introducere stiinta materialelor
DESCRIPTION
Curs Stiinta Materialelor Metalice Politehnica BucurestiTRANSCRIPT
-
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)
-
Definiii i clasificri
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
-
Definiii i clasificri
CLASIFICAREA BIOMATERIALELOR
dup criteriul structural
metalice
ceramice
polimerice
compozite
de origine natural
-
Definiii i clasificri
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)
-
Definiii i clasificri
CLASA DE MATERIALE CATEGORII
* Alumina (Al2O3), Zirconia (ZrO2)
* Carbonul (LTI, ULTI, C vitros)
CERAMICE * Porelanul
* Hidroxiapatita
* Sticle ceramice: - Bioglass
- Ceravital
-
Definiii i clasificri
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
-
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 clasificri
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
-
Definiii i clasificri
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
-
Definiii i clasificri
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
-
Definiii i clasificri
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