Universitatea POLITEHNICA din BucuretiFacultatea INGINERIE MEDICALTIINA MATERIALELOR METALICE

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

tiina Materialelor Metalice

CURS 2

Repere istorice

Generaliti, definiii i clasificri

Scurt istoricOmul 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 istoricHippocrates (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 istoricPetronius (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 istoricH.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 tiinificeE. 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 istoricA. 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 istoricW.Lane (1912-1914): descoper tehnica implantrii no touch (fr atingere), care reduce rata infeciilor i ofer posibilitatea observrii fisurilor provocate de coroziunea implanturilor metaliceSherman (1880-1979): studiaz 55 de plci Lane, observnd integritatea mecanic a plcilor din oel cu vanadiu care au fost extrase dup 30 de aniZierald (1924): public un studiu privind reacia esuturilor n contact cu diferite metale1926: prima utilizare a oelului inoxidabil de tip Cr-Ni (18-8)Strock (1938): prima utilizare a vitallium-ului, un aliaj pe baz de cobaltJ.C.Burch i H.M.Carney (1839): prima utilizare a tantaluluiMaurice Down (1947): prima utilizare a titanului, implantnd plci i uruburi din titan.

Scurt istoricJ.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 dentareGrupul 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 istoricROMNIA

realizarea i implementarea primelor implanturi ortopedice metalice - n anii 50 - Prof.Dr.Med. Alexandru Rdulescu, Clement Baciu, Dumitru Pintilieprimele 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 Firicintroducerea unor cursuri specifice din domeniul biomaterialelor i dispozitivelor medicale la diferite faculti - n 2000

Definiii i clasificriBIOMATERIAL

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)

Definiii i clasificriBIOCOMPATIBILITATE

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

Definiii i clasificri

CLASIFICAREA BIOMATERIALELORdup criteriul structural

metaliceceramice polimerice compozitede origine natural

Definiii i clasificriCLASA DE MATERIALECATEGORII

* Aur * TitanMetale pure* Magneziu* Platin, TantalMETALICE* Oeluri inoxidabile austenitice: tip 316, 316L* Aliaje de titan: Ti4Al6V, TiAl2,5FeAliaje * 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)

Definiii i clasificriCLASA DE MATERIALECATEGORII

* Alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2)

* Carbonul (LTI, ULTI, C vitros) CERAMICE * Porelanul

* Hidroxiapatita* Sticle ceramice: - Bioglass- Ceravital

Definiii i clasificriCLASA DE MATERIALECATEGORII* NylonHomopolimeri* PMMA (Polimetilmetacrilat) * HEMA (Hidroxilmetacrilat) POLIMERI * PE (Polietilen) * PTFE (Politetrafluoretilen) Copolimeri* PGL (Acid Poliglicolactic) * Poliuretan Hidrogeli* PHEMA * PoliacrilamideCOMPOZITE* Compozite dentare tip polimer-ceramic* Polimeri ranforsai cu fibre metalice

NATURALE* Colagen* Chitosan

Materiale compozite

Materiale de origine natural

Definiii i clasificri

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.

Definiii i clasificriTIP DE PROTEZROL

INTERNArticular - de old * funcional- de umr * funcional- de genunchi* funcional- de cot * funcional- de articulaie a minii* funcionalCosmetic - 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

Definiii i clasificriBIOMATERIALEIMPLANTETIP DE IMPLANTMETALICE

Oeluri inoxidabile austenitice * Plci osoase, uruburi, tije, OrtopedicTitanul i aliajele de titan srme, discuri intervertebrale, Aliaje Co-Cr proteze articulareAliaje dentare* Implante i proteze dentareDentarAliaje cu memoria formei * Plcue n cutia cranianNeuralAliaje neferoase (Ta, Nb)* Valve de inim, filtre cardiovasculareCardiovascular

POLIMERICE

Silicon * Proteze faciale; nas, ureche, sn i alte esuturi moi PlasticPolietilen* Implanturi i proteze dentareDentarNylon* Agent de cimentare OrtopedicDacron* Inimi artificiale, vase de sngeCardiovascularTeflon* Lentile intraoculareOftalmologicPolipropilen* Suturi biodegradabile, segmente gastrointestinaleReconstructiv

Definiii i clasificriBIOMATERIALEIMPLANTETIP DE IMPLANTCERAMICE

Alumin * Plci osoase, uruburi, tije, OrtopedicSticle ceramice* Componente ale endoprotezelor articulareOrtopedicPorelan dentar* Lucrri dentareDentarHidroxiapatit Carbon (grafit) * Plcue n cutia cranianNeural* Valve de inim, filtre cardiovasculareCardiovascular

COMPOZITE

C pirolitic- fibre de C * Endoproteze (componente)OrtopedicCompozite dentare * Aplicaii dentare DentarFosfat de calciu-acid polilactic* Valve ale inimii Cardiovascular

Definiii i clasificri

Clasa AVANTAJEDEZAVANTAJEde 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 AVANTAJEDEZAVANTAJEde 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 fisurarePOLIMERICE 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 ElasticitateCOMPOZITE 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

*