Biomateriály na bázi kovů L. Joska Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství
Historie 1901 - objev krevních skupin, 1905 - první úspěšná transfuze mezi lidmi 1958 - kyčelní kloub na bázi oceli 1965 titanový zubní implantát (Branemark, již v roce 1953 zavádí pojem osseointegrace)
Co umíme? Téměř ano!
Co umíme? Téměř cokoliv! Zdroj National Geographic
Biomateriály obnovují kvalitu života Zdroj National Geographic
Biomateriály obnovují kvalitu života, ale... Zdroj National Geographic
Biomateriály obnovují kvalitu života, ale... Zdroj National Geographic
Totální endoprotéza kyčelního kloubu Sir John Charnley endoprotéza 1962
Proč kovy? Zdroj National Geographic
Proč kovy? Materiálové vlastnosti.
Kovové materiály pro lidské tělo Klinická oblast Použití Materiál Ortopedie Fixace páteře 316L, Ti, TiAlV Fixace kostí klouby 316L, Ti, TiAlV 316L, CoCr, TiAlV Kardiologie Tělo implantovaného umělého srdce Ti Sedla chlopní Kardiostimulátor tělo vodiče elektrody TiAlV Ti, TiAlV NiCo Ti, PtIr Ušní Elektrody stimulující vnitřní ucho Pt Umělý bubínek 316L Stomatologie Protetika AuAgCu(Pt,Pd), PdAgCuAu, NiCr, CoCr, Ti Implantologie Ortodoncie - dráty Ti, TiAlV, NiTi 316L, NiTi, CoCr Obecná chirurgie jehly 304 skalpely stenty oceli legované chromem materiály s tvarovou pamětí (NiTi)
Implantát Materiálově specifické vlastnosti mechanické korozní odolnost biologické Produktově specifické vlastnosti zpracovatelnost vzhled Konstrukce
Materiálové vlastnosti
Produktově specifické vlastnosti materiálů
Vývoj implantátu
Ti kolonizovaný buňkami
Reakce organismu na nový prvek Modul pružnosti
Rigidní protéza
Izoelastická vs. rigidní endoprotéza
Kovy
Ovlivnění vlastností materiálu a produktu mikrostruktura tváření tepelné zpracování legování porézní kovy prášková metalurgie, lisování a spékání biodegradovatelné kovy vrstvy
Mikrostruktura
Vliv směru tváření na mechanické vlastnosti
Ovlivnění mechanických vlastností - krystalizace
Ovlivnění mechanických vlastností - vytvrzování
Diagram Fe-C
Vliv legování na strukturu legování niklem legování chromem
Ovlivnění fázové struktury - legování Přechod a (hexagonální) - b (kubická tělesně centrovaná): 890 C
Ovlivnění fázové struktury - legování titanu hliníkem a vanadem
Biofunkčnost Velké kosti E = 10-20 GPa biofunkčnost = mez únavy/e
Příklady implantátů
Implantáty
Nové trendy
Práškové materiály sintrovaný (A) a leptaný (B) stomatologický implantát titanová pěna
Biodegradovatelné kovové materiály slitiny hořčíku MgAlZn MgMn(Ce,Y,Sc,Gd...) implantát
Biodegradovatelné kovové materiály implantát
Vrstvy TiN, ZrN vytváření technologií PVD (physical vapor deposition) ortopedie - tribologie stomatologie - bariérový a estetický efekt
TiN FR, ph=4,2; 0 ppm F FR, ph=4,2; 10000 ppm F ZrN FR, ph=4,2; 0 ppm F FR, ph=4,2; 500 ppm F
Vrstvy DLC (Diamond-Like-Carbon) uhlík vázaný sp2/sp3 vazbami vytváření technologií PVD ortopedie - tribologie, osseointegrace stomatologie - osseointegrace, bariérový a estetický efekt diamant grafit DLC vazby jen sp3 jen sp2 sp3, sp2 stabilita stabilní stabilní metastabilní mikrostruktura krystalická krystalická amorfní el. vodivost izolant vodič +- izolant
Nanostrukturování povrchu uspořádaná povrchová textura průměr nanometry délka až mikrometry soutěž chemie a elektrochemie
Nanostrukturování povrchu Ti Ti6Al4V
Slitiny s tvarovou pamětí bezdifúzní fázová přeměna spojená s relaxací napětí ekvivalent přeměny austenit - martenzit při kalení ocelí vykazuje řada materiálů Nitinol - slitina titanu s niklem (superelasticita) výroba obtížná
Slitiny s tvarovou pamětí jednocestný paměťový efekt dvoucestný paměťový efekt superelasticita Příklady
Jícnový stent
Jednocestný paměťový efekt
Diagram zkoušky tahem
Diagram zkoušky tahem
Únavové křivky