Kompozit malzeme; farklı kimyasal yapıdaki iki ya da daha fazla sayıda malzemenin, sınırlarını ve özelliklerini muhafaza ederek meydana getirdiği çok fazlı malzemedir. Kompozit malzeme, matriks olarak adlandırılan bir malzeme içerisine çeşitli güçlendirici malzemelerin eklenmesiyle hazırlanır. Çeşitli polimerler matriks olarak; cam, karbon, polimer, mika ve çeşitli toz seramikler güçlendirici olarak kullanılmaktadır (Güven, 2010).
Kompozit malzemeler, sıklıkla mukavemet ve sertlik arasında mükemmel bir denge ve genellikle bileşenlerin tek başına sahip olduğu özelliklerden daha geliştirilmiş özellikler gösterirler (Liu ve Ma, 2004).
Nanokompozitler boyutlarından en az biri 100 nm ya da daha az olan partiküllerin bir matriks içine dispersiyonundan oluşan malzemelerdir. Matriks, tek veya çok-bileşenli olabilir. Takviye, iletkenlik ve tokluk gibi sisteme başka fonksiyonlar ekleyen ilave malzemeler içerebilir. Matrikse bağlı olarak, nanokompozitler metalik, seramik veya polimerik malzemeler olabilir. Birçok önemli kimyasal ve fiziksel etkileşim yüzey özellikleri tarafından kontrol edildiğinden, nano yapılı malzeme aynı bileşimdeki büyük boyutlu malzemeden önemli derecede farklı özelliklere sahip olabilir (Al-mulla ve Ibrahim, 2012).
Yüksek dayanıma ve düşük elastisite modülüne sahip olan kompozit malzemeler, özellikle ortopedik uygulamalar için öngörülmektedir. Ayrıca, kompozit malzemelerin bileşiminde değişiklik yapılarak mekanik ve fizyolojik şartlara uyum göstermeleri sağlanabilir. Bu yüzden kompozit malzemeler, homojen malzemelere oranla, yapısal uyumluluğun sağlanması açısından daha avantajlıdır. Özellikle
polimer kompozitler, manyetik özellik taşımadıklarından, manyetik rezonans (MRI) ve tomografi çekimlerinde olumsuz bir etki göstermezler (Güven, 2010).
Birbirlerinin zayıf yönünü düzelterek üstün özelikler elde etmek amacıyla bir araya getirilen değişik tür malzemelerden veya fazlardan oluşan kompozit malzemere örnek olarak cam elyaflı poliester levhalar, çelik donatılı beton elemanlar, otomobil lastikleri ve seramik metal karışımı olan sermetler verilebilir. Günümüzde, otojenik ve allojenik kemiklere katılan tek veya çok fazlı yapay kemik aşı malzemeleri sıklıkla kullanılmaktadır. Tek faz malzemeler kemik büyümesinin gerektirdigi esas özelikleri her zaman sağlayamadığından dolayı, bileşim ve yapısal olarak doğal kemiğe benzeyen çok fazlı materyallerin (kompozit) tasarlanmasına gereksinim duyulmaktadır. Son zamanlarda nanokompozitler, özellikle hidroksiapatit ve kollajen bazlı olanlar doğal kemiğe bileşim ve yapısal olarak benzerliklerinin yanı sıra tek fazlı olanlara göre daha iyi mekanik dayanım sağlamalarından dolayı daha çok kullanılmaktadırlar (Cengiz, 2007).
Biyomalzemeler doku sübstitüsyonu ve protez implantasyonu için artan sıklıkla kullanılmaktadır. Total eklem protezleri gibi kompleks cihazlar genellikle polimerler ve metal alaşımların kombinasyonlarından oluşur. Bu cihazların uzun süreli kullanımındaki esas problemler komponentlerin, özellikle metal ve konak kemik, arasındaki mekanik ve biyolojik uyumsuzluk ile ilişkilidir. Metallere alternatifler olarak yeni nesil izoelastik, yapısal ortopedik implant uygulamaları için kompozit malzemelerin geliştirilmesi dikkate alınmaktadır (Zhang ve ark., 1999).
Sert doku ikamesi durumunda uygun strateji, istenmeyen sakıncaları en aza indiren ve bileşenlerin dayanımını kombine eden seramik polimer malzemeleri tasarlamaktır (Román ve ark., 2011).
Seramiklerin ve polimerlerin avantajlarının birleştirildiği seramik polimer kompozitler, bazı durumlarda, kemik grefti ikameleri olarak kullanılırlar. Bu kompozitlerde, polimerin ve seramiğin sırasıyla kemik kolajenini ve mineralini taklit ettiği varsayılır. Polimerdeki hidroksiapatit partiküllerinin hücrelerin bağlanması için
tespit noktası sağladığı görülmüştür. Ayrıca apatit kristallerin, ortamının pH’sını fizyolojik aralık içinde koruduğu görülmüştür. Polimerler apatitler ile birlikte kullanıldığında, PLA ve poliglikolid (PGA) implantları ile implantasyon yeri etrafındaki asit reaksiyon önlenebilir. Böylece güçlü yangısal yanıt, kompozitlere katıldıklarında bile 24 ayda polimerin bozunması üzerine görülmüştür. Polimer ve seramik arasındaki dengenin hassas olduğu ve polimer bozunması sırasındaki kimyasal olayların ve hücresel reaksiyonun komplemanter kemik içebüyümesine engel olabildiği sonucuna varılmıştır (Korkusuz ve Korkusuz, 2004).
Kemik rejenerasyonu alanında, komponentlerin faydalı etkilerini birleştiren kompozit yaklaşım, insan sert dokularına benzeyen malzeme özelliklerinin (yapısal, mekanik ve biyolojik) ayarlanmasında büyük ümit vaat etmektedir. Uygulamada, bu kompozit yaklaşım için itici güç, organik matriks içinde düzenlenen inorganik nanokristallerden oluşan kemiklerin hiyerarşik yapısını taklit etmektir. İnorganikler (hidroksiapatit (HA), trikalsiyum fosfat ve biyoaktif camlar) ve sentetik polimerlerden (poli(laktik asit), poli(glikolik asit), polikaprolakton (PCL) ve bunların kopolimerleri) oluşan birçok sistem tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Bu kompozit yaklaşımla, seramik komponentler kompozit sisteme sertlik ve mukavemet sağlarken, seramiklerin içsel kırılganlığı organize edilmiş polimerik matrikslerin esnekliği ile aşılmıştır (Kim, 2007a).
Bugüne kadar geliştirilen biyomedikal kompozitler arasında, HA-PCL kompozitler son zamanlarda çeşitli gruplar tarafından incelenmiş ve sert doku yenileyicileri için potansiyel aday oldukları bildirilmiştir. Bununla birlikte, hidrofilik HA ve hidrofobik PCL’nin farklı kimyasal karakteristiklerinden dolayı PCL matriksi içinde HA’nın homojenleştirilmesi sorunu vardır. Aglomera HA partikülleri, polimerin mekanik mukavemetini azaltan başarısızlığın kaynağı olarak rol oynar (Kim, 2007a).
HA nanopartiküllerin PCL matriks içinde homojen olarak disperse edildiği hidroksiapatit ve polikaprolaktondan oluşan yeni bir nanokompozit sistem geliştirmeyi amaçlayan bir çalışmada strateji, HA ve PCL arasında bir amfifilik sürfaktan (oleik asit) uygulanmasına dayandırılmıştır. Yağ asidi ailesine ait olan oleik
asit çalışmada sitotoksik olmayan düzeyde kullanılmıştır. Oleik asidin hidrofilik HA ile hidrofobik PCL arasındaki interaksiyona aracılık ettiğine inanılmaktadır. HA partiküllerin ciddi olarak aglomera olduğu konvansiyonel olarak karıştırılmış HA-PCL kompozitlerin tersine, oleik asit aracılığıyla HA nanopartiküller HA-PCL matriks içinde homojen bir şekilde dağıtılmıştır. Geliştirilmiş olan bu nanokompozitin geleneksel kompozit ve saf PCL’den önemli derecede daha yüksek mekanik mukavemete sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca, osteoblastik hücrelerin nanokompozit üzerinde konvansiyonel kompozit üzerindekine göre daha iyi bir proliferasyon davranışı gösterdiği belirlenmiştir. Bu oleik asit aracılı HA-PCL nanokompozitin kemik rejenerasyonu alanında faydalı olabileceği ve bu metodolojinin diğer biyomedikal malzemelerin nanokompozit prosesine uygulanabileceği ileri sürülmüştür (Kim, 2007a).
Hidroksiapatitin kataliz, gübre ve farmasötik ürün sanayisi, protein kromatografisi, su arıtma prosesleri, kemik ve diş tamiri gibi birçok uygulamaları olmasına rağmen, kırılganlığından dolayı saf hidroksiapatit uygulamaları çok sınırlıdır. Doğal kemik esas olarak nano-boyutlu, iğnemsi hidroksiapatit kristalleri ve kollajen liflerden meydana gelen kompozit olduğundan hidroksiapatiti polimer ile modifiye etmek için pek çok çaba harcanmıştır (Cengiz ve ark., 2008).
Hidroksiapatit muhteşem biyouyumluluk ve biyoaktivite özellikleri gösteren kemiğin en önemli mineral bileşenidir. Bununla beraber mekanik özelliği, kemik ikamesi için uygun değildir. Bu nedenle uygun kemik skafoldu üretmek için genellikle hidroksiapatit ve biyobozunur polimerden oluşan kompozit hazırlanır. Polikaprolakton dikkat çekici tokluğu ve iyi biyouyumluluğu ile biyobozunur bir polimerdir ve hidroksiapatit gibi osteojenik ve osteoindüktif inorganik fazları içeren kompozitlerde polimer matriks olarak sıklıkla kulanılır (Rezaei ve Mohammadi, 2012).