Vücudun implante edilen malzemeye verdiği yanıt iyi huylu bir tepkiden kronik inflamatuar reaksiyona kadar değişebilmektedir. İmplante edilmiş malzemelerin uygun performans göstermeleri için uygun mekanik dayanıklılık, biyouyumluluk ve fizyolojik ortamda yapısal biyostabilite gibi özelliklere sahip olmaları gerekmektedir. Bu yüzden biyomateryal bilimiyle ilgili olarak implante edilebilir malzemeler öncelikle malzemelerin kimyasal kompozisyonu ve biyolojik uyumlulukları göz önüne alınarak geliştirilmektedir (Kes, 2008).
İmplant ve biyolojik dokular arasında kimyasal veya biyolojik bir etkileşme olmadığı; olduğu takdirde olumsuz olabileceği yıllarca düşünülmüştür. Bu yüzden ideal biyomateryallerin bütünüyle biyoinert yani organizma tarafından tamamen göz ardı edilecek özellikte olması gerektiği kanısına varılarak titanyum, alüminyum, polietilen ve akrilikler gibi inert olduğu düşünülen materyallerin kullanılması yoluna gidilmiştir. Bu görüş doğru olmamakla birlikte bazı sakıncalarının olması da mümkündür. Aslında hiçbir materyal tam olarak biyoinert değildir ve mikro çevrede bazı etkileşimlerin olması da kaçınılmazdır. Yeni görüş ise böyle bir etkileşimin olduğunu kabul eder ve bu durumdan organizma için en faydalı olabilecek bir biçimde faydalanmanın yollarını arar. Bu görüşle birlikte biyouyumluluğun yeni tarifi şu şekilde yapılır: belli bir durum veya ortamda implantın konak için uygun yanıt oluşturabilme yeteneğidir (Atilla ve Alpaslan, 2002).
Son zamanlardaki çalışmaların çoğu biyomalzemelerin hızlı bir şekilde ve istenilen düzeyde hücre ve proteinleriyle etkileşimini konu almaktadır ve bu da biyouyumluluk olarak tanımlanmaktadır (Metin, 2013).
Yüzey uyumluluğu, bir biyomalzemenin vücut dokularına fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak uygun olması; yapısal uyumluluk ise, malzemenin vücut dokularının mekanik davranışına gösterdiği optimum uyumu şeklinde tanımlanabilir (Baştan, 2012).
Canlı dokuya yerleştirilen tüm malzemeler, yerleştirildikleri dokudan tepki alırlar. Bu tepki doku implant ara yüzeyinde meydana gelir. İmplant malzemeye karşı dört tür doku cevabı oluşabilir (Cengiz, 2007):
a. Malzeme toksik olduğunda, çevresindeki doku ölür.
b. Malzemenin toksik olmadığı ve biyoinert olduğu durumda, değişik kalınlıklarda fibröz doku oluşumu meydana gelir.
c. Malzemenin toksik olmadığı ve biyoaktif olduğu durumda, doku implant arayüzeyinde bağlanma gerçekleşir.
d. Malzemenin toksik olmadığı fakat çözünür yapıda olduğu durumda, çevresindeki doku implantın yerini alır.
Korozyon direncinin iyi olması implant malzemelerde dikkat edilmesi gereken önemli konulardan birisidir. Dinamik bir ortama sahip vücut sıvısı metallerin korozyona uğramasına neden olur. Metaller korozyona uğradığında vücut için zararlı kimyasal salınımlar yapabilirler, kanserojen ve alerjik tepkimelere yol açabilirler. Bu sebepten dolayı kullanılacak implant malzemelerin korozyon direnci yüksek olan malzemelerden üretilmesi gerekmektedir (Bahadır, 2008).
ISO 10271 korozyonu, bir metalin ya da alaşımın çevresi ile arasında oluşan, materyalin tamamen ya da kısmen bozulmasına veya özelliklerinin değişmesine neden olan fizikokimyasal etkileşim olarak tanımlamaktadır. Korozyon estetikte kötüleşmeye, fiziksel özelliklerin zayıflamasına ya da biyolojik irritasyonlara sebep olabilir. Korozyon genel olarak implant ve üstyapı alaşımlarının mekaniksel özelliklerinin kötüleşmesine ve protezin ömrünün azalmasına, vücutta korozyon ürünlerinin neden olduğu hem lokal, hem de sistemik zararlı reaksiyonların oluşmasına neden olur. Alaşımın korozyona uğramasına in vivo birçok biyolojik
faktörler, oral mikroorganizmalar tarafından üretilen ya da gıdaların içeriğinde bulunan organik asitler ve enzimler yardım eder (Tuna, 2006).
Yoğun malzemelere kıyasla makroporoziteye sahip malzemelerin gelişmiş biyouyumluluk göstermeleri yük taşımayan bölgelerde kemik dolgusu olarak kullanımlarına olan ilgiyi arttırmıştır. Bu malzemelerin en büyük avantajları makroporoziteler sayesinde kemik büyümesine ve tutunmasına olanak sağlamasıdır. Buna karşın poroziteler mekanik özelliklerin düşüşüne neden olabilir (Metin, 2013).
Sert doku değişimlerinde çevre dokuların protezlere nufuzu ve tutturulması için belirli oranda gözeneklilik önemlidir ancak burada daha önemli olan mukavemettir. Protezin mukavemeti çevre kemik dokusunun mukavemetinden fazla olduğu takdirde gerilme yığılmasına (stress shielding) neden olur. Biyoseramik malzemelerde mukavemet, yoğunlukla doğru orantılıdır. Eğer bir biyoseramiğin mukavemeti arttırılmak isteniyorsa, yoğunluk arttırıcı işlemlerden geçirilmelidir. Doku ve implant birleşimlerinde gözeneklilik, dokunun gelişimi ve biyoseramiğin implant ile birleşmesi bakımından önemlidir. Gözenekli malzemelerin, yüksek alan/hacim oranına sahip olmaları biyouygun olmalarını sağlar. Gözenekli seramik implantların en büyük avantajı; kemik, seramik malzemenin gözenekleri içerisinde büyüdüğünde, meydana gelen ara yüzeyin mekanik bakımdan yüksek kararlılığa sahip olmasıdır. Gözenekli implantların kemik oluşumu için yapı iskelesi olarak da kullanım alanları mevcuttur. Mercanlar mikro yapıları sayesinde kontrollü gözenek büyüklüğüne sahip seramiklerin oluşturulması açısından en ideal malzemedir. Gözenekli malzemelerde artan gözenekliliğe bağlı olarak, malzemenin dayanımı daha da azalmaktadır. Gözenekler dokuların iç büyümesine izin verdiklerinden dolayı protezin desteklenme ve korunması sağlanır. Ayrıca, gözenekler bir kanal sistemi gibi işlev görerek, kemik içerisine kan ve diğer vücut sıvılarının ulaşımını sağlarlar. Ancak gözenekliliğin fazla olması mukavemeti düşürdüğünden optimum bir oran kullanılmalıdır (Pasinli ve Aksoy, 2010). Skafoltlar kemik doku mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan ve gözenekli bir yapıya sahip malzemelerdir. Skafoltlar hücre büyümesini destekleyen ve dokudaki hatalı bölgenin yeniden büyümesine olanak sağlayan implant malzemesi olarak kullanılmaktadır. Skafoltların en önemli malzeme özelliği geçirgen oluşlarıdır.
Besin (nutrient) difüzyonunun, iç sıvıların (interstitial fluid), kan akışının, hücre büyümesinin ve fonksiyonlarının maksimum olarak sağlanabilmesi için gözenek yapının ve gözenekliliğin belirli bir sınırdan daha büyük olması ve gözenek bağlantı mimarisinin bu işlevlere uygun olmasını gerekir (Bahadır, 2008).
Birçok çalışmada osteoblast hareketlerinin, mikron boyutundaki tanelere sahip malzemelere göre nano yapıdaki malzemeler üzerinde daha fazla ve gelişkin olduğu belirlenmiştir. Kemikte bulunan doğal hidroksiapatit ile olan tane boyutlarının benzerliğinden dolayı nano taneli hidroksiapatit medikal uygulamalarda oldukça önemlidir. Nano taneli hidroksiapatitlerin hem mekanik hem de biyolojik özellikleri açısından geleneksel hidroksiapatite göre üstün olduğu görülmüştür (Evis, 2011).
İmplantlarda öncelikli olarak biyouyumlu malzemelerin kullanılmasının yanı sıra bu ürünlerin hızlı iyileşmeyi sağlaması, kemik matriksi ve implant arasında karakteristik bir ara yüzey tabakası oluşturması, biyomekanik dayanımının yüksek olması beklenmektedir. Belirtilen bu özellikler implant tasarımı ve şekli, malzemenin yüzey topografisi ve yüzey kimyası, mekanik yükleme, cerrahi yöntem, hastanın kemik kalitesi ve kantitesi gibi birçok parametreye bağlılık gösterir. Yüzey modifikasyonları, malzemelerin yüzey kimyasını değiştirmek amacıyla gerçekleştirilmektedir (Kes, 2008).
Autograft malzemelerin azlığı ve allograftların yarattığı sağlık riski, sentetik kemik ve sert doku malzemelerine ihtiyacı arttırmaktadır. Bu uygulamalarda hidroksiapatit (HA) tercih edilmesinin nedeni bu malzemenin kimyasal, mekanik ve morfolojik olarak dokuya olan benzerliğidir (Metin, 2013).