TTANYUMUN GENEL YAPISAL ZELLKLER BYOMALZEME UYGULAMALARI VE HA LE YZEY MODFKASYONU

Tarihsel Geliim Titanyum metalik bir element olarak ilk defa ngiliz Sir Gregor tarafndan 1791de tanmlanmtr. Alman Klaproth bu metale Yunan mitolojisindeki titanlarn adn vermitir. Titanyum oksijen ve azotla yksek reaksiyona girme eiliminden dolay 20.yya (1938-1944) kadar Dr. Wilhelm Kroll bir retim prosesi gelitirene kadar kullanlamamtr. Kroll prosesinin maden iletmelerinin dikkatini ekmesiyle Titanyum endstrisi 2.Dnya Savandan sonra gelimeye balad.

Cevher ve retimGnmzde kullanlan iki eit Titanyum retim Prosesi vardr.I. II. Magnezyumu redktan olarak kullanan temel Kroll Prosesi Sodyumu kullanan modifiye proses

Titanyum retimi iin enerji gereksinimi aluminyuma oranla 1.7 kat, elie gre ise 16 kat daha fazladr.Titanyum, aluminyum, demir ve magnezyumdan sonra dnyada en ok rezervi bulunan metalik element olmasna karn, cevherden titanyum tetraklorid karlmas, saflatrlmas ve batch prosesi ile inert bir atmosferde magnezyum ya da sodyumla redkte edilmesi gibi aamalar ieren kompleks bir proses ile retilmesinden dolay fiyat dier metallere oranla pahaldr.

Ergitme YntemleriGelitirilen vakum altnda harcanan elektrod ile ark ergitmesi yntemiyle byk miktarlardaki titanyumun temiz olarak ergitilmesi mmkn olmutur.

Dkm Yntemleri Grafit Kalba Dkm Hassas (Investment) Dkm Yntemi Seramik Kalba Dkm

Titanyumun Genel Yapsal zellikleri Yksek korozyon direnci Yksek dayanm-arlk oran Allotropik bir metaldir Dk scaklklarda -(HSP) kristal yapl 823oC zerinde -(HMK) kristal yapl Alam elementleri ilavesi kat eriyik mukavemetlenmesi salar ve allotropik dnm scakln deitirir

Alam Elementlerinin Yapsal zellikler zerine Etkisi Aluminyum, oksijen, hidrojen kararlatrc (stabilizr) elementlerdir. dan ya dnm scakln ykseltirler. Vanadyum, Tantalyum, Molibden ve Niobyum dengeleyici elementlerdir. - dnm scakln drrler. Kalay gibi ilaveler dnm scakln etkilemez, yalnz kat eriyik mukavemetlenmesi salar. Mangan, Krom ve Demir tektoid reaksiyon salar ve - dnm scakln drrler.

Titanyum Alamlarnn Korozyon zellikleri Titanyuma yksek korozyon direnci veren metal yzeyinde oluan TiO2 oksit filmidir. Titanyum, angstrm boyutlarnda ok salam bir oksit tabakas oluturur ve bu tabaka nanosaniye boyutlarnda pasifleir(10-9 s). Bu oksit oluumu titanyumun korozyon dayanmnn ve biyolojik uyumluluunun temelini oluturur. Yksek scaklklarda (585oC nin zerinde) oksit filmi krlr. Titanyum alamlar rn. aralk (crevice) korozyonu gibi genel ve lokal korozyon direnci yksek olsada, erozyon korozyonuna (korozif anma) hassastrlar.

(HSP)-Ti AlamlarAvantajlar : yi haddelenebilme zellii yi kaynaklanabilme zellii Yksek korozyon ve oksidasyon direnci Yksek sneklik

Dezavantajlar : Dk mekanik zellikler Mekanik zellikler sl ilemlerle ykseltilemez

(HMK)-Ti AlamlarAvantajlar : Yksek mekanik zellikler

Dezavantajlar : Dk plastik deformasyon zellii

(+)-Ti AlamlarAvantajlar : Yksek mekanik zellikler Yksek krlma tokluu ve yorulma dayanm Scak ekil vermede sperplastik davran

Dezavantajlar : Erozyon korozyonuna (korozif anma) hassaslk Saf Tiye gre dk biyouyumluluk Souk ekil verme yaplamamas Tala kaldrma (ilenebilme) zorluu

Ticari Saf Titanyum HSP yapdadr. Ticari saf titanyum ierdii oksijen (0.18-040 %) ve demir (0.20-0.50 %) miktarna gre drt deiik derecede elde edilebilir. Bu zayf grnen younluk farklar, malzemenin fiziksel ve mekanik zelliklerine nemli miktarda etki eder. Ticari saf titanyumun younluu (4.5g/cm3) ve modl (100GPa) dier ou baz (temel) metallerin yars kadardr. Titanyumun akma ve kopma dayanmlar derecesine gre 170-480 MPa ve 240-550 MPa arasnda deiir. Biyouyumluluu ok yksektir.

mplant Malzemelerin Biyolojik Uygunluumplant malzemeleri belirli kimyasal ve mekanik zelliklere sahip olmaldr. mplant ile canl doku uyum iinde birbirine zarar vermeden alp almayacan (biyouyumluluk) bu olaylar tayin eder. Biyolojik uygunluk verilen malzemenin biyolojik uygulamas gz nne alnarak yeterlilik salamasdr. Malzemenin biyolojik uygunluuna etki eden zellikleri ; malzemenin yaps,hacmi,yzey bileimi,fiziksel,kimyasal ve mekanik zellikleri ile faaliyet durumunun etkisidir.

1-) Biyolojik uygunluk : zel bir uygulamada kullanlmaya karar verilmi bir malzemenin biyolojik performans 2-) Biyolojik performans : Malzeme ile yaayan canl arasndaki etkileimdir.Bu performansn iki safhas vardr.Birincisi hasta tepkisi yani yaayan canlnn malzemeye olan blgesel ve sistem tepkisidir.Performansn ikinci safhas malzeme tepkisi yani malzemenin yaayan canlya olan tepkisidir. 3-)Hasta (veya malzemenin) tepki seviyesi : Hasta veya malzemenin normal tepkisi iin bir referans malzemesine verdii tepkiden yola karak standart bir test yaplr. 4-)Referans (kontrol) malzemesi : Standart testte kullanlan malzeme olup,hasta yada malzeme tepkisinin miktarn tanmlamak iin kullanlr.

mplant Malzemelerin Performansnsan vcudunun ar kompleks olmas ve implant malzemelerinin bu kompleks yap iinde ok eitli olumsuz etkilere maruz kalmas sonucu; znme, absorbsiyon, korozyon, deformasyon ve anma gibi muhtelif hata mekanizmalar olumaktadr. Bir implant istenilen fonksiyonu yerine getiremiyorsa veya hastann dokularnda beklenmedik olumsuz etkilere yol ayorsa baarsz saylr.Biyolojik ortam ve implant arasndaki etkileim kadar, uygulanan cerrahi ynteminde implantn performans zerindeki etkisi byktr.

Biyomalzeme Alannda Kullanlan Titanyum AlamlarBiyomedikal alanlarda almalar yapan aratrmaclar ticari saflktaki Titanyumun ve Ti-6Al-4V alamnn implant uygulamalar iin uygun malzemeler olduunu bulmulardr. Titanyum, Titanyumoksit ve kompleks oksit oluturmaya ok meyillidir. Bu yzden implanttan kopan herhangibir para olduka hzl bir ekilde inert olan bu bileiklerin oluumu ile stabilize edilir.

Ticari saflktaki Titanyum Yksek biyouyumluluk yi tala kaldrma (ilenebilme) zellii yi scak plastik ekil verme zellii Dk mekanik zellikler

Ti-6Al-4V Oda scaklnda Ti-6Al-4V bir ift faz (+) alamdr. Isl ilemler ve fazlarnn oranlarna ve faz morfolojisine etki ederek birok eit mikroyapy ve mekanik zellikleri ortaya karr. Mikroyapnn eitlilii sl ilemin gei scaklnn altnda m yoksa stnde mi yapldna ve soutma hzna dayanr. Biyouyumluluu saf Ti den daha dk olmasna karn mekanik zellikleri yksektir.

Titanyum Alamlarnn Biyomalzeme Uygulamalar Kardiyovaskler (Kalp-Damar) mplantlar Omurga Cerrahisi Dental mplantlar Ortopedik mplantlar

Kardiyovaskler (kalp-damar) implantlarKalp krizi grlen vakalarda hasta aktif hayatn devam ettirebilmesi iin geici veya srekli elektronik kalp at dzenleyici veya darbe jeneratr olarak isimlendirilen sisteme ihtiya duyar. Bu sistem, lityum-iyodin g kayna ve Ti kutu tarafndan korunan elektronik devreden meydana gelir. Bu uygulama iin Ti klf seilmesinin nedeni; yksek korozyon direncine,hafiflie ve retim kolaylna sahip olmasdr.

Omurga CerrahisiScoliosisin (belkemii erilii) cerrahi mdahale ile dzeltilmesinde Ti kablo,vida vb. malzemeleri kullanmnda ok nemli klinik baarlar elde edilmitir. Bu ilemlerde vidalar ve U eklinde ubuklar belkemiinin eri olan omur blgesine yerletirilir. Ticari saflktaki Tiun sneklii vida balarnda bir atlama veya krlma olmadan kvrlabilmesi iin yeterlidir.

Dental mplantlarDilerin tedavisinde,takma dilerin yapmnda eitli malzemeler ve dizaynlar kullanlmaktadr.Son zamanlarda dier alamlarda grlen canl dokunun ieriye ekilmesi(di eti gibi) ve implantn gevemesi problemlerinde Ti ve Ti alamlarndan yaplm implantlar stn klinik baarlar gstermitir.

Ortopedik mplantlarTi alam protezler zellikle komple kala,burun,dirsek ve parmak eklemi implantlarnda,krklar sabitletiren aparatlarda kullanlmaktadr.Ti alamnn yksek mukavemeti ve yorulma direnci,hasta aktivitesinin artmas amacyla kala protezlerinde kullanlmaktadr.Dk elastik modle sahip Ti alamlar insan kemiinin elastik davranna dier implant malzemelerden daha yakn davranrlar.

ORTOPEDK MPLANTLAR N SAF TTANYUM YZEYNN HYDROXYAPATTE LE MODFKASYONU

Kemik ve diler kalsiyum fosfat ve kolajen yapl kompozit malzemelerdir.Ti ve alamlar yksek biyouyumluluk ve mekanik zellikleri nedeniyle zellikle yk tayan ortopedik implantlar ve yapay di kk olarak kullanlmaktadrlar.

mplant evresindeki kemik oluumunun ve dokuyla balanmann artrlmas implant mr ve ilevsellik bakmndan ok nemlidir. zellikle sert dokulara kemik imentosu kullanlmadan yerletirilen implantlarda dokuyla biyo-kimyasal balanma daha da nem kazanmaktadr.

Ti-yzeyler hydroxyapatite gibi biyoaktif seramiklerden daha az osteoconductive zellik sergilerler ve kemik dokusunu kimyasal olarak balayamazlar. HA kemik ve di gibi sert dokularn temel inorganik bileenidir ve dokularla mkemmel uyum salar.

Ti implantlara Plazma sprey yntemi ile HA kaplanmas ska kullanlan bir yntemdir. Plazma-sprey HA kaplamalar gevrek , dk kristalin yapdadrlar ve zaman ilerledike kademeli olarak znrler. HA kaplamalar monolit yaplarndan dolay kaplama zerindeki atlak bymesini engelleyemezler. Bunlarda implantn kayb veya kullanm mrnn azalmasna neden olurlar. Yeni gelitirilen bir metod olan kresel yapl HA granllerin Ti yzeyine meknik olarak implantasyonu yntemiyle bu olumsuzluklarn giderilmesi amalanmtr.

KRESEL HA HAZIRLANMASI HA seramik souk izostatik preste hazrlanr. 1343 Kde sinterlenir. 773 K stlp , termal ok sonucu kk paralara ayrlmas iin souk suya konulur. Krlan paralardan 600 m den byk olanlar ap 400-500 m olacak ekilde kresel forma polisajlanr.

Ti YZEYN HAZIRLANMASI Ti yzeye polisaj uygulanr. Ti yzey zerinde 300 m apnda zel ulu pun makinasyla yiv alr. Hazrlanan HA granlleri zel vakum gresi yardmyla Ti altlk zerine balanr ve almina bloklar arasna yerletirilir.

UYGULAMA Uygulanacak proses iin scak presli vakum frn kullanlr. Frn basnc 0.4 Pa deerine ayarlanr. 573 K/h stma hzyla 1123 K scakla klr. 0.1 kN/min ykleme oranyla 5 dakika 1 kN basn uygulanr. 573 K/h soutma hzyla frn oda scaklna soutulur.

UYGULAMA SONULARI HA etrafndaki Ti uygulanan basn sonucu HA granllerinin d kresel eklini alarak ksmen deforme olur. Ti altlk - HA seramik arasndaki srtnme ve friksiyon sonucu mekanik balanma salanm olunur. Saf Titanyumun sneklii ve plastik ekil alma zellikleri istenmeyen mikroatlaklar olumadan balanmann gereklemesi iin yeterlidir. Ykleme hz gibi proses parametrelerinin kontrol uygulama asndan nemlidir.

YNTEMN AVANTAJLARI Plazma sprey kaplamalarn aksine mekanik yolla yerletirilen kresel HA seramikleri birbirinden bamszdrlar. Granllerden birinde altlktan ayrlma veya atlak oluumu balasa bile bu olay dierlerini etkilemez. Bylelikle implantn komple kullanm d kalmas engellenir ve kullanm mr artrlm olunur.

Sinterlenmi HA seramikleri de zaman iinde znrler.Geride implant yzeyinde 400-500 m apl mikro-oyuklar kalr. Bu boyuttaki mikro-oyuklar implant iine kemik geliimi iin ok uygundurlar. Bunun sonucunda implant-doku arasnda optimum mikro balanma salanm olunur.