Tıbbi cihaz tasarımı için anahtar kavramlar arasında biyomekanik, biyouyumluluk ve biyofonksiyonellik bulunmaktadır. Laboratuvarımız EUROLAB’da yapılacak biyomekanik testler, tıbbi cihazların ve ekipmanların geliştirilmesinde kullanılan örnek bir biyolojik dokunun mekaniğini, kemiği ve biyomateryallerin mekanik testlerini gözden geçirecektir.

Tıbbi cihaz tasarımı kapsamlı test gerektirir. Kemik, tendon, bağ ve kas gibi biyolojik dokuların mekanik özelliklerini ortaya koyan biyomekanik, çeşitli yükleme koşullarında biyolojik dokuların araştırılmasını ve test edilmesini gerektirir. Biyomekanik, mühendislik prensiplerini biyolojik sistemlere uygulamasına rağmen, biyolojik dokunun dikkatli bir analizini de gerektirir. Bir tıbbi cihaz, sadece değiştirdiği dokunun ve aynı zamanda temasta olduğu dokunun özelliklerinin bilinmesi durumunda doğru bir şekilde doğrulanabilir.

• Dokuların mekanik özellikleri yaş ve biyolojik ve çevresel faktörler de dahil olmak üzere değişen koşullara göre değişir. Ek olarak, çoğu doku kompozit ve viskoelastik malzemelerdir, yani mekanik özellikleri bir noktadan diğerine değişir.

İskelet sisteminin yapı taşları olan kemikler, hem sıvı hem de katı fazlardan oluşan kompozit malzemelerdir. Organik matrikste veya kanallarda ve boşluklarda bulunabilen su, toplam kemik ağırlığının % 25'ini oluşturur. Katı fazlar kemiklere sert yapılarının yanı sıra esneklik ve esneklik kazandırır.

Kemikler kendi kendini onarabilir ve şekillerini değiştirebilir ve mekanik özellikleri vücut tarafından yaşanan değişikliklere bağlıdır. Ayrıca, bileşimin ve sonuç olarak, kemiğin belirli özelliklerinin, yaşa, cinsiyete, kemik ve kemik doku tiplerine ve diğer faktörlere göre değiştiğini de not etmek önemlidir.

Kemiği sınıflandırmak için sayısız terim vardır. Bu yazı kısaca kemikleri oluşturan iki dokuyu ele alacaktır: kortikal veya kompakt kemik dokusu ve süngersi veya süngerimsi kemik dokusu. Yoğun kortikal kemik dokusu doğrusal olarak elastiktir ve kemiklerin ve diyafiz bölgesinin dış korteksini oluşturur. Tüm kemikleri (eklem yüzeyleri hariç) kapsayan lifli tabakaya periosteum adı verilir. Süngerimsi kemik dokusu kortikal kemik tarafından kapatılan homojen olmayan ağ yapısıdır.

Kemikler, gözeneklilik derecesine ve organizasyona bağlı olarak kortikal veya süngersi olarak tanımlanır. Gözeneklilik derecesi, zamanla veya hastalık ve değiştirilmiş yükleme ile de değişebilirse de, süngersi kemikler ve kortikal kemikler arasında ayrım yaparken, süngersi kemik, kortikal kemiğe kıyasla daha yüksek gözenekliliğe sahip olacaktır.

Kemiğin malzeme özelliklerini uygun bir şekilde analiz etmek için, mineral içeriğinin tartışılması gerekir. Kemikler daha yüksek bir mineralizasyona sahip olduklarında daha yüksek bir nihai gerilme mukavemeti (UTS) ve Esneklik Modülü gösterir. Buna karşılık, yüksek mineralizasyon genellikle sertliği azaltacaktır. Kortikal kemik, süngersi kemiğe göre daha yüksek Elastikiyet Modülü gösterir ve dirençli tork için en uygun özelliklere sahiptir. Diğer yandan, süngersi kemik enerji depolamak için daha büyük bir kapasiteye sahiptir, bu nedenle yüksek sıkıştırma ve kesme kuvvetlerine karşı koymaya ek olarak başarısızlıktan çok daha yüksek gerilmeleri koruyabilir.

Biyomekanik Test

Tıbbi cihazlara yönelik biyomekanik değerlendirmeler arasında bir implantın gerilme, basma ve kesme kuvvetlerine, çeşitliliğine ve serbestlik derecelerine ve Elastik Modül, akma dayanımı ve başarısızlığa uzama gibi aygıtın mekanik özelliklerine dayanma kabiliyeti bulunmaktadır. Tıbbi cihazlar geliştirmek için metaller ve alaşımlar, seramikler ve polimerler gibi malzemeler kullanılır.

Metalik implantlar düzenli, 3D kristal yapıya sahiptir ve temel olarak yük taşıma için kullanılır (örneğin kalça ve omuz implantları, fiksasyon cihazları). Seçilen metalin özelliklerine bağlı olarak, çevreleyen dokulara karşı dirençli olan yüksek derecede reaktif metalik yüzeyler genellikle başka metalik işlemlere veya mümkünse dış yüzey üzerinde diğer biyomateryallerin kullanılmasına ihtiyaç duyarlar. Diğer taraftan, seramikler metalik olmayan ve organik olmayan, sıkıştırma mukavemeti en yüksek olanıdır, ancak zayıf gerilme özellikleri gösterirler. Seramiklerin en yaygın kullanımı diş implantlarıdır. Polimerler, tekrarlanan birimlerden oluşan organik malzemelerdir. Avantajları arasında kontrollü bozunma oranları ve kolay üretim bulunur.

Biyomekanik testler için laboratuvarımız EUROLAB ile çalışabilirsiniz.