Fosfatopalglas

Taggar: Teman: vetenskap

TFiF och STS belönade diplomarbeten

Tekniska Föreningens i Finland och Suomen Teknillinen Seuras årliga pris för bästa diplomarbeten utdelades i mitten av november. Priset för bästa diplomarbete gick till DI Pekka Rissanen och DI Ari Virekunnas, som utfört sitt arbete vid Tammerfors tekniska högskola TTKK.

Hedersomnämnande fick DI Örjan Andersson från Åbo Akademi för sitt arbete om biologiskt kompatibla fosfatopalglas. Andersson är forskare vid ÅA:s institution för oorganisk kemi.

Forum presenterar Örjan Anderssons sammandrag av sitt diplomarbete. 9

Biologiskt kompatibla FOSFATOPALGLAS

Text: Örjan Andersso eramiska material har många egenKö som gör dem lämpliga för an vändning inom medicinen, speciellt som protesmaterial. Traditionellt har det varit deras stabilitet och korrosionsresistans som utnyttjats. Dessa material är dock beroende av en mekanisk fixering. En ny generation biokeramiska material utgörs av material som genom en kemisk bindning kan

Bakgrund

Biomaterialen är material som kan användas för ”reservdelar” för människan, dv s material som accepteras av kroppen.

Biomaterialen kan indelas i inerta, ytreaktiva och resorberbara material beroende på deras växelverkningar med levande vävnad. De inerta materialen är praktiskt taget helt stabila och från dem frigörs inga eller mycket små mängder korrosionsprodukter. Dessa material kan i ben fixeras mekaniskt som skruvformiga eller porösa implantat. De resorberbara materialen används endast temporärt och löses upp i takt med att de ersätts av tex naturligt ben. Ett exempel på resorberbara material är professor Pertti Törmäläs polymerskruvar (se Forum 12/86 och Forum 11/88). De ytreaktiva eller bioaktiva materialen uppvisar mycket komplicerade växelverkningar vilka ännu inte är helt klarlagda. Dessa material kan bindas till levande vävnad genom en kemisk binding. Till de bioaktiva materialen hör hydroxoapatit och speciella glas. ÖA

FORUN, 19/198 förenas med ben. Till denna grupp hör kalciumtosfatföreningen hydroxoapatit samt speciella silikatolas.

Syntetisk hydroxoapatit är i det närmaste identisk med den oorganiska komponenten i ben, vilket förklarar dess bindning. Ett silikatglas har en helt annan struktur än benmineralet varför det inte som sådant kan bindas till ben. Bindningen bygger på att glasets yta undergår vissa förändringar i den fysiologiska miljön. Då glaset kommer i kontakt med den fysiologiska vätskan transformeras dess yta till en kiselgel genom en korrosionsprocess. Denna gel är tillräckligt flexibel för att fosfat och kalcium skall kunna bindas till den. Härvid får glaset en hydroxoapatityta. Kiselgelen fungerar alltså som ett substrat för apatitbildningen.

Kollagen inkorporeras i det växande apatitskiktet som blir en oorganisk-organisk komposit. Småningom mineraliseras även kollagenet och bindningen är slutförd. Om glaset innehåller aluminium kan fastväxningen störas. Vid halter över 1,5 vikt-Yo Al;O, bildas förstadiet till ben, osteoid, men mineraliseringen av denna uteblir. ESCAanalys visade att ett aluminium innehållan Bilden visar ett bioaktivt glas, dels klart (till höger) dels opalicerat (vitt, till vänster). Opaliceringen åstadkoms genom värmebehandling. Från opalglaset har cylindrar (diam.=4 mm) borrats ut, Dessa kapas till 4 mm längd och implanteras i lårbenet på kanin för studie av glasets ”fastväxningsförmåga"

Svepelektronmikroskopbild av tvärsnitt av lårbenet på kanin samt den implanterade glascylindern. Glaset har varit i lårbenet i 8 veckor och benet har vuxit fast i det.

de glas i blodserum fått en aluminiumanrikning i den kiselrika ytan medan både kalcium- och fosfathalten sjunkit. Detta indikerar att aluminium bildar starkare silikakomplex än fosfor gör, vilket leder till att kiselgelen inte i närvaro av tillräcklig mängd aluminium kan utgöra substrat för apatitbildningen.

Varken glasets eller hydroxoapatitens hållfasthet är tillräcklig för att kunna användas för bärande proteser. Glas är dock intressant då det kan appliceras som ett tunt skikt på en metall, varvid belastningen upptas av metallen och glaset endast ger en yta som kan bindas till ben. Vid utvecklandet av en dylik glasemalj måste såväl biologiska som materialtekniska aspekter beaktas. Dessa kan ofta vara motstridiga. För att samtidigt kunna beakta såväl de biologiska som de tekniska kraven utvecklades fenomenologiska modeller som beskriver längdutvidgning, glastransformationstemperatur, durabilitet och bioaktivitet som funktion av glassammansättningen. Med dessa polynom kan ifrågavarande egenskap uppskattas. Av större intresse är dock det omvända problemet, dv s att finna en sammansättning som så väl som möjligt simultant uppfyller ett antal specificerade krav. Användningen av ett optimeringsprogram gör det möjligt att lösa denna typ av problem. 4 DI Örjan Andersson, Å 17