдар, 23 (3), 857-862.
  7. ^ а б Kokubo, T., Kim, H. M., & Kawashita, M. (2003). Механикалық қасиеттері әртүрлі жаңа биоактивті материалдар. Биоматериалдар, 24 (13), 2161-2175.
  8. ^ а б в г. e f Нииноми, М. (1998). Биомедициналық титан қорытпаларының механикалық қасиеттері. Материалдар ғылым және техника: A, 243 (1), 231-236.
  9. ^ а б в г. e f ж «Мұрағатталған көшірме». Архивтелген түпнұсқа 2013-10-30. Алынған 2013-05-03.CS1 maint: тақырып ретінде мұрағатталған көшірме (сілтеме)

Әрі қарай оқу

  • Bhatia, S. K. (2010). Клиникалық қолдануға арналған биоматериалдар. Спрингер.
  • Hench, L. L. (1993). Биокерамикаға кіріспе (1-том). Әлемдік ғылыми.