Biyomalzeme Dünyasında Silikon

Bilim ve Teknik Ekim 2010

Biyomalzeme Dünyasında

Silikon

Silikon yıllardır inşaat sektöründen tekstil sanayisine, deterjan üretiminden kozmetik ve ilaç

uygulamalarına varan çok farklı alanlarda kullanılıyor. Hızla gelişen teknolojinin yardımıyla günümüzde

özellikle çene ve yüz cerrahisinde, çene, burun, yanak ve kulak kepçesi gibi bölgelerdeki estetik amaçlı

uygulamalarda, doğuştan gelen hasarların düzeltilmesinde, yaralanma ve kanser sonrası yapılan

rekonstrüktif ameliyatlarda en çok tercih edilen implant malzemesi olmayı başardı.

B

bölü-münde güvenli ve fiziksel olarak uygun şe-kilde işlev görebilen malzemeler olarak ta-nımlanabilir. Birçok malzeme ve alet, hastalık ve yaralanmaların tedavisinde kullanılıyor. Ameli-yat iplikleri, diş dolgu malzemeleri, kemik plaka-ları sıklıkla kullanılan biyomalzeme örnekleri. Bi-yomalzemeler yaşayan sistemin bir kısmıyla yer değiştirebilir veya canlı dokuyla sürekli temas ha-linde (işitme cihazları ve takılabilir yapay uzuvlar) kullanılabilir. Yanık vakası gibi durumlarda biyo-malzemeler tıpkı deri gibi dış ortama karşı bariyer oluşturuyor. Biyomalzemeler, üretimlerinde kulla-nılan malzeme türlerine göre metalik, seramik, po-limerik ve kompozit biyomalzemeler olmak üzere dört grupta incelenir.

Metalik biyomalzemeler, farklı formlarda imp-lant olarak insan vücudunda kullanılırlar. İnsan vücudunda kullanılmak üzere geliştirilen ilk me-tal olan “vanadyum çeliği” kemik ve kıkırdaklarda plaka ve vida olarak kullanılmış. Vanadyum çeliği-nin en önemli özelliği mukavemet ve elastikiyetini uzun süre muhafaza etmesi. Paslanmaz çelikler, ti-tanyum, altın, kobalt ve benzeri metal ve metal ala-şımları, insan vücudunda yaygın olarak kullanılan diğer metalik malzeme türleri. Bu malzemeler or-topedik uygulamalarda eklem protezi, yüz ve çe-ne cerrahisinde kemik yenileme malzemesi olarak, kalp-damar cerrahisinde yapay kalp parçaları, va-na ve kalp kapakçığı olarak kullanılıyor. Ayrıca teş-his ve tedavi amaçlı kullanılan biyotıp cihazlarının üretiminde de metalik biyomalzemeler tercih edi-liyor. Fakat yüksek mekanik dayanıma sahip olma-larına rağmen biyouyumluluklarının yani vücut-la uyuşabilirliklerinin yeterli olmaması, korozyo-na uğramaları, dokulara göre sert olmaları ve do-kuda alerjik tepkilere sebep olabilecek iyon salımı yapma ihtimali taşımalarından dolayı metalik bi-yomalzemelerin uygulamalarında sorunlarla kar-şılaşılıyor.

Seramik biyomalzemeler, yapısında alumin-yum oksit, magnezalumin-yum oksit ve silisalumin-yum oksit gi-bi, metalik ve metalik olmayan elementler ve çeşit-li refraktif yani ışığı kıran malzemeler içerirler. Ya-pısında bulundurdukları elementlere göre biyose-ramikler, alüminyum oksit (alümina), zirkonyum oksit (zirkonya), kalsiyum fosfat (hidroksi apatit), cam seramikler ve diğer seramikler (titanyum ok-sit, kalsiyum alüminat, karbonlar) olarak sınıflan-dırılır. Seramik malzemeler kolay

üretilebilmele-SPL

Hilal Türkoğlu Şaşmazel, lisans derecesini Hacettepe Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü’nden, yüksek lisans ve doktora derecelerini yine Hacettepe Üniversitesi Biyomühendislik Ana Bilim Dalı’ndan aldı. Doktora eğitimi sırasında TÜBİTAK Yurtdışı Araştırma Bursu’nu kazanarak 9 ay süreyle Wisconsin/ Madison Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdürdü. Çalışma konuları polimerik ve kompozit malzemelerin yüzey modifikasyonu ve karakterizasyonu, biyomalzemeler, doku mühendisliği ve hücre kültürü uygulamalarıdır. Halen Atılım Üniversitesi Malzeme Mühendisliği Bölümü’nde Yrd. Doç. Dr. olarak çalışmaktadır.

Hilal Türkoğlu Şaşmazel Zeynep Atik

>>>

Biyomalzeme Dünyasında Silikon

ri nedeniyle yapay tendon ve ligamentlerde, vücut sıvısıyla herhangi bir tepkime vermedikleri için ve aynı zamanda estetik olarak doğal diş görünü-mü sergilemelerinden dolayı diş hekimliği uygu-lamalarında ve kan geçirgenliğini kolaylaştırmala-rı sebebiyle yapay kalp damarlakolaylaştırmala-rında kullanılıyor. Ancak seramik malzemelerin yorulmaya, değişik darbe ve basınçlara karşı dayanımları tam olarak bilinmiyor ve bu da malzeme dezavantajı olarak görülüyor.

Polimerik biyomalzemeler, çok sayıda aynı veya farklı atomik grupların kimyasal bağlarla, az ya da çok düzenli biçimde bağlanarak oluşturduğu uzun zincirli–yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerden ya-ni polimerlerden oluşan malzemeler. Polimerler, nişasta, selüloz, doğal kauçuk ve DNA gibi doğal formlarda bulunabildikleri gibi, polimetilmetakri-lat (PMMA), polivinilklorür (PVC), politetraflo-roetilen (PTFE), polidimetilsiloksan (PDMS), po-lietilen (PE) gibi sentetik olarak da üretilebiliyor. PMMA göz içi lenslerde ve sert kontakt lensler-de, PE kateterlerlensler-de, yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) yapay kalça protezlerinde, PVC kan nak-linde ve diyalizde kullanılır. Polimerik biyomal-zemeler çeşitli şekillerde (film, plaka vb.) kolayca üretilebilmeleri, kimyasal ve ısıl kararlılıkları, iste-nilen mekanik ve fiziksel özelliklerde elde edilebil-meleri ve maliyetlerinin pahalı olmaması gibi geti-rilerinden dolayı seramik ve metal biyomalzemele-re göbiyomalzemele-re daha avantajlı konuma sahip.

Kompozit malzeme, farklı kimyasal yapıdaki iki ya da daha fazla sayıdaki malzemenin özellikleri-ni koruyarak oluşturduğu çok fazlı malzeme olarak tanımlanıyor. Bu çok fazlı malzeme kendini oluş-turan bileşenlerden birinin tek başına sahip ola-madığı özelliklere sahip. Kompozit malzeme “mat-ris” olarak adlandırılan bir malzeme içerisine çe-şitli güçlendirici malzemelerin eklenmesiyle hazır-lanıyor. Matris olarak çeşitli polimerler, güçlendi-rici olarak da cam, karbon ya da polimerik lifler, bazen de mika ve çeşitli toz seramikler vücut içe-risindeki uygulamalarda güvenle kullanılabiliyor. Birçok özelliğinin metalik malzemelere göre fark-lı olmasından dolayı kompozit malzemeler önem kazanmış. Kolay şekil almaları, korozyona ve kim-yasal etkilere karşı dayanımlarının yüksek olması ve manyetik özellik taşımamaları (böylece manye-tik dalgaların kullanıldığı tanı sistemlerinin kulla-nımında sorun oluşturmazlar) nedeniyle kompo-zit malzemeler tercih ediliyor. Ancak çoğu durum-da maliyetlerinin yüksek olması önemli bir deza-vantaj.

Silikon

Polisiloksan olarak da bilinir ve sentetik polimer-ler sınıfında yer alır. İskeletinde silisyum (Si) ve oksi-jen (O) bağlarının tekrarlanmış hali bulunur. Silikon molekülü içerisinde metil (CH₃) grupları varsa yapı polidimetilsiloksan (PDMS) olarak adlandırılır. Sili-kon polimer zincirlerinin esnekliği, ısıya dayanımla-rı/termal kararlılıkları, geçirgenliği, dielektrik (yalıt-kan) özelliğinin iyi olması ve suyu sevmez (hidrofo-bik) özelliği bu polimerik malzemeleri inşaat sektö-ründen tekstil sanayisine, deterjan üretiminden koz-metik ve ilaç uygulamalarına varan farklı kullanım alanlarında cazip hale getiriyor. Silikonun endüstri-yel kullanımı 1940’lı yıllardan bu yana devam ediyor. Son yıllarda renklendirici ve dolgu malzemesi olarak birçok malzemenin üretiminde kullanılıyor. Örne-ğin modern bir arabanın üretiminde 50’den fazla si-likon tabanlı malzeme kullanılıyor.

Sahip olduğu avantajlardan dolayı silikon malze-meler tıp alanında yoğun bir şekilde tercih ediliyor. Silikon ve silikon bileşikleri kayganlaştırıcı ve ya-pıştırıcı olarak kullanıldığı gibi doku implantı, diya-liz tableti ve kan pompası olarak da kullanılıyor. Sili-kon esaslı polimerik malzemeler genellikle tek kulla-nımlık tıbbi destek malzemesi, protez malzemesi ve dişçilik malzemesi olarak, kontrollü salım sistemleri ve doku mühendisliği alanlarında tercih ediliyor. Si-likonun suyu sevmez özelliği 1940’lı yılların ortala-rında kanın pıhtılaşmasını önlemede kullanılmış ve bu uygulamada silikonun kan akışını

kolaylaştırdı-SPL

Zeynep Atik, lisans eğitimini Gazi Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü’nde tamamladıktan sonra, Yüksek lisansını Hacettepe Üniversitesi Biyomühendislik Ana Bilim Dalı’nda tamamladı. Halen Hacettepe Üniversitesi Biyomühendislik Ana Bilim Dalı’nda doktora eğitimine devam etmekte ve aynı zamanda “Yumuşak ve Kıkırdak Doku Onarımı...” başlıklı TÜBİTAK 1001 araştırma geliştirme projesinde bursiyer olarak çalışmalarını sürdürüyor.

Bilim ve Teknik Ekim 2010 <<<

ğı ve silikon kaplı iğnelerin hastalara daha az acı ver-diği gözlenmiş. Silikon esaslı polimerik malzemele-rin biyolojik açıdan önemi büyük. Bu nedenle sili-kon yaklaşık 60 yıldır bilim dünyası tarafından tartı-şılıyor. Bu tartışmalar çoğunlukla silikonun fizyolo-jik ve patolofizyolo-jik etkilerini temel alıyor. 1962 yılında si-likon jel içeren meme implantları sisi-likon bir zarf içe-risinde tedavi amaçlı ameliyatlarda veya rekonstrük-tif cerrahide kullanılmış. Zaman içinde silikonun es-tetik cerrahide, özellikle meme protezlerinde kulla-nımı hızla artmış. Ancak bu uygulamalar sonucunda malzemenin beklenilen cevabı vermediği, çeşitli sağ-lık sorunlarına neden olduğu görülmüş ve bunlar gi-derilmeye çalışılmış. Silikonun fizyolojik önemi yani memeli hücreleriyle ve yaşayan çevre dokuyla etkile-şimi ise 1970’lerden bu yana incelenmiş.

Silikon biyomalzemeler yaygın olarak kullanıl-malarına karşın uygulamada sorunlar çıkıyor. Başka maddelerle kimyasal tepkimeye girmeme özellikleri sebebiyle bulundukları ortamda çevre dokuyla etki-leşmezler. Örneğin silikon implant, eğer yerleştirildi-ği yer çene gibi hareketli ise o bölgeye iyi tutunamaz ve konulduğu yerden hareket ederek konum değiş-tirir. Bu da estetik bir sorun oluşturur. Sorunun çö-zülmesi için köpükten yapılmış desteklerin, pamuk topakların ve stentlerin kullanımı önerilmiş. Fa-kat önerilen uygulamalarda hastanın iki defa cerra-hi müdahaleye maruz kalması söz konusu oluyor. Bu nedenle alternatif olarak verilen bu yöntemlerin uy-gulanması zorlaşmış ve çoğu zaman da beklenen ba-şarıya ulaşılamamış.

Son yıllarda silikon biyomalzemelerin hareket-liliğini ortadan kaldırmak ve yüzeye iyi tutunması-nı sağlamak için gözenekli silikon biyomalzemele-rin üretimine geçilmiş. Gözenekli silikon üretimin-de genellikle yüzeyi aşındırma yöntemleri kullanılı-yor ve malzemede nano boyutta gözenekler elde edi-liyor. Bunun dışında tuz gibi gözenek yapıcı madde-lerin kullanımıyla malzemede mikrodan makroya varan boyutlarda gözenek elde etmek de mümkün.

Ayrıca çeşitli kimyasal ve biyolojik yöntemler malze-me yüzeyine uygulanarak malzemalze-menin biyolojik ola-rak aktif hale gelmesi sağlanıyor. Böylece malzeme çevre dokudaki hücrelerle daha kolay ve hızlı bir şe-kilde bir araya gelerek sağlıklı, yeni hücre ve doku-ların oluşumunu sağlıyor. Bu bilimsel ve teknolojik gelişmeler silikon biyomalzemelerin tıp dünyasında yerini koruyacağını hatta bu yelpazede kullanım pa-yını artıracağını gösteriyor.

Kaynaklar

Türkoğlu Şaşmazel, H., Biyomalzemeler, Ders Notları, Atılım Üniversitesi, 2008.

Atik, Z., “Yumuşak ve Kıkırdak Doku Onarımı/ Rekonstrüksiyonu için Gözenekli/Biyoaktif Silikon

İmplantların/Protezlerin Üretimi”, Hacettepe Üniversitesi Biyomühendislik Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 2010.

Gümüşderelioğlu, M., “Biyomalzemeler”, Yeni

Ufuklara, Bilim ve Teknik, Temmuz 2002.

SPL

SPL