Kristal yapıları ve sahip oldukları güçlü metalik bağlar nedeniyle üstün mekanik özellikler taşıyan metal ve metal alaşımlarının biyomalzeme alanındaki payı büyük. Biryandan ortopedik uygulamalarda eklem protezi ve kemik yenileme malzemesi olarak kullanılırken, diğer yandan yüz ve çene cerrahisinde, örneğin diş implantı gibi, ya da kalpdamar cerrahisinde yapay kalp parçaları, kateter, vana, kalp kapakçığı olarak da kullanılıyorlar. Metallerin biyomalzeme pazarındaki en büyük payınıysa teşhis ve tedavi amaçlı aygıtların metalik aksamları oluşturuyor.
Metalik Biyomalzeme Türleri
İnsan vücudunda kullanılmak üzere geliştirilen ilk metal, “ShermanVanadyum Çcliği”. Biyomalzeme üretiminde kullanılan, demir bakır, krom, kobalt, nikel, titanyum, tantal, molibden ve vanadyum gibi çok sayıda metal, az miktarda kullanılmak koşuluyla canlı vücuduna uygunluk gösteriyorlar. Vücut içerisinde fazla miktarda bulunması zararlı olan bu metaller, metabolizmik faaliyetler sırasında da oluşabiliyorlar. Örneğin, kobaltın B12 vitamininden sentezlenmesi yada demirin hücre fonksiyonu olarak meydana gelmesi gibi.
Metallerin biyolojik ortama uygunluğu vücut içerisinde korozyona uğramalarıyla ilgili. Korozyon, metallerin çevreleriyle istenmeyen bir kimyasal reaksiyona girerek oksijen, hidroksit ve diğer başka bileşikler oluşturarak bozunması. İnsan vücudundaki akışkan, su, çözünmüş oksijen, klorür ve hidroksit gibi çeşitli iyonlar içerir. Bu nedenle, insan vücudu biyomalzeme olarak kullanılan metaller için oldukça korozif bir ortamdır. Malzeme, korozyon sonucunda zayışar, daha da önemlisi korozyon ürünleri doku içerisine girerek hücrelere zarar verirler. Soy metallerin korozyona karşı direnciyse mükemmel. Biyomalzeme olarak kullanılan metallerin önemli olanları aşağıda sıralanıyor.
Çelik: İki türü bulunuyor. Demir, karbon ve eser miktarda fosfor, silisyum ve mangandan oluşan çelik, karbon çeliği olarak adlandırılıyor. %1’den daha düşük karbon içeriğine sahip ve diğer metaller ve ametalleri de içerecek şekilde hazırlanan çelikse alaşım çeliği. Bu gruptaki çelikler, karbon çeliğine göre daha pahalılar ve işlenmeleri de daha zor. Ancak, korozyon ve ısıl dirençleri çok daha yüksek. Alaşım çelikleri, alüminyum, krom, kobalt, bakır, kurşun, mangan, molibden, nikel, fosfor, silisyum, kükürt, titanyum, tungsten ve vanadyum içerebilirler. Alüminyum, aşınmaya karşı direnci artırırken, yüksek miktarlarda eklenen krom, korozyon direncini ve ısıl direnci artırır. Bu tür çelikler,
“paslanmaz çelik” olarak adlandırılır. Biyomalzeme olarak yaygın kullanılan paslanmaz çelik 316L olarak bilinir. “L”, karbon içeriğinin düşük olduğunu belirtmek için eklenmiştir. Bu çelik, 1950’li yıllarda 316 paslanmaz çeliğin karbon içeriği ağırlıkça %0.08’den %0.03’e düşürülerek hazırlanmıştır. 316L’nin %6065’i demir olup, %1719 krom ve %1214 nikelden oluşur. Yapısında az miktarda azot, mangan, silisyum, kükürt, fosfor ve molibden de bulunur. Kobalt içeren alaşımlar: Bunlar kobaltkrom alaşımlarıdır. Temel olarak kobaltkrommolibden alaşımı ve kobaltnikelkrommolibden alaşımı olmak üzere iki tür alaşımdan söz edilir. Kobaltkrommolibden alaşımı, uzun yıllardan beri dişçilikte ve son zamanlarda yapay eklemlerin üretiminde kullanılmakta. Kobaltnikelkrommolibden alaşımıysa daha yeni bir malzeme. Fazla yük altındaki eklemlerde (diz ve kalça gibi) ve protezlerde kullanılmakta. Bu tür alaşımların bileşimleri, temel olarak ağırlıkça %65 kobalt ve geri kalanı kromdan oluşuyor. Daha iyi tanecik elde etmek için yapıya molibden ekleniyor. Kobalt içeren alaşımların elastik modülü (malzeme sertliğini gösteren bir değer) paslanmaz çeliğinkinden daha büyük.
Titanyum ve titanyum içeren alaşımlar: Titanyumun biyomalzeme üretiminde kullanımı 1930’lu yılların sonlarına doğru görülmeye başlanıyor. Titanyum, 316 paslanmaz çelik, ve kobalt alaşımlarına göre daha hafif bir malzeme. Titanyum, yüksek sıcaklıklarda çok reaktif ve oksijen varlığında patlamaya hazır bir element. Bundan dolayı, yüksek sıcaklık uygulamalarında inert bir atmosfere gerek duyulur ya da vakumda eritilir. Oksijenin bulunduğu ortamda, oksijen metal içerisine geçer ve metali kırılganlaştırır.
Dental Amalgam: Amalgam, bileşenlerinden biri civa olan alaşıma denir. Civa, oda sıcaklığında sıvı fazda olur ve gümüş, kalay gibi diğer metallerle reaksiyona girebilir. Böyle bir reaksiyon sonucu, bir oyuk içine doldurulabilecek plastik bir kütle elde edilir. Bu özelliğinden dolayı amalgam, diş dolgu maddesi olarak kullanılır.
Altın: Altın ve altın alaşımları kararlılık, korozyon direnci ve uzun ömürlü oluşlarından dolayı diş tedavisi açısından yararlı metaller. Altın alaşımları, saf altına göre daha iyi mekanik özelliklere sahip olduklarından, dökme işlemine tabi tutulurlar. Bu alaşımların %75 veya daha fazlası altın, geri kalan kısmıysa soy metallerden oluşur. Bakır dayanımı artırır. Platin de aynı etkiyi gösterir, ancak %4’ten fazla eklenirse, alaşımın erime sıcaklığı artarak işlenmesi zorlaşır. Az miktarda çinko ilavesiyle, erime sıcaklığı düşürülür. %83’ten fazla altın içeren yumuşak alaşımlar fazla yük altında kalmayacak şekilde dolgu malzemesi olarak kullanılır. Daha az altın içeren alaşımlarsa daha serttirler ve yüke karşı dayanımları daha yüksektir. Bu nedenle kaplama malzemesi olarak kullanılırlar.
Nikeltitanyum alaşımları: Bu alaşımlar, ısıtıldıklarında bozulan ilk şekillerine dönebilme özelliğine sahiptirler. Bu özellik, “şekil hafıza etkisi” olarak adlandırılır. fiekil hafıza etkisinin gerekli olduğu bazı biyomalzeme uygulamaları; diş köprüleri, kafatası içerisindeki damar bağlantıları, yapay kalp için kaslar ve ortopedik protezler olarak sıralanabilir.
Diğer Metaller: Tantal, mekanik dayanımın zayıflığından ve yüksek yoğunluğundan dolayı yaygın kullanıma sahip olmayan bir madde. En önemli uygulaması, plastik cerrahisinde ameliyat ipliği olarak kullanımı.
Platin ve gruptaki soy metaller yüksek korozyon direncine sahipler, fakat mekanik özellikleri zayıf. Bu metaller, kalpte atınımların başlamasını uyaran otonom merkezde elektrot olarak kullanılırlar.
