Kristal yapılı malzemeler ve sahip oldukları dayanıklı metalik bağlar sebebiyle, mekanik özellikleri üstün olan metal ve metal bileşimler biyomalzeme alanında önemli bir yere sahiptir. Bir taraftan ortopedi uygulamalarında kemik yenileme ve eklem protezi malzemesi olarak kullanılırken öbür taraftan çene ve yüz ameliyatlarında ya da kalp damar cerrahisinde katater, vana, kalp kapakçığı olarak kullanılırlar. Metallerin biyomalzeme alanındaki en büyük payı hiç şüphesiz teşhis ve tedavi amaçlı olarak kullanılan ayıtların temel yapısını oluşturmasıdır.
Sherman-Vanadyum çeliği insan vücudunda kullanılmak için geliştirilmiş ilk metaldir. Biyomalzeme ürünlerinin üretimlerinde kullanılan krom, demir, bakır, nikel, kobalt, titanyum ve daha birçok metal az oranda kullanılmak şartı ile canlı vücuduna uygulanmaktadır. Vücutta fazla miktarda bulunması sağlığa zararlı olan bu tür metaller bir takım metabolik faaliyetler sonrasında da oluşabilirler. Örneğin; B12 vitamininin sentezlenmesinde kobalt ortaya çıkması gibi.
Biyolojik alanda metallerin uygunluğu vücutta korozyona uğraması ile ilgilidir. Korozyon metal malzemelerin çevresi ile istenmeyen türden bir reaksiyona girip oksijen hidroksit gibi bileşikler oluştururken bozulmasıdır. Su, çözünmüş oksijen, hidroksit ve klorür gibi bir takım iyonlar insan vücudundaki akışkanlığı sağlar. Bu nedenle insan vücudu bu metal biyomalzemeler için korozif bir ortamdır. Malzemeler korozyona uğrayıp zayıflarlar daha da önemlisi sonuçta dokuya girip hücreye zarar verirler. Korozyona karşı direnci en iyi olan metaller soy metallerdir. Biyomalzeme olarak vücut için kullanılan metaller aşağıdaki gibidir.
1. Çelik
Çeliğin iki çeşidi bulunmaktadır. Karbon çeliği, demir, karbon ve az miktarda fosfor, silisyum ve mangandan oluşmaktadır. %1 oranından daha az karbon içeren ve başka metaller ve ametaller de içerecek biçimde hazırlanan karışım halindeki çelik ise alaşım çeliğidir. Alaşım çeliği karbon çeliğine göre daha maliyetlidirler ve uygulanmaları daha zordur. Fakat ısıl dirençleri ve korozyon oranları yüksektir. Krom, alüminyum, kobalt, kurşun, nikel, silisyum, vanadyum, kükürt gibi metaller alaşım çeliklerini oluşturabilmektedir. Alüminyum korozyona karşı direnci arttırır, yüksek miktarda katılan krom ise korozyon direncini ve ısıl direnci arttırır. Bu tür çelikler günümüzde paslanmaz çelik olarak nitelendirilmektedir. Paslanmaz çelik günümüzde sıkça kullanılan biyomalzemedir ve en yaygın olanı 316L olarak bilinir. Buradaki L harfi karbonun içeriğinin düşük seviyede olduğunu belirtmek amacıyla kullanılmıştır. 1950’li yıllarda bu paslanmaz çeliğin %008’i ağırlıkça karbondu, oysa günümüzde bu oran daha da düşürülmüştür. 316L’nin %17 krom, %60 demir, %12 nikel ortalama değerlerinden oluştuğu bilinmektedir. Yapısında çok az da olsa azot, silisyum, kükürt, fosfor, mangan ve molibden bulunur.
2. Kobalt İçeren Alaşımlar
Kobalt ile karışımından oluşan alaşımlardır. Kobalt-krom-molibden alaşımı ya da kobalt-nikel krom-molibden alaşımı olarak iki farklı kobalt-krom alaşımından söz etmek mümkündür. İlk bahsedilen alaşım uzun yıllardan beri diş uygulamalarında ve günümüzde yapay eklem üretiminde sık sık kullanılmak kullanılmaktadır. Diğer kobalt alaşımı ise daha yeni piyasaya sürülmüş bir malzemedir. Çok fazla ağırlık altında bulunan bazı eklemler (diz ve kalça gibi) ve bazı protezlerde kullanılmaktadır. Bu alaşımların bileşimi %65 kobalt geri kalan ağırlığı ise krom oluşturur. Daha iyi bir alaşım elde etmek için yapıya molibden eklenir. Kobalt içeren alaşımların malzeme sertlik değeri yani elastik modülü paslanmaz çelikten daha yüksek bir değerdir.
3. Titanyum ve Titanyum İçeren Alaşımlar
Biyomalzeme üretiminde titanyumun aktif şekilde kullanımı 1930’lu yılların ikinci çeyreğinde görülmeye başlanmış. Titanyum 316 paslanmaz çelik ve kobalt alaşımlarına oranla ağırlığı düşük olan bir malzemedir. Yüksek sıcaklıklarda reaktiftir ve oksijenli ortamda patlayabilir. Bu nedenle yüksek sıcaklık isteyen uygulamalarda önceden hazırlanmış bir atmosfere ihtiyaç duyulur ya da vakum içerisinde eritilir. Oksijenli ortamlarda oksijen metalin içerisine etkir ve metal kırılgan bir hal alır.
4. Dental Amalgam
Civayı bileşen olarak yapısında bulunduran alaşımlara amalgam denir. Oda sıcaklığında sıvı halde bulunan civa kalay gümüş gibi bazı metaller ile reaksiyon verebilir. Bu türden bir reaksiyonun sonucunda büyük miktarda plastik elde edilebilir. Bu özelliği sayesinde amalgam diş dolgu uygulamalarında sıkça kullanılır.
5. Altın
Korozyon direnci, kararlılık ve uzun ömürlü olmalarından dolayı altın ve altın alaşımlar diş tedavisi için oldukça yararlı metallerdir. Altın alaşımlar saf altına oranla mekanik özellikleri çok iyi olduğu için döküm uygulamalarına tabi tutulurlar. %75’ten daha fazla altın içeren bu alaşımların geri kalan kısmı ise soy metal içermektedir. Bakır alaşımın dayanıklılığını attırmaktadır. Platin de aynı şekilde etkiler fakat %4 oranından daha fazla eklenirse erine sıcaklığı artacağı için alaşımın işlenmesi daha zor bir hale gelir. Bir miktar çinko eklenmesi ile erime noktası düşebilmektedir. %83 oranından daha fazla altın içeren alaşımlar çok yük taşımayacak şekilde dolgu biyomalzemesi olarak kullanılabilirler. Altın oranı daha az olan alaşımlar ise bunlara oranla daha serttirler ve ağırlığa olan dayanıklılıkları daha yüksektir. Kaplama malzemesi olarak kullanılmasındaki mantık da budur.
6. Nikel-Titanyum Alaşımlar
Bu alaşımlar, ısıtıldıkları zaman bozulmuş olan ilk hallerine döndürülebilirler. Bu özellik günümüzde hafıza şekil etkisi şeklinde adlandırılır. Bazı şekil hafıza etkisi gerektiren uygulamalar diş köprüleri, yapay kalp kasları, ortopedik protezler, kafatasındaki damar bağlantıları şeklinde sıralanabilir.
7. Diğer Metaller
Tantal, yüksek yoğunluğu ve zayıf dayanıklılığı yüzünden çok kullanılmayan bir maddedir. Günümüzdeki en etkin kullanım alanı ameliyat ipliği olarak plastik cerrahi alanındadır. Platin ve bazı soy metallerin korozyon dirençleri yüksektir fakat bazı mekanik özellikleri yetersidir. Kalp atımlarının başlamasını uyaran merkezi sinir sisteminde elektrot olarak kullanılır.
Kaynakça:
Biocompatibility Testing & Dental Toxicity from the http://www.biocomplaboratories.com/biocompatibility-Testing-Dental-Toxicity.html, 02 April,2016
Mikro ark oksidasyon işlemi uygulanmış Tİ6AL4V alaşımlarının in-vivo biyouyumluluk özelliklerinin incelenmesi, 03 April,2016
Testing Procedures for Biocompatibility of Dental Materials pdf
Da Silva L, Martinez A, Rilo B, Santana U. Titanium for removable denture bases. J Oral Rehabil. 2000;27:131135.
Oh K-T, Shim H-M, Kim K-N. Properties of TitaniumSilver Alloys for Dental Application. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater 2005; 74B: 649-659.
Yazar: Taner Tunç