Βιοϋλικά-Εφαρµογές ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Βιοϋλικά-Εφαρµογές ρ Κων/νος Υφαντής Χειρ. Οδοντίατρος-Προσθετολόγος DDS, MSc Biomaterials ιδάκτορας ΕΜΠ

2 ΒΙΟΫΛΙΚΑ Κάθε υλικό, φυσικό ή τεχνητό, που τοποθετείται, µόνιµα ή προσωρινά, σε επαφή µε το πολύπλοκο περιβάλλον των ιστών του ανθρώπινου σώµατος µε σκοπό την αποκατάσταση της δοµικής ακεραιότητας και της λειτουργίας των ιστών

3 Ιστορική αναδροµή Οι γέφυρες από χρυσά ελάσµατα των Ετρούσκων

4 Η ΡΑΓ ΑΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑΤΙ??? Στοχεύει στη διασφάλιση της υγείας και της ποιότητας ζωής του ασθενή

5 Η ΡΑΓ ΑΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑΤΙ??? Αυξάνεται το προσδόκιµο της επιβίωσης στις ανεπτυγµένες χώρες. Ετήσια αύξηση πληθυσµού 3ης ηλικίας (65+) κατά 2-3%

6 Η ΡΑΓ ΑΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑΤΙ??? υξάνεται ο κύκλος εργασιών των εταιρειών βιοϋλικών ε ετήσιο ρυθµό αύξησης 12-20% 20% ε παγκόσµιο επίπεδο δαπανώνται 10 δισ/ρια euro για γορά ορθοπαιδικών βιοϋλικών ετησίως µε ετήσιο ρθµό ύξησης των πωλήσεων 13%. ι ΗΠΑ ελέγχουν το 52% της παγκόσµιας αγοράς βιοϋλικών αι η Ευρώπη το 25%

7 Η ΡΑΓ ΑΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑΤΙ??? Συνδέονται µε την αλµατώδη τεχνολογική εξέλιξη και την έντονη ερευνητική δραστηριότητα στην επιστήµη των υλικών, στη µοριακή βιολογία, στη βιοπληροφορική, στη ροµποτική κ.α.

8 Η Σχεδίαση και η Κατασκευή των Σύγχρονων Βιοϋλικών είναι το αποτέλεσµα Αρµονικής ιεπιστηµονικής Συνεργασίας και ο ρόλος του σύγχρονου Χηµικού Μηχανικού (Materials Scientist) είναι σηµαντικός

9 Χηµικός Μηχανικός & Βιοϋλικά Στις ΗΠΑ καταγράφεται σε πολλά τµήµατα χηµικών µηχανικών αυξηµένη ζήτηση θέσεων µε αντικείµενο τα βιοϋλικά (Cal Tec, MIT, Univ. of Michigan κ.α.).) Στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια εµφανίζονται ευοίωνες προοπτικές ανάπτυξης βιοµηχανίας βιοϋλικών µε προοπτικές απασχόλησης Χηµικών Μηχανικών

10 ΚΡΑΜΑΤΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΤΕΧΝΗΤΑ ΒΙΟΫΛΙΚΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ

11 ΚΡΑΜΑΤΑ Υψηλήηλεκτρικήκαι θερµική αγωγιµότητα Υψηλό ειδικό βάρος Υψηλή ολκιµότητα/ελατότητα Ηλεκτρονιακό νέφος Υψηλή µηχανική αντοχή Υψηλό σηµείο τήξης

12 ΚΡΑΜΑΤΑ Τιτάνιο (cp-ti) κράµατα τιτανίου (Ti6Al4V) δοντιατρικό αµάλγαµα υτεύσιµα Κράµατα ροσθετικής Οδοντιατρικής για κίνητες και κινητές εργασίες ράµατα Ορθοδοντικής α αγκύλια και σύρµατα

13 Τιτάνιο και Κράµατα Τιτανίου: Οδοντικά εµφυτεύµατα Τα οδοντικά εµφυτεύµατα είναι «τεχνητές ρίζες» κατασκευασµένες από κράµατα τιτανίου που τοποθετούνται χειρουργικά στο οστούν (κόκκαλο) της άνω και κάτω γνάθου µε σκοπό τη στήριξη και συγκράτηση προσθετικών εργασιών.

14 Οδοντικά εµφυτεύµατα: Υψηλά ποσοστά επιτυχίας 94-98% 2-6% Mandible 87-97% Maxilla 3-13% Davarpanah M et al 2003

15

16 Τιτάνιο: Βιοϋλικό εκλογής Μηχανικές ιδιότητες

17 Τιτάνιο ψηλή αντοχή στη διάβρωση και βιοσυµβατότητα Kasemo and Lausmaa 1991 Lausmaa 1995

18 ΟΣΤΕΟΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ... ΤΟ «ΜΥΣΤΙΚΟ» ΤΗΣ ΕΠΙΤΥΧΙΑΣ

19 Aρθροπλαστική ισχίου

20 Πλάκες, καρφιά και βίδες οστεοσύνθεσης για αποκατάσταση καταγµάτων

21 Πλάκες, καρφιά και βίδες οστεοσύνθεσης για αποκατάσταση καταγµάτων

22 ΚΡΑΜΑΤΑ Αµάλγαµα: Κράµα Αg, Sn,, Cu, Zn και Hg Μηχανική συγκράτηση/συγκόλληση Στερεοποίηση 25% µηχανικής αντοχής σε 1 h 100% µηχανικής αντοχής σε µια ηµέρα (24 h). Χρυσός: Υψηλή αντοχή στη διάβρωση Έµφραξη αµαλγάµατος Επένθετο χρυσού

23 Αµαλγάµωση + Hg + + Κράµα Ag γ γ1 γ2 Ηφάσηγ2 (Sn-Hg) είναι ευάλωτη στη διάβρωση

24 Κράµατα Ni-Ti: Ορθοδοντικά σύρµατα

25 Κράµατα Μεταλλοκεραµικής Μεταλλοκεραµική Τεχνική όπτησης κεραµικών µαζών πάνω σε µεταλλικό σκελετό για την κατασκευή ακίνητων προσθετικών εργασιών (γέφυρες, στεφάνες) ατηγορίες κραµάτων εταλλοκεραµικής κ.β. σε Au,Pd,Pt) Κράµατα υψηλής περιεκτικότητας σε ευγενή µέταλλα (High noble metal alloys),60% κ.β. Κράµατα ευγενών µετάλλων (Νoble Metal Alloys),25%,25%κ.β. Κράµατα µε κύρια συστατικά τα βασικά µέταλλα (Predominantly base metal alloys) <25% < 25%κ.β. π.χ. κράµατα Ti, Ni-Cr, Co-Cr Cr

26 Μεταλλοκεραµικές Ακίνητες Προσθετικές Εργασίες Μεταλλοκεραµική Στεφάνη

27 Μεταλλοκεραµικές Ακίνητες Προσθετικές Εργασίες Μεταλλοκεραµική Γέφυρα Κ.. Υφαντής

28 Αγγειακά εµφυτεύµατα (stents)

29 ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ

30

31 ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ Πολυµερές (matrix) Ενισχυτικές ουσίες/πληρωτικά (fillers)

32 Πολυµερές (Matrix) ιµεθακρυλικοί εστέρες π.χ. Bis-GMA, UDMA, TEGDMA O OH O O OH O O O O O O O O O O O NH NH O O O O

33 Ενισχυτικές ουσίες/πληρωτικά (Fillers) Ανόργανοι κόκκοι π.χ. πυριτικό βάριο, πυριτικό ζιρκόνιο αναµεµειγµένοι µε 5-10% κβ κολλοειδές οξείδιο του πυριτίου (0.04 µm) Η κατανοµή και το µέσο µέγεθος των κόκκων επηρεάζει άµεσα τις φυσικοµηχανικές ιδιότητες των συνθέτων ρητινών (composite resins)

34 Αποτυπωτικά Ελαστοµερή Υλικά ισκάριο αποτύπωσης Βιοϋλικό αποτύπωσης Ακρίβεια Σταθερότητα διαστάσεων Υψηλή αντοχή στην απόσχιση

35 ΕΛΑΣΤΟΜΕΡΗ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 1. Πολυµερές δίκτυο a. Πολυµερές ή Προπολυµερές (Multifunctional Pre- Polymer or Polymer) b. Παράγοντας διασταύρωσης (Crosslinking Agent) c. Καταλύτης (Catalyst or Initiator) d. Έκδοχα-Πρόσθετα (Επιταχυντές,Επιβραδυντές, Πλαστικοποιητές, Βελτιωτικά γεύσης, Χρωστικές) 2. Ενισχυτικές ουσίες ( ιασπαρµένη φάση): Πολυµερές (υψηλή συστολή) Ενισχυµένο πολυµερές (χαµηλή συστολή)

36 ΚΕΡΑΜΙΚΑ

37 ΚΕΡΑΜΙΚΑ Βιοαδρανή (Bioinert): ZrO 2, Al 2 O 3, TiO 2, πυρολυτικός άνθρακας Βιοαπορροφήσιµα (Bioresorbable): Β-TCP, HAP,CPC Βιοενεργά (Bioactive): Υαλοκεραµικά

38 Τεχνητές καρδιακές βαλβίδες Πυρολυτικός άνθρακας

39 εταλλοκεραµικές αποκαταστάσεις PFM restorations) Μέτρο σύγκρισης Υψηλά ποσοστά επιτυχίας Γνωστή τεχνική Ικανοποιητική βιοσυµβατότητα Ικανοποιητική αισθητική απόδοση Crispin 1991 Kohal et al 2002 Yfantis C et al 2005 Christensen 2007 Yfantis C et al 2007

40 εταλλοκεραµική στεφάνη: δοντιατρική πορσελάνη (επικάλυψη) και Βασικό κράµα κελετός) λοκεραµική στεφάνη: δοντιατρική πορσελάνη (επικάλυψη) και ZrO 2 (σκελετός)

41 Όψεις πορσελάνης

42 Ολοκεραµικές αποκαταστάσεις Υψηλή βιοσυµβατότητα Υψηλή αισθητική

43 Εφαρµογή βιοαδρανών κεραµικών π.χ. ZrO 2 στην ορθοπαιδική και γναθοπροσωπική χειρουργική

44 Συστήµατα Ηλεκτρονικής Σχεδίασης και Κατασκευής (CAD/CAM systems) 3D Σάρωση γύψινο κολόβωµα ή Κέρινο πρόπλασµα Σχεδίαση CAD ψηφιακή µεγέθυνση σκελετού ατασκευή CAM τόρνευση ηλεκτροφόρηση

45 Tόρνευση ζιρκονίας Μερικώς πυροσυσσωµατωµένης ζιρκονίας (soft machining -sm) Πλήρως πυροσυσσωµατωµένης ζιρκονίας (hard machining - hm)

46 Πυκνότητα (g/cm 3 ) Μηχανική αντοχή βιοκεραµικών Al 2 O 3 >3.93 Hap PSZ 6.1 Σκληρότητα (VHN) υσθραυστότητα (MPa.m -2) 5-6 ~ Αντοχή στη θλίψη (ΜPa) Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Bhushan & Gupta 1991 Suchanek & Yoshimura 1998

47 Τετραγωνικοί κρύσταλλοι που µετατρέπονται σε µονοκλινείς Ισχυροποίηση µε µετασχηµατισµό κρυσταλλικών φάσεων (t m transformation toughening) Τετραγωνικοί κρύσταλλοι Μονοκλινείς κρύσταλλοι Steinbrech 1992

48 F Η κυκλική φόρτιση ευνοεί το φαινόµενο της κόπωσης Ελάττωση αρχικής αντοχής κεραµικού 10 6 κύκλουςφόρτισης έτος Chevalier et al 1999 Studart et al 2007 Wang et al 2007 Rekow &Thomson2007

49 Το υγρό περιβάλλον ελαττώνει την αντοχή των κεραµικών Το κεραµικό αντιδρά χηµικά µε τονερό στην κορυφή της ρωγµής Sherill & O Brien 1974 Morena et al 1986 Michalske & Freiman 1983 Drummond et al 1991

50 Εφαρµογή βιοαπορροφήσιµων κεραµικών στην ορθοπαιδική και γναθοπροσωπική χειρουργική

51 ΒΙΟΑΠΟΡΡΟΦΗΣΙΜΟΤΗΤΑ VS ΒΙΟΕΝΕΡΓΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ

52 Εµβιοµηχανική σύνδεση (Biomechanical fixation) Albrektsson & Wennerberg 2004

53 Επικάλυψη µε πλάσµα Ca-P Κλινικά προβλήµατα (αποφλοίωση,θρυµµατοποίηση, διαλυτοποίηση) Jansen 1999, Le Guehennec et al 2006

54 ΠΟΛΥΜΕΡΗ

55 ΠΟΛΥΜΕΡΗ Οξείδωση (µακροφάγα, µεταλλικά ιόντα κ.α.).) + Κλινική Αστοχία Μηχανική Καταπόνηση (stress cracking!!!)

56 Πολυµερικά Εµφυτεύµατα: Καθετήρες Ουροποιητικού Συστήµατος (stents) Συνεργασία: Oυρολογική Κλινική ΠΠΝΠ, Τµήµα Επ. Υλικών ΠΠ ύκαµπτοι πολυµερικοί αγωγοί ου εγκαθίστανται εντός του υροποιητικού συστήµατος του νθρώπου για την αντιµετώπιση ων λιθιάσεων αλλά και άλλων ροβληµάτων που σχετίζονται µε ην ευχέρεια της ούρησης πχ ειρουργικές επεµβάσεις, ροστατίτιδες κλπ Λίθοι Πλήρης Απόφραξη Λίθοι Νεφροί Ουρητήρες Λίθοι Λίθοι Επικαθήσεις Λίθοι Ουροδόχος Κύστη

57 Πολυµερικοί καθετήρες πεµβατική Καρδιολογία: ιαδερµική νδοαυλική γγειοπλαστική µε:. Περιστροφική Αθηροτοµή 1% περιπτώσεων. Μπαλόνι. Stent (µεταλλικό νάρθηκα) λες οι παραπάνω µέθοδοι παιτούν τη χρήση ολυµερικών καθετήρων

58 Φακοί επαφής PMMA, Poly-HEMA Ενδοφθάλµιοι Φακοί (ενδοφακοί) PMMA

59 Εµφυτεύµατα µαλακών ιστών Σιλικόνες

60 Αγγειακά µοσχεύµατα PTFE PE PET

61 Απορροφήσιµα ράµµατα PGA PE

62 BΙΟΑΠΟΡΡΟΦΗΣΙΜΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ H 2 O H 2 O Υδρόλυση Προσβολή µάζας (Bulk erosion) H 2 O H 2 O Επιφανειακή Προσβολή (Surface erosion)

63 Στόχος: τοποθέτηση οδοντικών εµφυτευµάτων Πρόβληµα: οστική ανεπάρκεια Αντιµετώπιση: Ανύψωση του εδάφους του ιγµόρειου άντρου µε εφαρµογή συµπολυµερούς πολυγαλακτικού και πολυγλυκολικού οξέος.

64 ΟΣΤΙΚΗ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ IΓΜΟΡΕΙΟ ΟΣΤΙΚΟ ΜΟΣΧΕΥΜΑ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑ

65

66 ξελικτική Πορεία Βιοϋλικών Βιοϋλικά 3ης γενιάς Βιοϋλικά 1ης γενιάς ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Βιοϋλικά 2ης γενιάς ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ Βιοαπορροφήσιµα Λειτουργούν σε µοριακό επίπεδο (κλίµακα νάνο) Καθοδηγούν τα κύτταρα προς επιθυµητή απόκριση Εξωσωµατική και in vivo ιστική µηχανική

67 Κυτταρικές και µοριακές αλληλεπιδράσεις: Επίπεδο νάνο Οστίτης ιστός: Επίπεδο νάνο

68 Βιοϋλικά 3ης γενιάς στην Ιστική Μηχανική (Tissue Engineering) Εφαρµογή βιοϋλικών 3ης γενιάς µε σκοπό την αναγέννηση των ιστών έτσι ώστε να επιτευχθεί αποκατάσταση, διατήρηση ή ακόµη και βελτίωση της ιστικής λειτουργίας

69 Ιστική Μηχανική (Tissue Engineering)

70 ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΑΚΡΩΝ: Η ΦΥΣΗ ΜΑΣ Ι ΑΣΚΕΙ

71 Απαραίτητες Προϋποθέσεις για Αναγέννηση Ιστών ΒΙΟΫΛΙΚΟ 3 ης ΓΕΝΙΑΣ ΚΥΤΤΑΡΑ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΙΣΤΟΥ ΣΗΜΑΤΟ ΟΤΙΚΑ ΜΟΡΙΑ

72 ΒΙΟΫΛΙΚΟ 3 ης ΓΕΝΙΑΣ

73 ΚΥΤΤΑΡΑ

74 ΚΥΤΤΑΡΑ

75 In situ Ιστική Μηχανική

76 Eξωσωµατική (In vitro) Ιστική Μηχανική

77 ΤΕΧΝΗΤΟ ΕΡΜΑ ΙΚΡΙΩΜΑ + ΙΝΟΒΛΑΣΤΕΣ

78 Ιστική Μηχανική Κρανιοπροσωπικού συµπλέγµατος τταρα Βιοϋλικό ης γενιάς 3 ης Σηµατοδοτικά µόρια Nakashima & Reddi 2003 Nakahara & Yoshiaki 2007

79 Η σχέση µεταξύ Μ.Β. και Β.Π. είναι δυναµική και αµφίδροµη Το Μ.Β.και το Β.Π. αποτελούν ένα σύστηµα διάβρωσης ΜΕΤΑΛΛΙΚΟ ΒΙΟΥΛΙΚΟ (Μ.Β.).) ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ (Β.Π.).) ΙΑΒΡΩΣΗ (Έκλυση µεταλλικών στοιχείων) ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΦΘΟΡΑ (Μείωση µηχανικής αντοχής- Απόσπαση µεταλλικών σωµατιδίων) ΕΠΙΘΥΜΗΤΗ ΡΑΣΗ (π.χ. οστεοενσωµάτωση οδοντικών εµφυτευµάτων) ΑΝΕΠΙΘΥΜΗΤΕΣ ΡΑΣΕΙΣ (π.χ. αλλεργική αντίδραση)

80 ΜΕΤΑΛΛΙΚΟ ΒΙΟΥΛΙΚΟ ΑΝΤΟΧΗ ΣΤΗ ΙΑΒΡΩΣΗ ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤA Ελαττωµένη έκλυση µεταλλικών στοιχείων εν εµφανίζει τοπική τοξική δράση εν έχει συστηµατική τοξική δράση εν έχει αλλεργιογόνο δράση εν έχει µεταλλαξιογόνο και καρκινογόνο δράση

81 Βιοσυµβατότητα Μεταλλικών Βιοϋλικών Η διάβρωση αποτελεί αναγκαία αλλά όχι ικανή συνθήκη για την εκδήλωση δυσµενών βιολογικών δράσεων. Η βιολογική επίδραση ενός µεταλλικού στοιχείου εξαρτάται από τη βαθµίδα οξείδωσης και την χηµική µορφή του µεταλλικού στοιχείου. Εποµένως, είναι σηµαντικός ο αναλυτικός προσδιορισµός της φυσικοχηµικής µορφής των µεταλλικών στοιχείων (speciation analysis). Ηαποβολήενόςµεταλλικού στοιχείου εξαρτάται από την οδό εισόδου του στον οργανισµό καιορυθµός αποµάκρυνσης του είναι µοναδικός για αυτό

82 Μεταλλαξογόνος/καρκινογόνος δράση µεταλλικών στοιχείων οδοντιατρικών κραµάτων Μεταλλικό στοιχείο Βαθµίδα οξείδωσης Μεταλλαξογόνος /καρκινογόνος δράση Αλλα σχόλια Βηρύλιο Be 0 Be +2 Καρκινογόνο Καρκινογόνο Το ίδιο ισχύει για τα παράγωγα του βηρυλίου. Χρώµιο Cr +3 Cr +6 εν είναι µεταλλαξογόνο Καρκινογόνο Εξαιρετικά δραστικό. Καταστρέφει τα κύτταρα πριν προσεγγίσει τον πυρήνα. Κοβάλτιο Co 0 Co +2 Πιθανώς καρκινογόνο Πιθανώς καρκινογόνο Νικέλιο Ni 0 Ni 2 S 3 NiCl 2 NiSO 4 Πιθανώς καρκινογόνο Καρκινογόνο Ασθενές µεταλλαξογόνο Ασθενές µεταλλαξογόνο

83 Ελεγχος Βιοσυµβατότητας Βιοϋλικών Γενικά, η βιοσυµβατότητα ενός βιουλικού ελέγχεται µε τρεις τύπους βιολογικών δοκιµασιών: Ιn vitroδοκιµασίες (ποιοτική και ποσοτική αξιολόγηση σε κυτταρικό επίπεδο) Ιn vivo δοκιµασίες (δοκιµασίες σε πειραµατόζωα) Κλινικές δοκιµασίες χρήσης (κλινική εφαρµογή του υλικού σε εθελοντές)

84 ιάβρωση Μεταλλικών Βιοϋλικών (ΜΒ & Βιολογικό Περιβάλλον (ΒΠ) Γενικά, το ΒΠ θεωρείται εχθρικό για τα ΜΒ καθώς ευνοεί τη διάβρωση τους.

85

86 Επιφανειακή προσρόφηση πρωτεϊνών Ύπαρξη πληθώρας πρωτεϊνών και αµινοξέων!!!

87 Μακροφάγα: παραγωγή δραστικών προϊόντων του οξυγόνου (ελεύθερες ρίζες)

88 ιάβρωση & Παθητικοποίηση Μεταλλικών Βιοϋλικών Ορισµένα κράµατα όταν εκτεθούν στο διαβρωτικό περιβάλον σχηµατίζουν µια σταθερή, τρισδιάστατη στιβάδα οξειδίων. Η στιβάδα αυτή (παθητική στιβάδα) έχει προστατευτικό ρόλο αφού, για όσο χρονικό διάστηµα παραµένει άθικτη, αποτρέπει την περαιτέρω διάβρωση του κράµατος. Η κραµατική σύσταση επηρεάζει σε σηµαντικό βαθµό τη δοµή και σύσταση της παθητικής στοιβάδας και συνεπώς την αντοχή του κράµατος στη διάβρωση.

89 Στοµατικό περιβάλλον Υψηλή θερµοκρασία- ιακύµανση θερµοκρασίας ιακύµανση ph Σχηµατισµός βιοϋµενίων (biofilms) από οξεοπαραγωγούς και µη µικροργανισµούς (παθογενετικός µηχανισµός τερηδόνας) Μηχανική φόρτιση

90 Μηχανική φόρτιση βιοϋλικών Μηχανικά φορτία Μασητικές υνάµεις: : Ν!!! Κυκλική φόρτιση 10 6 µασητικοί κύκλοι / έτος 2Χ10 6 κύκλοι βάδισης / έτος

91 Κόπωση ιάβρωση ιάβρωση υπό Μηχανική καταπόνηση

92 ιάβρωση & Παθητικοποίηση Μεταλλικών Βιοϋλικών Εντούτοις, από συγκριτικούς ελέγχους διάβρωσης έχει αποδειχθεί ότι: Τα περισσότερα µέταλλα και κράµατα διαβρώνονται in vivo βραδύτερα συγκριτικά µε ισότονο διάλυµα (0,9%) NaCl σε συνθήκες προσοµοίωσης των βιολογικών υγρών. Οι ρυθµοί διάβρωσης των περισσοτέρων κραµάτων ελαττώνονται συναρτήσει του χρόνου.

93 Αυτό συµβαίνει γιατί: ιάβρωση Μεταλλικών Βιοϋλικών (ΜΒ) & Βιολογικό Περιβάλλον (ΒΠ) Η in vitro προσοµοίωση του πολύπλοκου, πολυσύνθετου και συνεχώς µεταβαλλόµενου ΒΠ είναι πολύ δύσκολη αν όχι ανέφικτη. Υπάρχουν πάνω από 50 προτεινόµενα διαλύµατα τεχνητού σιάλου. Από το εργαστήριο µας συνιστάται η εφαρµογή διάλυµα τεχνητούσάλιο1m NaCl και 1Μ γαλακτικό οξύ κατά ISO. Στα βιολογικά υγρά υπάρχουν εκτός από διαβρωτικοί και αντιδιαβρωτικοί παράγοντες, όπως αµινοξέα, πρωτείνες, γλυκοπρωτεΐνες, το ρυθµιστικό σύστηµα των όξινων ανθρακικών (CO 2 /HCO 3 -), το ρυθµιστικό σύστηµα των φωσφορικών (Η 2 P0 4- /PO 4-3 ), το ρυθµιστικό σύστηµα της ουρίας/αµµωνίας.

94 ιάβρωση & Παθητικοποίηση Μεταλλικών Βιοϋλικών

95 Μηχανισµοί ιάβρωσης Στη Στοµατική Κοιλότητα Χηµική διάβρωση Me Me n+ + ne - Ηλεκτροχηµική διάβρωση (γαλβανική διάβρωση, διάβρωση εξαιτίας διαφορικού αερισµού) ιάβρωση υπό µηχανική καταπόνηση ιάβρωση επηρεαζόµενη από µικροοργανισµούς Περικρυσταλλική διάβρωση

96 Ηλεκτροχηµική διάβρωση ηµιουργία γαλβανικών στοιχείων µεταξύ µεταλλικών αποκαταστάσεων χωρίς άµεση επαφή AΝΟ ΟΣ ΣΙΑΛΟΣ ΚΑΘΟ ΟΣ ΠΕΡΙΟ ΟΝΤΙΚΟΙ ΙΣΤΟΙ

97 Γαλβανική διάβρωση Παράδειγµα: έµφραξη αµαλγάµατος (άνοδος) και ένθετο χρυσού (κάθοδος)

98 Γαλβανική διάβρωση Οδοντικό Εµφύτευµα (Τιτάνιο) Κράµα µ/κ στεφάνης ή αµάλγαµα

99 ηµιουργία γαλβανικού στοιχείου εξαιτίας διαφορικού αερισµού O 2 Προϊόντα οξείδωσης χαλκού O 2 Cu +2 Cu

100 ηµιουργία γαλβανικού στοιχείου εξαιτίας διαφορικού αερισµού Ύπαρξη σχισµής µεταξύ µετάλλου και ακρυλικού στην έξοδο ενός αγκίστρου από ακρυλικό σώµα µιας µερικής οδοντοστοιχία

101 ηµιουργία γαλβανικού στοιχείου εξαιτίας διαφορικού αερισµού (β) (α) Καθαρή επιφάνεια Υψηλή συγκέντρωση Ο 2 (Κάθοδος) Κατακράτηση Ο.Μ.Π. Χαµηλή συγκέντρωση Ο 2 (Άνοδος) (α) (β) Κατακράτηση οδοντικής µικροβιακής Πλάκας (Ο.Μ.Π.)

102 Εκλεκτική διάβρωση Αποσάρθρωση κόκκων (Περικρυσταλλική διάβρωση)

103 Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας...