BİYOMALZEME dersi Polimerik Malzemeler sunumu

8/2/2019 BYOMALZEME dersi Polimerik Malzemeler sunumu

1/122

Asl alt balk stilini dzenlemek iin tklatn

4/17/12

BYOMALZEMEdersi

POLMERKBYOMALZEMELER


2/122

4/17/12

ndekler

Tanmlar

Polimerizasyon ve Temel YaplarPolimerizasyon

Temel yaplar

Yapsal Deiimlerin Malzemelerin zellikleri zerineEtkileri

Biyomalzeme Olarak Kullanlan Polimerler

PVC, PE, PP, PMMA, PS ve kopolimerleri, Poliesterler,Poliamidler (Naylon), Florokarbon Polimerler, Kauuk,Poliretanlar

Biyobozunur Polimerler


3/122

4/17/12

Tanmlar 1;

Polimer: Monomer isimli kk molekllerin

kimyasal balarla birlemesi sonucu oluan ikiveya boyutlu molekler yaplardr (Cardarelli,2008).


4/122

4/17/12


5/122

4/17/12

Tanmlar 1;

Biyomalzeme: Canl sistemlerde bir fonksiyonun

veya bir parann yerini tutabilecek; salam,gvenilir, ekonomik ve fizyolojik olarak vcuttarafndan kabul edilebilir malzemelerdir (Henchand Erthridge, 1982).

Biyouyumluluk: Kullanlan malzemenin, uygulamaesnasnda ev sahibi sisteme, uygun cevapverebilme kabiliyetidir.

Biyobozunma: Biyomalzemenin biyolojik ortamierisinde; su, enzimler veya metabolik aktivite iletoksik rnler vermeden paralanmasdr.


6/122

4/17/12

Tanmlar 2;

Biyobozunur Polimerler: Vcutta hidroliz veya enzimler

yardmyla bozunarak, metabolik yollarla atlan ya dakullanlabilen malzemelerdir.

Biyoresorbable Polimerler: Herhangi bir polimer deiimi

veya molekler ktlede azalma olmakszn yeniden emilebilirpolimerlerdir. Toksik etki yaratmazlar.

Biyoerozyon: Yapnn yzeyden paralanmasdr. Aa

kan rnler, olduka byk molekllerdir.

Degredasyon: Yapnn paralanarak, kk molekllerednmesidir. Ana degredasyon mekanizmalar; hidroliz,enzimatik bozunma ve znmedir.


7/122

4/17/12

Polmerlern Snflandrlmas 1

1. Molekl arlklarna gre:

Oligomerler(Molekl arl 500-600 g/mol.civarnda)

Intermediateler

Makromolekller

1. Sentez ekillerine gre:

Doal Yar-sentetik

Sentetik


8/122

4/17/12


4. Sentez reaksiyonlarna gre: Katlma reaksiyonu

Kondenzasyon reaksiyonu

5. Zincir yapsna gre: Dorusal (linear)

Dallanm

apraz bal

6.Termal davranna gre: Termoplastik


9/122

4/17/12


7. Monomer trne gre: Homopolimer (Tek bir monomer biriminin tekrarlanmas)

Kopolimer (ki monomer karmndan oluan )

8. Polimerin kat yapsna gre: Kristalin

Amorf(ekilsiz)

9.Yan gruplarnn diziliine gre: zotaktik

Sindi otaktik


10/122

4/17/12

Zncr yaplarna gre polmerler

ekil 1: Zinciryaplarna gre

polimerlera) Dorusal Zincir

a) Dallanm Zincir

a) apraz BalZincir

a) As YapdaZincir


11/122

4/17/12

Polimerler;

zincirleri belli bir dzende biraraya geliyorlarsa kristalin,

belli bir dzende bir arayagelmiyorsa amorf

polimer olarak snflandrlr.

*Bir polimere kristalin denmesi iin

ekil 2: Bir polimerde yer alanamorf ve kristalin blgeler

% 5-10 kristallikte malzeme esnektir. % 20-60kristallikte ise malzeme toktur. %60-80 kristallikte iseyap sert ve dayankldr. Bu kristal polimerler belli bir

ergime scaklna sahiptirler. Tg stnde


12/122

4/17/12

Termoplastik bir malzemenin scakl arttkayounluu azlr,spesifik hacmi byr; yani molekl segmentleribirbirlerinden

uzaklamaya balarlar. Belli bir scakla ulaldndamoleklsemenden hareket etmeye balarlar. te buscaklaCams Gei Scakl (Tg) denir. Tg scaklnnzerinde malzemelerin molekllerini canl molekllerolarak ta nitelendirebiliriz. Bu scakln zerindekimalzemeyi krmadan bkmek ve malzeme zerinetork uygulamak mmkndr.


13/122

4/17/12

D k kl kl d k i t li l l i


14/122

4/17/12

Dk scaklklarda kristalin malzemelerinyounluk deiimi amorf malzemelere benzer.Aradaki fark kristalin malzemelerde erimescaklnn olmasdr. Kristalin malzemelerdeerime scaklna ulaldnda kristal yapparalanmaya balar. Bu da younlukta ani birazalma (spesifik hacimde byme ) meydana

getirir. Tm'nin zerindeki malzeme sv haldedirve scakln viskoziteye etkisi ok azdr. 100 %kristalin yapya sahip polimer mevcut deildir.Kristalin olarak adlandrlan malzemelerde dekristal blmleri birbirine balayan blgeleramorf yapya sahiptir. Malzemenin kristallik oranyksek ise (>60%) Tg'nin etkisi ok azdr,dolaysyla malzemenin sertlii fazla deimez.

Malzemenin kristallik oran dk ise (


15/122

4/17/12


16/122

4/17/12

Polmer Uzunluu

(A)nA:Tekrarlananpolimer birimi

n: Zincirdetekrarlanan birimsays

rne

in;

ekil 3: Poliasetilen zinciri

PE

vBurada n ' polimerizasyon derecesi olup bir polimer

zincirindeki monomer saysn ifade eder.vPolimerizasyon derecesi n= 10.000 hatta daha bykdeerlerde olabilir.vPE iin polimerizasyon derecesi (DP), 10000 ila 700000g/mol arasnda deien ortalama molekl arlna balolarak 3500-25000 arasnda deiir.


17/122

4/17/12

Molekl arl: Bir polimer moleklndeki herbiratomun arlnn toplamdr.

Mn : Sayca ortalama molekl arl

M

w : Arlka ortalama molekl arl

M

v : Viskozite ortalama molekl arl

M

z : kelti ortalama molekl arlMw arttka mekanik deerler artar, akkanlk


18/122

4/17/12

Mw ve M

n deerleri polimerler iin ok nemli

iki parametredir. nk bu iki deerin oran

polimerin oklu dalm endeksi de denilenheterojenite endeksini (polydispersity index orheterogenity index) (HI) verir ve genellikle;

Mw > M

n

olur.

HI= Mw / M

n


19/122

4/17/12

Heterojenite indeks (HI)=1 Doal Polimer

Heterojenite indeks (HI)>1 Sentetik Polimer

ekil 4: Bir doal polimer olarak

DER

ekil 5: Bir sentetik polimer olarak PVC bazl yapayKL


20/122

4/17/12

Doal ve Sentetk PolmerlernSnflandrlmas

Polimer

Doal

Polipeptidler,proteinler,

polinkleotidlerPolisakkaritler

Zamk ve kauuklar

Elastomerler

Sentetik

Elastomerler

Termoplastikler

Termosetler

Tablo 1: Doal ve sentetik polimerlerin snflandrlmas (Cardarelli,2008).


21/122

4/17/12

Polmerzasyon1

Dk molekl arlkl monomerlerden yksek molekl

arlkl polimerler olumas iin gerekleen kimyasal

reaksiyonlar btndr.

Katlma Polimerzasyonu Younlama

Polimerizasyonu

(Addition & Chain-GrowthPoymerization)

(Condensation & Step-GrowthPoymerization)

yonik Radikali

k

Koordinasyon

kompleksi


22/122

4/17/12Katlma Polimerizasyonu

Polmerzasyon2

ekil 6: Vinil klorrn katlma

K t l P l


23/122

4/17/12

Katlma Pol mer zasyonu(devam)

Tablo 2: eitli monomerlere ait katlma

polimerizasyonlar


24/122

4/17/12Younlama Polimerizasyonu

Polmerzasyon3

ekil 7: Teraftalik asit ve etilen glikolnpolimerizasyonu

Y l P l


25/122

4/17/12

Younlama Polmerzasyonu(devam)

ekil 8: Poliamid (naylon)polimerizasyonu

o n ama o mer as on


26/122

4/17/12

Tablo 3: Younlama polimerizasyonu ile retilenbaz polimerler

o un ama o mer zasyonu(devam)

P l


27/122

4/17/12

Polmerzasyon4

Polimer zincirinin uzunluu, reaksiyon scakl,

basnc,katalizr miktar ve katalizrn uygulama sresi

kontrol edilerek ayarlanmaktadr.

ekil 9: Polimerizasyonun ematik gsterimi

P l


28/122

4/17/12

Polmerzasyon5

ekil 10: Dorusal zincirli polimer

Polmerzasyon


29/122

4/17/12

Polmerzasyon6

ekil 11: a raz ba l olimer


30/122

4/17/12

KoordinasyonBalar

Metalik Balar

Dispersiyon

Kuvvetleri

Hidrojen Balar

Polmerzasyon7


31/122

4/17/12

Sentetik polimerik malzemeler;

tek kullanmlk medikal malzeme,

prostetik malzeme,

dental malzeme

implant,

yara rt materyali,

ekstrakorporal cihaz,

enkapslant,

ila salm sistemi

doku mhendislii rnleri


32/122

4/17/12

kolay ilenebilirler,lateks, film, tabaka, iplik gibi farkl

ekillerde retilebilirler,

modifiye edilmeye uygundurlar,grece ekonomik maliyete sahiptirler,

istenilen mekanik ve fiziksel zellikler

kazandrlabilir.

Bu zellikler:

biyouyumluluk,

Polimerik malzemelerin, metal ve seramikmalzemelere gre avantajlar aadaki gibidir:


33/122

4/17/12

zellik Tanm

BiyouyumlulukNon-karsinojenik, non-pirojen, non-

toksik, non-alerjik yant

Sterillenebilirlik Otoklav, kuru s, Eto, radyasyon

Fiziksel zellik Dayanm, elastiklik, gerinim

lenebilirlik Eritme, ekstrzyon, fiber eklinde

Tablo 4: Biyomedikal polimerlerin sahip olmas gerekenzellikler (Ikada, 1989).


34/122

4/17/12Byomalzeme Olarak Kullanlan

Polmerler1

Gnmzde yzlerce polimer kolay birbiimde sentezlenebilse de ilerinden ok

az (10-20) tek kullanmlk veya uzun

mrl medikal malzemeler olarakkullanlabilmektedir.


35/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak KullanlanPolmerler 2

Medikal uygulamalarda uygun malzeme seimi

yaplrken;

biyouyumluluk

biyobozunurluk

hcre etkileimi

zelliklerine dikkat edilir.

Byomalzeme Olarak Kullanlan


36/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak KullanlanDoal Polmerler 1

Tablo 5: POLMERLER

Polimer Bulunduu Yer FizyolojikFonksiyonu

pekEklembacakllar

sentezler Koruyucu

Keratin Sa Termal yaltm

KollojenBa Dokusu (tendon,

deri) Mekanik destek

Jelatin Ksmen Amorf Kollojen Endstriyel rn

Fibrinojen Kan plazma proteini PhtlamaElastin Boyun balar Mekanik destek

Aktin Kas Hareket

Miyozin Kas Hareket


37/122


38/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak KullanlanDoal Polmerler 3

Tablo 7: POLNKLEOTDLER

Polimer BulunduuYer FizyolojikFonksiyonu

Deoksiribonkleikasit (DNA) Her yer Protein sentezi

Ribonkleik asit(RNA) Her yer Protein sentezi

Jelatn 1


39/122

4/17/12

Jelatn 1

Triptofan dndaki tm temel aminoasitleri ierir.

Kollojenin hidrolizi ile elde edilir.

Vcut proteinlerine benzer yapda olduuiin dk immnojenisiteye sahiptir.

Suda znen ve znmeyen formlar vardr.

Suda znmeyen formlar hidrojel olarak dakullanlmaktadr.

Jelatn 2


40/122

4/17/12

Jelatn 2

ekil 12:Jelatininkimyasalyaps

ekil 13: Jelatin ilakapslleri

Elastn 1


41/122

4/17/12

Elastn 1

Ba dokusunun temel esi olan skleroproteinlerindenbirisidir.

apraz baldr.

Esnektir.

Dermiste %5 orannda bulunur.

Sentetik olarak da retilir.

Porlu ve elastik bir yaps oldu u iin doku iskelesi,


42/122

4/17/12

Elastn 2

ekil 14: Elastinin bulunduu yerler ve ba

Elastn 3


43/122

4/17/12

Elastn 3

ekil 16: Zimmer nkollojen ve elastin ieren

yara yamalar

ekil 15: Yalanmaya

kar elastin

pek 1


44/122

4/17/12

pek1Yksek oranda glisin ve kovalent peptid balar ierdiindenok dayankldr.

rmcek ipei ok elastiktir ve

yksek oranda su absorbe edebilir.

Biyobozunurdur.

Biyouyumludur. Hafiftir

Mkemmel mekanik ve termal zelliklere sahiptir.

Sahip olduu zelliklerden dolay sinir hcre tedavisindekullanmna allmaktadr.

*pek reten genler maya ve bakterilere aktarlm, bu

sa ede daha ksa srede daha ok rn elde

pek 2


45/122

4/17/12

pek2

ekil 17: pek zincirinin yaps

pek 3


46/122

4/17/12

pek3

ekil 18: Silikon-ipek elektronikimplant

ekil 19: Sinir hcre bymesi iingelitirilen ipek fiberler

Kollojen 1


47/122

4/17/12

Kollojen 1

ECMnin ana maddesidir.

Biyobozunurdur.

ekme dayanm yksektir.

Baz ktle transfer limitasyonlarna sahiptir.

ok farkl formlarda (film, membran, snger, fiber)retilebilirler.

Sentetik, doal polimerler ve seramik malzemelerle kompozitoluturularak kullanlr.

Yara rt materyali, yama malzemesi, damar grefti ve dokuiskelesi olarak kullanlmasnn yansra, yumuak ve sert doku

uygulamalarnda ve ila salm sistemlerinde kullanlr.

Kollojen 2


48/122

4/17/12

Kollojen 2

ekil 20: Kollojenin yaps

Kollojen 3


49/122

4/17/12

ekil 22: Permacol Biyolojik Deri mplant

ekil 21: Yz kemii tedavisinde veyumuak doku rekenersayonundakullanlan apraz bal jel kollojen

Kollojen 3


50/122

4/17/12

Ktn 1

Bir polisakkarittir.

Yar-kristalin morfolojiye sahiptir.

Sellozdan sonra doada en ok bulunanbiyopolimerdir.

Hidrofiliktir.

Doal bir polimer olan kitinin alkalin deasetilasyonuyla


51/122

4/17/12

Ktn 2

ekil 23: Kitininkim asal a s

Ktosan 1


52/122

4/17/12

Ktosan 1

Biyouyumludur.

Biyobozunurdur.

Pozitif ykl olduu iin hcreler tarafndan ok sevilir.

n-vitro antioksidan etkiye sahiptir.

Monomerler genellikle toksiktir ama kitosan non-toksiktir.


53/122

4/17/12

Ktosan 2

ekil 24: Kitosann kimyasal

yaps

4Ktosan 3


54/122

4/17/12

ekil 25: Kitosan doku iskeleleri

4Nasta 1


55/122

4/17/12

Nasta 1

Bitkilerde depolanan ana karbonhidrattr.

En ok msr, patates ve pirinten elde

edilir.

Btn niastalar iki glukan

polimerinin (amilopektin ve amiloz)

farkl kopolimerleridir.

Su alp, iebilme zellii vardr.

4Nasta 2


56/122

4/17/12

Nasta 2

ekil 26: Niastann

4

l l k ll l l


57/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak Kullanlan DoalPolmerlern Avantajlar

Biyolojik ortamdaki molekllere byk benzerlikgsterirler veya aynsdrlar.

Sentetik polimerlerde karlalan toksisite vekronik iltihaplanma sorunlar yoktur.

Biyolojik ortamdaki enzimlerle kolaylklabozunurlar/degrede olurlar (Bu madde geiciuygulamalar iin avantajdr.).

4Byomalzeme Olarak Kullanlan Doal


58/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak Kullanlan DoalPolmerlern Dezavantajlar

Baklk sistemini uyarrlar/immnojeniktirler.

Sentetik polimerlerden daha karmak bir yapya sahipolduklarndan teknolojik manplasyonlar zordur.

Biyolojik enzimlerle bozunurlar/degrede olurlar (Bu maddekalc uygulamalar iin dezavantajdr.).

zellikle protein yapda olanlar yksek scaklktabozunduu iin, eriyik ekstrzyon gibi yksek scaklkgerektiren ileme teknikleri ile ekillendirilemezler.

4Byomalzeme Olarak Kullanlan


59/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak KullanlanSentetk Polmerler 1

Poli (hidroksi alkonatlar)

Poli (hidroksi alkonat) (PHA)

Poli (hidroksi btirat) (PHB)

Poli (hidroksi vaterat) (PHV)

Poli ( -hidroksiasitler)

Poli (L-laktik asit) (PLA) Poli (L-glikolik asit) (PGA) Poli (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA)

Bakterilertarafndan

sentezlendiklerizaman doal

polimerlergrubuna girerler.

4Byomalzeme Olarak Kullanlan


60/122

4/17/12

Byomalzeme Olarak KullanlanSentetk Polmerler 2

Poli ( - kaprolakton) (PCL)

Polianhidrit

Polifosfozen

Polivinilklorr (PVC)

Polietilen (PE)

Polipropilen (PP)

Polimetil metakrilat (PMMA)

Polistiren (PS)

4Poli ( - kaprolakton) (PCL) 1


61/122

4/17/12Ester balarnn hidrolizi ile degrede olan biyobozunur

bir polimerdir.

ECM ile etkilemez.

Hidrofobiktir.

Hcre yapmas ve remesi ok desteklemedii iin

kompozit malzemelerle birlikte kullanlr.

Degredasyon sresi ~ 3 aydr.

-

Poli ( - kaprolakton) (PCL) 1



62/122

4/17/12


Alifatik polyester ailesinin nemli bir yesi olanpolikaprolakton (PCL) yarkristalin bir poliesterdir ve -kaprolaktonun halka

almas polimerizasyonu ile elde edilir. PCL. kolaycaproses edilebilen, birok organik zc ierisindeznebilen. dk erime noktasna (55-60C) ve camsgei scaklna (-60C ) sahip bir polimerdir. PCL ve

kopolimerlerinin bozunma mekanizmas PLA'nnkinebenzer ekilde iki aamada gercekleir. nce hidrolitikesterler krlr ve oligomerik trlerin difzyonu nedeniylede arlk kaybna urar. Yksek molekl arlkl PCL'nin(Mn> 50000) bozunumu olduka yava olup dokudan

tamamen ayrlmas 3 yl almaktadr. Dk degradasyon



63/122

4/17/12


ekil 27: PCL kemikvidas

ekil 28: PCL dizprotezi

4o a - o-g o as(PLGA) 1


64/122

4/17/12

o a o g o as(PLGA) 1

Biyouyumluluu yksek, biyobozunur bir polimerdir.

PLA ve PGA deriimlerine bal olarak bozunma, esneklikv.b. zellikleri ayarlanabilir.

Su ierii dktr.

Polimerizasyon srasnda D- ve L- izomerlerinin kopolimerleriformlarnda sentezlenebilir.

Medikal uygulamalar iin FDAden onay alabilmi teksentetik polimerdir.

4

Pol (laktk-ko-glkolk ast) (PLGA) 2


65/122

4/17/12

Pol (laktk-ko-glkolk ast) (PLGA) 2

ekil 29: PLGAnn kimyasalyaps

Kopoliesterler arasnda en ok aratrma yaplan polimerlerdir. Hem L- hem de D,L-laktidler kopolimerizasyonda belirli oranlarda kullanlmaktadr. 25-75 yapsndakipoli(L-laktd-ko-glikold) amorf bir polimerdir. 50-50 poli(L-laktd-ko-glkold)hdrollitik adan olduka kararszdr ve hidrolitik degradasyona karsdirenci kopolimerin yapsal oranna belirgin bir biimde baldr . Homopolmerlerlekarlatrldnda kopolimerlerin hdrolitik olarak daha kararsz olduugzlenmitir, rnein 50-50 poli(D,L-laktd-ko-glkold) yaklak olarak 1-2 aydadegrade olurken 75-25 poli(D,L-laktid-ko-glkolid) 4-5 ayda ve 85-15 pol(D.L- laktd-ko-glikolid) 5-6 ayda degrade olmaktadr. PLGA ester balarnn hidrolizi le ktleerozyonuna urar ve degradasyon hz LA/GA oranna, molekl arlna ve

matrksin yap ve ekline baldr. Biyouyumlu bu polimerlerin ilgi ekmesininnedenleri arasmda FDA tarafndan nsanlarda kullanmnn onaylanmas, eitli yapve trlerde proses edilebilirlii, degradasyon hznn kontrol edilebilirlii vebiyobozunurluu yer almaktadr. eidi oranlardaki poh(L-laktid-ko-glkold)kopolmerleri mkrokre, mikro kapsl, nano kre ve nano fiber gibi kontroll ilasalnm sistemleri ile monoflament strler gibi biyomedikal rnlerin retimindekullanlmaktadr. PLGA ayrca yksek hcre tutunmas sergiler ve tutunan

hcrelerin geliimini srdrebilmesi nedeniyle doku mhendislii uygulamalarndaska kullanlr.

4Pol (laktk-ko-glkolk ast)


66/122

4/17/12

Pol (laktk ko glkolk ast)(PLGA) 3

ekil 30: PLGA ila ta c

4Pol (lakt k-ko-gl kol k as t)( G )


67/122

4/17/12

o ( a o g o as )(PLGA) 4

ekil 31: PLGA nanopartikller

4Poletlen glkol (PEG) 1


68/122

/17/12

Poletlen glkol (PEG) 1

Kat ve sv formlar vardr. Etilen oksitin polimerizasyonu ile retilir

ok dkten ok yksek molekl arlna kadar genibir molekl arl aralnda sentezlenebilir.

Polimerlerin yzey modifikasyonlarnda ve antijenmaskelemede kullanlr.

Biyobozunur deildir.

Biyouyumludur. - Esnektir.

Non-toksiktir. - Hidrofiliktir.

-

4/Poletlen glkol (PEG) 2


69/122

/17/12

Poletlen glkol (PEG) 2

ekil 32: PEGin kimyasal yaps

ekil 33: la tama kapasitesini arttrmakamacyla PEGle kaplanan misel

4/

Poletlen (PE) 1


70/122

/17/12

5 farkl younluk grubunda retilebilir: UHMWPE (Ultra high molecular weight

polyethylene)

HDPE (High density polyethylene)

LDPE (Low density polyethylene)

LLDPE (Linear low density polyethylene)

VLDPE (Very low density polyethylene)

4/

Poletlen (PE) 2


71/122

/17/12

ok eitli olmalar farkl koullarnda (scaklk,

basnv.b) retilmeleri ve ilenebilmelerineolanak salar.

Kolay sterillenebilirler.

Esnektirler.

ASTM (American Society for Testing and Materials)F981, F639, ve F755 standartlarna uygundur.

Hafif olduklar iin kala protezlerinde, eklem

4/Poletlen (PE) 3


72/122

/17/12

Poletlen (PE) 3

ekil 34: PE bir omuz implant

Tbbi uygulamalarda yksek-younluklu polietilen (PE)kullanlr. nk, alak-younluklu PE sterilizasyon

scaklna dayanamaz. PE,tp formundakiuygulamalarda vekateterlerde, ok yksek

molekl arlkl olanysa

4/Polmetl metakrlat (PMMA)


73/122

/17/12

Polmetl metakrlat (PMMA)(Pleksglass) 1Biyouymludur.

effaf ve yksek mukavvemetlidir.

Cams gei scakl 105C olan amorf bir polimerdir.

Seyreltik alkali ve inorganik zeltilere kar

dayankldr.

Di dolgularnda, diyaliz membranlarnda, okler

lenslerde, kontakt lenslerde ve kemik imentolarnda

4/Polmetl metakrlat (PMMA)


74/122

/17/12

(Pleksglass) 2

ekil 35: Kontakt lens (lk

ticari marka: Solexlens)

ekil 36: Gzenekli kafatasimplant

PMMA (polimetil metakrilat),hidrofobik. dorusal yapdabir zincir polimeridir. Odascaklnda cams haldebulunur. Lucite ve Plexiglas

ticari isimleriyle tannr. Ik

4/Polamd (PA) (naylon) 1


75/122

/17/12

( ) ( y )

Biyouyumludur.

Yksek kristaliniteye ve mukavvemete sahiptir.

Su iinde ok abuk bozunur. Bozunmalar hemenzimatik hem de enzimatik olmayan reaksiyonlar

yoluyla gerekleir.Ameliyat ipliklerinde, yumuak doku uygulamalarnda,

kataterlerde ve bantlarda kullanlr.

Naylon (nylon). D Pont tarafndan poliamid ailesine

verilen isimdir. Naylonlar, diaminlerin, dibazik asitlerle

4/Polamd (PA) (naylon) 2


76/122

/17/12

ekil 38: Naylon mikro filamentler

y

ekil 37: Bilgisayarl retim teknikleri ile imaledilmi PA doku iskeleleri

4/Polvnlklorr (PVC) 1


77/122

/17/12

Amorf, sert ve krlgan bir yapdadr.

Cams gei scakl 75~105Cdir.

Erime scakl yksek olduu iin zor ilenmektedir.

Kan ve serum torbalarnda, diyaliz cihazlarnda,kateterlerde, her trl medikal torba ve ambalajdakullanlr.

4/Polvnlklorr (PVC) 2


78/122

17/12

( )

ekil 39: Svtorbalar

ekil 40: Nazalatamanl

endotrekeal tp

PVC, sert ve krlgan

bir malzemeolmasna karn,plastikletiriciilavesiyle yumuakve esnek hale

getirilebilir. PVC,uzun-dnemuygulamalarda,plastikletiricinin

yapdan szmasnedeniyleproblemlere yol aar.Plastikletiricilerdk zehirlilie

sahiptir.

4/Polretan (PU) 1


79/122

17/12

( )

Biyouyumludur.

Mekanik dayanm yksek, sert bir polimerdir.

Kimyasal madde ve yaa kar dayankldr.

Biyomedikal tplerde, damar greftlerinde, kalppompalarnda ve implantlarda kaplama olarakkullanlr.

Poliretanlar, "yumuak" ve "sert" segmentlerclenoluan blok kopolimerlere denir. Kanla

uyuabilirlikleri ok iyi olduundan zellikle kalp-

4/Polretan (PU) 2


80/122

17/12

ekil 41: Silikon kapl poliretan snger memeimplant fotoraf (solda), SEM grnts

(sada)

ekil 42: Ortopedik tedavi amalminder

4/1Polproplen (PP) 1


81/122

17/12

p p

Biyobozunur deildir.

Esnektirler.

Yorulmaya kar dayankl olup, zaman iindedayanm azalmad iin yk binmesinin srekliolduu yerlerde kullanlr.

Ameliyat ipliklerinde, rngalarda, oksijenmembranlarnda kullanlmann yansra; ani basndeiimlerinden etkilenmedii iin damar ve derireftlerinde tercih edilir.

4/1Polproplen (PP) 1


82/122

17/12

ekil 43: Meme

implant

p p

ekil 44: Damargrefti

Polipropilen (PP). PE'ebenzer, ancak daha sertolur. Kimyasal direnci yksek

ve ekme dayanm iyidir.' 4/1HDROJELLER 1


83/122

17/12

J

Suda iebilen, apraz balpolimerlerdir. Sahip olduklar aprazbalar suda znmelerini engeller.

Hidrojellerin su ierii ok yksekolduundan hcrelerde irritasyonaneden olmazlar.

Hidrojellerde, hidrofilik karakterkullanmak zorunludur, ancakhidrofilik molekllerin yanndahidrofobik yapl molekller de

kullanlabilir.

4/1

HDROJELLER 2


84/122

17/12

ekil 45:

Makroporzhidrojelretimi veretilen

hidrojellerin

analizfotoraflar

4/1

HDROJELLER 3


85/122

17/12

ekil 46: Kontakt lens

ekil 47: Hidrojel de genletirir

ekil 48: Yara rt materyali (zellikle kanama riski olan yaralar iin)

4/1

HDROJELLER 4


86/122

17/12

ekil 49: Antimikrobiyal yara rt

4/1

Hdrojellern AvantajlarI


87/122

17/12

Geirgendirler, bu sebeple safszlklar kolaylklayapdan uzaklatrlabilir.

Su alp iebildikleri iin yumuaktrlar.

Srtnme katsaylar dktr.

Mukoza zarna ve dokulara zayf yapma gsterirler.

Su absorblama yetenekleri yksektir.

4/1Byomalzeme Olarak KullanIlan


88/122

17/12

Byomalzeme Olarak KullanIlanHdrojeller

Polihidroksi etil metakrilat [Poli (HEMA)]

r: kontakt lens

Poli (N-izopropil akrilamid) (PNIPAM)

r: Akll jeller

4/1Sterlzasyon


89/122

17/12

Polimerler, seramik ve metallere gre daha dk kimyasal vetermal kararlla sahip olduu iin geleneksel yntemlerlesterilizasyonlar zordur. Bu sebeple genellikle:

kuru s (160-190C),

otoklav (125130C),radyasyon (10^6 Gy),

etilen oksit frn (Eto) (dk scaklk),

kullanlarak sterile edilirler [Block, 1977].

4/1Yzey Modfkasyonunun


90/122

17/12Byouyumlulua Etks

Hemodiyaliz membralar, tpleri, yapay kalp,

prostetik valf ve yapay damar grefti gibi klinik

uygulamalarda trombus oluumunu engellemek oknemlidir. Uygulamalarda antikoaglant

kullanlmasna karn malzeme yzeyinde hatr

saylr miktarda trombosit depolanmas ve trombusoluumu gerekleir [Branger, 1990].

4/1

Polmerk Byomalzemeler n Fzksel veKmyasal Yzey Modfkasyon MetotlarI 1


91/122

17/12

Kmyasal Yzey Modfkasyon MetotlarI 1

Kana Uyumluluu Salamak in

Yzeye oktadesil grubu tutturmak

Silikon ieren blok kopolimer eklemek

Plazma floropolimer depolanmas

Radyasyonla oluturulmu hidrojeller Heparin benzeri aktivite iin kimyasal olarak modifiye

edilmi polistiren

Hcre adezyonu ve bymesini etkilemek iin Oksitlenmi polistren yzey

Amonyak plazmasyla muamele edilmi yzey

Plazma depolanm aseton veya metanol film

4/1Polmerk Byomalzemeler n Fzksel ve


92/122

7/12

Protein Adsorpsiyonunun Kontrol in, mmobilize polietilenglikolle kapl yzey

Muamele edilmi ELISA plate yzeyi

Afinite kromatografisi partiklleriYzeye apraz- bal kontakt lensler

Kayganl Arttrmak in, Plazma muamelesi

Radyasyonla oluturulmu hidrojeller

Polimerik yapnn iine nfuz etmek

Kmyasal Yzey Modfkasyon MetotlarI 2

4/1

Polmerk Byomalzemeler n Fzkselve Kmyasal Yzey Modfkasyon


93/122

7/12

Anma direncini ve korozyon direncini gelitirmekiin

yon implantasyonu

Elmas depolama

Negatif Ykle yklemek

Tanm zelliklerini deitirmek iin

Plazma depolanmas (metan, floropolimer,siloksan)

Elektriksel zellikleri deitirmek iin

ve Kmyasal Yzey ModfkasyonMetotlarI 3

4/1Hcre ve Proten Etklem n

G l t l K d t Y l


94/122

7/12

Geltrlen Kemogradent Yzeyler

Polimerik malzeme yzeyine kan proteinlerininadsorbsiyon ve desorbsiyon davranlar veya malzemeyzeyinde memeli hcrelerinin farkllamas veadhezyonu malzemenin

slatlabilirlik,

hidrofilisite/hidrofobisite oran,

bulk kimyas,yzey yk ve yk dalm,

yzey przll ve sertliine

4/1Polmerk Byomalzeme retm

T k kl


95/122

7/12

Teknkler 1

Yntemlerin Ortak Noktalar

Balang aamasnda kat pellet veyauzun fiber formunda polimerler kullanlr.

Polimerler, sl ilem uygulanarak veyasolvent iinde zlerek ilenir.

4/17

Polmerk Byomalzeme retmTeknkler 2


96/122

7/12

Teknkler 2

Biyomalzemenin retim yntemi belirlenirken;

gzeneklilik,

spesifik ekil,mekanik dayanm

zellikleri gz nnde bulundurulur.

* 4/17Polmerk Byomalzeme retm


97/122

7/12

yTeknkler 3

Geleneksel (Konvansiyonel) retim Teknikleri

i. zc dkm/parack uzaklatrma teknii

i. Membran laminasyonu

i. Ekstrzyon

i. Gaz kpkletirme

4/17

. z cDkm/Parack


98/122

7/12

Uzaklatrma Teknii 1

Sngerimsi yapdaki biyomalzeme

retiminde tercih edilir.

Gzenek zellikleri ve doku

iskelesinin gzeneklilii,

porojen boyutu, geometrisi ve porojen/polimer(arlka) oranyla ilgilidir.

Kaln bir tabaka halinde hazrlanan zeltilerle

alrken, kullanlan porojen ajan kebilir. Bu 4/17

1. zc Dkm/ParackUzaklatrma Teknii 2


99/122

7/12

Uzaklatrma Teknii 2

ekil 49: zc dkm parack 4/171. zc Dkm/Parack


100/122

7/12

Polimer uygun zelti iinde zndkten sonra

zelti iine porojenler atlr. Oluan bu karm,yapmayaca dz bir yzeye dklr ve zcuzaklatrlr. Bylece iinde porojenlerin bulunduumembran formunda kat polimerik yap elde edilir.Bu yap projen malzemenin iinde znebilecei

herhangi bir zc ile etkiletirildiinde projenyapdan uzaklatrlr. Bu ilem sonrasnda

porojenlerin terk ettii blgeler yapda gzenekolarak kalr.

Uzaklatrma Teknii 3

4/17

2. Membran Lamnasyonu1


101/122

7/12Bu yntem zc dkm/parack uzaklatrma

yntemindeki, 3 boyutlu malzeme retilememesi

probleminin almas iin gelitirilmitir. zcdkm/parack uzaklatrma yntemi ile retilen 2boyutlu malzemelerin (membranlarn) arasna polimeriin uygun olan bir zc srlerek membranlar st stedizilir ve bylece 3 boyutlu ve gzenekli bir yap elde

edilir.

ekil 51: Membran laminasyonu 4/17

2. Membran Lamnasyonu2


102/122

7/12

Bu yntemde st stedizilerek birbirine yaptrlanmembranlarn gzeneklilikzelliklerinin ayn olmas

gerekmektedir.

*Yaptrma iin kullanlanzcnn toksik olmamasgerekmektedir.

ekil 52: Membran laminasyonu yntemiile retilmi biyomalzemeler

4/17iii. Ekstrzyon 1


103/122

7/12

Genellikle endstriyel polimerlerin ilenmesindekullanlr.

ekil 53: Ekstrzyon 4/17iii. Ekstrzyon 2


104/122

7/12

Fiber formunda rn elde edilen bu yntemde, kat haldekipolimer ve porojen ekstrdere beslenir. Ekstrderin iinde

bulunan vida, bir yandan polimer-porojen karmn makinann

kna doru iletirken bir yandan da uygulad sktrmahareketi ile polimerin eriyik haline gemesini salamaktadr.

Polimerin erimesi iin aletin evresinden bir sl ilem de

uygulanabilmektedir. Ekstrderin kna gelen eriyik formdakipolimer ve porojen, basnla dar atlr ve kta bulunan

baln zelliklerine bal olarak farkl kalnlklarda fiber

retimi gerekletirilir.

4/17

iv. Gaz Kpkletirme 1 Gaz kpkletirme yntemi, toksik organik zclerin


105/122

7/12

Gaz kpkletirme yntemi, toksik organik zclerindezavantajlarndan saknmak iin gelitirilen bir yntemdir.Basnla kalplama yntemi ile retilmi olan polimer diskleri,

belirli sreler boyunca yksek basnl CO2ye maruzbraklmaktadr.

Bylece polimerik yaplarn CO2 ile etkilemi olan

yzeylerinde kapal gzenekler olumaktadr.

ekil 54: Gaz kpkletirmeyntemi emas

4/17iv. Gaz Kpkletirme 2


106/122

7/12

Bu yntem yzeylerin gzeneklendirilmesi iinuygun olmakla beraber, biyomalzemelerinounda tercih edilen isel balantl gzenekyapsnn olumasn salayamamaktadr.

ekil 55: Gaz kpkletirme yntemiyle retilmi gzenekli malzeme

4/17

v. Faz Ayrm 1


107/122

7/12

Polimerik zeltiler soutulduklarnda iki ayr fazaayrlmaktadr: polimerce zengin faz ve polimerce yoksulfaz (zc faz).

zc faz yapdan uzaklatrldnda geriye polimercezengin faz kalr ve bu faz katlatrlarak malzemeoluturulur.

Sv-sv faz ayrmnda; polimer, dk donma noktas

scaklna sahip ve kolay sblimleen bir zc iindeznr ve sonrasnda bu zelti, zcnn donmanoktasnn altna soutulur. Donan zc yapdanvakumlu kurutma ile sblimletirilir. Bylece gzeneklimalzemeler retilmi olur.

4/17

v. Faz Ayrm 2


108/122

7/12

Kat-sv faz ayrmnda ise polimer uygun

zcsnde zndkten sonra sistem soutulur.Bylece zc kristalizasyonu balatlm olur vesv faz ierisinde kat oluur. zc kristalleriyapdan vakumlu kurutma yntemi ile

uzaklatrldnda geriye gzenekli malzeme kalr.

Faz ayrma koullar manipule edilerek eitli ekilve byklkte gzeneklilik elde edilebilir.

4/17

vi. Eriyik Kalplama 1


109/122

/12Kat haldeki polimer (genellikle pellet formunda) ile

porojen (genellikle toz halinde) kartrlp bir kaba dklr.

Isl ilem uygulanarak hedeflenen 3 boyutlu yap oluturulur.

ekil 56: Farkl sistemlerde uygulanan eriyik 4/17

vi. Eriyik Kalplama 2


110/122

/12

Oluan bu boyutlu yap, projenin zlebileceibir zeltiye konur ve en sonunda boyutlu porzbir yap elde edilir.

ekil 57: Eriyik kalplamayntemi ile retilmi

gzenekli malzemeler

4/17/

vii. Dondurarak Kurutma 1


111/122

/12

Snger formundaki

gzenekli, 3 boyutlumalzemelerin retimi iinkullanlan bu yntemde

hazrlanan polimerzeltileri uygun artlaraltnda kademeli olarak

dondurulmakta,sonrasnda donmu olanmalzemeler dondurarak

kurutma cihaznayerletirilmektedir.

ekil 58: Dondurarak kurutma cihaz emas

4/17/

vii. Dondurarak Kurutma 2


112/122

/12

Vakum altnda ve dk scaklklarda altrlan

bu cihaz, eitli stma soutma protokolleriuygulayarak donmu olan zcnnsblimlemesini ve daha sonrasnda cihazn iduvarlarnda youmasn salamaktadr.

Bu yntemin en byk dezavantaj retilenmalzemenin d yzeyinde sert bir tabakaolumasdr. nk oluan bu tabaka malzemede

difzyon kstna neden olur.

4/17/

Polmerk Byomalzeme retmT k kl


113/122

/12Teknkler 4

Bilgisayar Destekli retim Teknikleri (CAD)

I. Fused Deposition Modelling (FDM)

I. Selective Laser Sintering (SLS)

I. Three Dimentional Printing (3DP)

I. Stereolithography (SLA)

4/17/

I. Fused Deposition Modelling(FDM) 1


114/122

/12

( )

Bu yntemde polimere sl ilem uygulanarakpolimer eriyik hale getirilir.

Eriyen polimer yn, bir balktan aktlarakfiberler elde edilir.

Bu balk, bilgisayarda hazrlanan tasarma uygun

olarak fiberleri belli bir uzunlukta keser ve belli birdzende dizer.

Bu ilem katman katman devam ettiinde

4/17/

I. Fused Deposition Modelling(FDM) 2


115/122

/12

( ) 2

ekil 59: FDM sistemi emas 4/17/

. e ec ve aser n er ng(SLS) 1


116/122

/12

Bu yntemde, kat fazda bulunan polimertozu bir yzeyedatlr. Sonrasnda x-y dzleminde hareket edebilen birlazer, daha nce bilgisayarda tasarlanan geometriye uygunbir ekilde hareket ederek polimer tozunun zerine lazeruygulamas yapar. Lazere maruz kalan blgelerde scaklkartna bal olarak polimerin erimesi, birlemesi vesonrasnda katlamas gerekleir.

Bylece istenilen geometriye sahip, polimerik birkatman elde edilir. Bu katman zerine tekrar polimer tozuatlp tekrar lazer uygulanarak katman katman istenilengeometriye ulalr.

4/17/

II. Selective Laser Sintering(SLS) 2


117/122

/12

ekil 60: SLS sistem emas

4/17/

III. Three Dimensional Printing(3DP) 1


118/122

/12

(3DP) 1Bu uygulamada polimer tozu bir yzeye datlmakta ve

bir datc modl yardmyla, bilgisayarda datldekilde belli noktalara yaptrc pskrtlmektedir. Bylecekat polimer tozlarnn birleerek belli bir yzey oluturmassalanr. Polimer tozu bu ortama srekli olarakbeslendiinde de, 3 boyutlu istenilen geometriye sahipmalzeme retimi gereklemektedir.

ekil 61: 3DP yntemi ileretilmi seramik

biiyomalzeme

4/17/

III. Three Dimensional Printing(3DP) 2


119/122

/12

( )

ekil 62: 3DP sistem emas

4/17/

IV. Stereolithography (SLA) 1


120/122

12

Ik kullanlarak gerekletirilen stereolitografi retimdzeneinde, ii polimerik zelti dolu olan bir havuz,

bu havuz ierisinde z ekseninde hareket eden birasansr ve x-y dzeneinde hareket edebilen bir UVlazer bulunmaktadr.

Bilgisayarda tasarlanan geometriye gre lazer, zelti

yzeyine uygulama yapmakta ve sonucunda lazerleetkileen noktalar katlamaktadr.

Bu aamadan sonra, asansr aaya doru hareketetmekte ve katlaan polimerik yapnn st bir miktarzelti ile kaplanmaktadr.

Lazer uygulamas devam ettike, malzemenin kalnlartmakta bylece istenilen geometride malzeme retimigereklemektedir.

4/17/

IV. Stereolithography (SLA) 2


121/122

12

ekil 63: SLA siste emas

4/17/1

BTT


122/122

12BTT

BİYOMALZEME dersi Polimerik Malzemeler sunumu

Documents

Transcript of BİYOMALZEME dersi Polimerik Malzemeler sunumu