Introducere Stiinta Materialelor

Universitatea POLITEHNICA din Bucureti Facultatea INGINERIE MEDICAL

TIINA

MATERIALELOR METALICE

Titular curs: S.L.dr.ing. ANTONIAC Iulian Vasile

tiina Materialelor Metalice

CURS 2

Repere istorice

Generaliti, definiii i clasificri

Scurt istoric Omul primitiv a fost probabil primul care a realizat amputarea degetelor i

membrelor, sau nlocuirea dinilor pierdui, dei nu se poate vorbi de o anumit tehnic.

n America Latin a fost descoperit un craniu, datnd din perioada precolumbian, care avea unul din dini nlocuit cu o piatr prelucrat, asemntoare ca form cu dintele pierdut i care era acoperit cu aceeai cantitate de tartru ca i ceilali dini.

Vechii egipteni au studiat, dup cum menioneaz un papirus scris de Imhotep, dislocarea mandibulei, tratamentul fracturilor claviculei, dar i tratamentul fracturilor altor oase. Pe mumii egiptene au fost descoperii dini din aur i filde, fixai de dinii vecini cu srm din aur.

Scurt istoric Hippocrates (400 e.n.), considerat printele medicinei, descrie un dispozitiv de fixare extern pentru o tibie rupt, fcut dintr-o manet de piele, nfurat n jurul gleznei i tibiei rupte, legate cu cel puin patru bee din lemn.

Scurt istoric Petronius (1565): prima menionare privind implantarea de metale pentru

repararea unei fisuri a cavitii bucale cu o plac de aur

Hieronimus Fabricius (1665): descrie utilizarea srmelor din fier i bronz pentru custuri.

Pujol i Icart (1775): certurile aprute ntre aceti doi chirurgi pe tema fixrii interne,. Primul se mpotrivea acestei fixri, pe cnd Icart utiliza srme de alam pentru fixarea fracturilor osoase.

Maggiolo, n (1809): descrie primele implante dentare endoosoase, din aur, n tratatul Manual de art dentar.

Scurt istoric

H.S. Levert (1829): efectueaz primul studiu despre utilizarea materialelor de implant n experimente pe animale. El implanteaz n cini aur, argint, plumb i platin, sub form de srm, observnd c cel mai puin interesat de coroziune este platina.

Lister (1860): introduce tehnica operatorie

aseptic, care a revoluionat chirurgia. Astfel, majoritatea specialitilor apreciaz c rata mortalitii datorit infeciilor chirurgicale a sczut de la 50% la 3%, datorit acestui pionier al descoperirilor tiinifice

E. Gurlt (1862): descrie unele tehnici de reducere

deschis i de fixare intern, privind utilizarea uruburilor, cuielor i srmelor la stabilizarea fracturilor intra-articulare.

H.Hausmann (1886): prima meniune a utilizrii plcilor de osteosintez, din tabl de oel neclit,

fixate cu uruburi.

Scurt istoric

A. Lambotte (1907):

definete osteosinteza: Scopul meu este mai ales studiul suturii osoase, sau pentru a vorbi mai exact osteosinteza.

practic fixarea intern cu plci i cleme externe.

public n 1913 lucrarea Tratamentul operativ al fracturilor, n care elucideaz principiile funcionale ale fixrii interne a fracturilor intra-articulare.

Scurt istoric

W.Lane (1912-1914): descoper tehnica implantrii no touch (fr atingere), care reduce rata infeciilor i ofer posibilitatea observrii fisurilor provocate de coroziunea implanturilor metalice

Sherman (1880-1979): studiaz 55 de plci Lane, observnd integritatea mecanic a plcilor din oel cu vanadiu care au fost extrase dup 30 de ani

Zierald (1924): public un studiu privind reacia esuturilor n contact cu diferite metale

1926: prima utilizare a oelului inoxidabil de tip Cr-Ni (18-8)

Strock (1938): prima utilizare a vitallium-ului, un aliaj pe baz de cobalt

J.C.Burch i H.M.Carney (1839): prima utilizare a tantalului

Maurice Down (1947): prima utilizare a titanului, implantnd plci i uruburi din titan.

Scurt istoric

J.Charnley (Anglia): inventatorul protezei totale de old; descoper cimentul polimeric utilizat pentru fixarea protezelor; utilizeaz pentru prima dat teflonul i polietilena de nalt densitate (HDPE).

Brnemark (Suedia): creeaz, dup 1960, cola din Gteborg, care abordeaz n amnunt problema implanturilor dentare

Grupul AO: introduce n 1958 un set de implanturi ortopedice, mpreun cu instrumentarul aferent, realizate din oel inoxidabil austenitic de tip Cr-Ni-Mo. Tot n acel an, realizeaz i prima protezare de old integral metalic, fr cimentare, componenta femural fiind din aliaj de titan Ti4Al2Sn i componenta acetabular din aliaj Co-Cr-Mo.

Comitetul A.S.T.M. F04: format n 1962 i avnd aproximativ 650 de membri, se ocup cu elaborarea standardelor referitoare la Materiale i dispozitive chirurgicale sau medicale. Comitetul A.S.T.M. F04 a elaborat n jur de 165 de standarde, continund s aib un rol proeminent n toate aspectele referitoare la biomateriale i dispozitive medicale.

Scurt istoric

ROMNIA

realizarea i implementarea primelor implanturi ortopedice metalice - n anii

50 - Prof.Dr.Med. Alexandru Rdulescu, Clement Baciu, Dumitru Pintilie

primele implanturi dentare, executate din oeluri inoxidabile de tip swedion - n 1955 - prof. Valerian Popescu

primele implanturi dentare tip urub i tip lam, precum i prima trus de instrumente necesar implantrii - dr. medic Ovidiu Mrginenu.

brevetarea unor dispozitive ortopedice pentru stabilizarea fracturilor oaselor

lungi - n 1980 - dr.med. Andrei Firic

introducerea unor cursuri specifice din domeniul biomaterialelor i dispozitivelor medicale la diferite faculti - n 2000

Definiii i clasificri

BIOMATERIAL

o substan inert din punct de vedere sistemic i farmaceutic, destinat pentru implantare sau ncorporare n sistemele vii (Universitatea Clemson, S.U.A.)

un material sintetic sau de origine natural, n contact cu esuturile, sngele i fluidele biologice, utilizat pentru reconstrucie, diagnosticare i terapie, fr a genera reacii adverse care s afecteze organismele vii sau componentele acestora (Bruck, 1980)

o substan, alta dect medicamentele, sau o combinaie de substane sintetice sau naturale, utilizate pentru diferite perioade de timp, n vederea tratrii sau nlocuirii unui esut, organ sau funcii umane (Wiliams, 1987)

un material ne-viu utilizat ntr-un dispozitiv medical, n vederea interaciunii cu sistemele biologice (Black, 1992)


BIOCOMPATIBILITATE

este un concept complex care ia n considerare toate procesele care au loc la interaciunea dintre biomaterial i un organism viu.

se definete ca fiind proprietatea unui material de a fi compatibil cu organismele vii, adic de a fi acceptat de o manier definitiv de ctre organism fr a genera reacii adverse i fr a se deteriora chimic sau mecanic.

interaciunea dintre implant i esuturile nconjurtoare nu are voie s induc, prin coroziune sau degradare, liza osoas la nivelul suprafeei, modificri secundare n organism sau o instabilitate de orice natur a implantului.

un rol determinant n caracterizarea biocompatibilitii unui material l au procesele fizico-mecanice, chimice, biologice i cele specifice de suprafa.

Notiuni introductive privind definirea, clasificarea si ciclul materialelor ingineresti

Schema sistemului

materialologic


CLASIFICAREA BIOMATERIALELOR

dup criteriul structural

metalice

ceramice

polimerice

compozite

de origine natural


CLASA DE MATERIALE CATEGORII

* Aur

* Titan

Metale pure * Magneziu

* Platin, Tantal

METALICE

* Oeluri inoxidabile austenitice: tip 316, 316L * Aliaje de titan: Ti4Al6V, TiAl2,5Fe

Aliaje * Aliaje de cobalt: Co-Cr-Mo, Co-Cr-W-Ni

* Aliaje cu memoria formei (Ni-Ti)

* Aliaje preioase i semipreioase

(combinaii de Pt, Zr, Nb, Ta, Ag)


CLASA DE MATERIALE CATEGORII

* Alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2)

* Carbonul (LTI, ULTI, C vitros)

CERAMICE * Porelanul

* Hidroxiapatita

* Sticle ceramice: - Bioglass

- Ceravital


CLASA DE MATERIALE CATEGORII * Nylon

Homopolimeri * PMMA (Polimetilmetacrilat) * HEMA (Hidroxilmetacrilat)

POLIMERI * PE (Polietilen)

* PTFE (Politetrafluoretilen)

Copolimeri * PGL (Acid Poliglicolactic) * Poliuretan

Hidrogeli * PHEMA

* Poliacrilamide

COMPOZITE * Compozite dentare tip polimer-ceramic

* Polimeri ranforsai cu fibre metalice

NATURALE * Colagen

* Chitosan

Materiale compozite

Materiale de origine natural


Dispozitiv medical: un instrument, aparat, unealt, main sau alte articole similare, incluznd orice component, parte sau accesoriu, care se intenioneaz a fi utilizat la diagnosticarea, tratamentul sau prevenirea bolilor, n om sau animale, n vederea acionrii directe cu corpul uman, care nu sunt metabolizate pentru atingerea scopului.

Implant: un dispozitiv medical care nu substituie, ci ajut la vindecarea problemelor medicale aprute, prin stimularea procesului natural de refacere a organelor sau esuturilor umane.

Protez (dispozitiv protetic): un substitut artificial pentru o parte a corpului uman care lipsete sau este bolnav. Rolul protezelor poate fi funcional, atunci cnd urmresc nlocuirea unei componente funcionale a corpului uman, sau estetic, cnd se dorete rezolvarea unor probleme ce in

de aspectul corpului uman.


TIP DE PROTEZ ROL INTERN Articular - de old * funcional - de umr * funcional - de genunchi * funcional - de cot * funcional - de articulaie a minii * funcional

Cosmetic - proteze dentare * estetic i funcional - proteze de sn * estetic - proteze oculare * estetic i funcional

EXTERN - Instalaie de dializ renal * funcional - Membre artificiale * funcional i estetic - Nas artificial * estetic i funcional

- Pr artificial * estetic


BIOMATERIALE IMPLANTE TIP DE IMPLANT

METALICE Oeluri inoxidabile austenitice * Plci osoase, uruburi, tije, Ortopedic Titanul i aliajele de titan srme, discuri intervertebrale, Aliaje Co-Cr proteze articulare Aliaje dentare * Implante i proteze dentare Dentar Aliaje cu memoria formei * Plcue n cutia cranian Neural Aliaje neferoase (Ta, Nb) * Valve de inim, filtre cardiovasculare Cardiovascular

POLIMERICE Silicon * Proteze faciale; nas, ureche, sn i alte esuturi moi Plastic Polietilen * Implanturi i proteze dentare Dentar Nylon * Agent de cimentare Ortopedic Dacron * Inimi artificiale, vase de snge Cardiovascular Teflon * Lentile intraoculare Oftalmologic Polipropilen * Suturi biodegradabile, segmente gastrointestinale Reconstructiv


BIOMATERIALE IMPLANTE TIP DE

IMPLANT

CERAMICE

Alumin * Plci osoase, uruburi, tije, Ortopedic

Sticle ceramice * Componente ale endoprotezelor articulare Ortopedic

Porelan dentar * Lucrri dentare Dentar

Hidroxiapatit

Carbon (grafit) * Plcue n cutia cranian Neural

* Valve de inim, filtre cardiovasculare Cardiovascular

COMPOZITE

C pirolitic- fibre de C * Endoproteze (componente) Ortopedic

Compozite dentare * Aplicaii dentare Dentar

Fosfat de calciu-acid polilactic * Valve ale inimii Cardiovascular


Clasa AVANTAJE DEZAVANTAJE de biomateriale

METALICE Rezisten la traciune Lipsa unei compatibiliti

complete cu mediul fiziologic Rezisten la uzur Nepotrivirea proprietilor

mecanice cu proprietile Rezisten la torsiune sistemului locomotor

Duritate Macrocoroziune, n general Rigiditate Susceptibilitate la coroziune sub

tensiune Rezisten la oc

Definiii i clasificri Clasa AVANTAJE DEZAVANTAJE de biomateriale

CERAMICE Compatibile cu sistemul osos Lipsa unei bune rezistene la

ntindere la oc i la torsiune Rezisten la coroziune n fluide umane Rezisten la compresiune Dificil de fabricat n forme

complicate Rezisten la uzur Lipsa rezilienei Fragilitate

Sensibilitate la fisurare

POLIMERICE Rezilien bun Rezisten la traciune i la

ndoire slab Compatibilitate cu sistemul uman Rat de fluaj mare Uor de fabricat n forme complicate Deformabil n timp

Elasticitate

COMPOZITE Compatibilitate cu sistemele umane Proprieti schimbabile Rezisten la traciune Lipsa rezilienei Uor de modelat Dificil de fabricat

Rezisten la uzur

Revoluionarea biomaterialelor metalice(NSF-USA)

V mulumesc pentru atenie !

Va urma:

CURSUL 3

Introducere Stiinta Materialelor

Documents

Transcript of Introducere Stiinta Materialelor