Bu yazımda biyoaktif cam nedir, kullanım alanları, üretim yöntemleri, mekanik  ve biyouyumluluk gibi özelliklerden bahsedeceğim.

“Biyoaktif“ vucüt dokularıyla ve hücrelerle etklileşerek uyumlu bir yapı oluşturan anlamına gelmektedir. Biyoaktif malzemeler ise in-vitro(vucut içi) ortamlara yerleştirilen ve burada diğer dokuyla bütünleşen malzemelerin genel adıdır.

Biyoaktif camların karakteristik özelliği, yüzeyinin dokular ile bağ oluşumunu sağlayan, biyoaktif hidroksikarbonapatit (HCA) tabakasından oluşmasıdır. Bu özellik sayesinde, biyoaktif camlar çevre sert dokuya ve bazı hallerde yumuşak dokuya kimyasal olarak bağlanabilmektedir.

Üretilirken silika oranın ağırlıkça %60’ın altında tutulması ve CaO/P2O5 oranın yüksek tutulması, materyalin yüksek reaktif özellikte olmasını sağlamaktadır. Biyoaktif cam günümüzde biyomedikal uygulamalarda ya da periodontal hastalıkların klinik tedavisinde kullanılmaktadır. Aynı zamanda değişik kemik defetlerinde kemik doldurucu olarak ya da implant yüzeylerinin kaplanmasında da kullanılabilmektedir.

Standart biyoaktif cam formülü genel olarak 45S5 olarak bilinmektedir ve FDA tarafından onaylanmaktadır. Bu form ağırlık olarak %45 SiO2, %24.5 Na2O ve CaO ve %6 P2O5 içermektedir. Materyal modifiye edilirken SiO2 bileşeni çeşitlendirilirken, P2O5 bileşeni sabit tutulmaktadır.

Biyoaktif camların kullanıldığı bazı bölgeler;

• Doku tamiri ve rejenerasyonunda
• Sentetik kemik greft materyali olarak
• Koklear implant materyali olarak
• Kemik doku mühendisliğinde yapı iskelesi olarak
• Dental uygulamalarda, dentin hipersensitivitesi tedavisi, mine remineralizasyonunun arttırılmasında kullanılmaktadır.
• Yumuşak doku uygulamaları üzerine araştırmalar devam etmektedir.

Genellikle, biyoaktif camlar da diğer silika camları için geliştirilmiş olan metotlarla üretilmektedirler. Elde edilmek istenen cam kompozisyonunun oksit bileşenleri belirli oranlarda karıştırılıp yüksek sıcaklarda homojen bir eriyik oluşturulur. Bu eriyiğin soğutulmasıyla cam elde edilir. Vücut içinde kullanılacak olan tüm malzemelerde olduğu gibi biyoaktif camlarda da yüksek saflık vazgeçilmez bir unsurdur. Bu nedenle, üretim esnasında meydana gelecek olası kirlenmeleri engellemek amacıyla platin veya platin alaşımlarından imal edilmiş potalar kullanılır.

Hammaddelerin seçimi malzeme özellikleri açısında çok büyük bir öneme sahiptir, bu nedenle saflıklarından kesinlikle emin olunmalıdır. Üretim sırasında kristalize su içeren başlangıç malzemeleri kullanılmasının camların daha kolay kristallemesine neden olduğu belirtilmiştir. Bunun nedeni cam yapısındaki OH iyonlarının çözünmesi ve onunla birlikte azalan viskozite değerleridir. Bunun yanı sıra tercihli buharlaşma da, oluşan cam kompozisyonunu etkileyebildiği gibi, camın viskozitesi ve kristalleşme eğilimini de değiştirebilmektedir.

BİYOAKTİF CAMLARIN MEKANİK ÖZELLİKLER

Biyoaktif camların en büyük avantajı, çabuk doku bağlanmasına olanak tanıyan yüksek yüzey reaksiyon hızıdır. Biyoaktif camların bir diğer avantajı ise elastik modülüs değerlerinin (30 – 35 GPa) cortical kemiğinkine yakın olmasıdır. En önemli dezavantajı ise, iki boyutlu amorf cam yapısından kaynaklanan, mekanik zayıflık ve düşük kırılma tokluğudur. Bir çok biiyoaktif cam kompozisyonunun gerilme mukavemeti 40 – 60 MPa aralığındadır. Dolayısıyla, söz konusu camlar yük taşımalarını gerektirecek uygulamalarda kullanılmaya uygun değildirler. Mekanik özelliklerinin zayıf olması nedeniyle biyoaktif camlar ya çok düşük yük altında kalacakları ya da basma şeklinde yüklendikleri bölgelerde kullanılırlar. Yük taşımaları gereken durumlarda ise metallerin üzerine kaplanmak suretiyle kullanılırlar. Bu durumda sınırlayıcı olan etken metal altlık ile kaplama arasındaki arayüzey gerilimidir. Biyoaktif camların gömülü implantlarda, düşük yüklü veya baskılı yüklü cihazlarda, toz halinde veya bir kompozitin içindeki biyoaktif faz olarak kullanıldığı durumlarda da düşük mukavemetin bir etkisi olmadığı görülmüştür.

Biyoaktif camların kemikle bağ yapmasının temelinde vücut sıvısı içindeki kimyasal reaktiflikleri vardır. Bağlanma işlemi biyolojik bileşenlerin yüzeydeki SiO2 – hidroksikarbonapatit tabaka tarafından emilmesiyle başlar. Yüzeydeki kimyasal reaksiyonlar sonucunda, kemiğin bağlanabildiği, hidroksikarbonat apatit (HCA) katmanı meydana gelir. Bağlanma bir dizi reaksiyon sonucunda gerçekleşir. Bir biyoaktif cam sulu bir çözeltiye daldırıldığında süreç özütleme (leaching), çözünme ve çökelme şeklinde seyreder. Özütleme alkali ve toprak alkali elementlerin, genellikle H+ veya H3O + iyonlarıyla katyon değişimi, bırakılması olarak tanımlanır.

BİYOUYUMLULUK

Biyoaktif camların reaktiflikleri göreceli olarak hidroksiapatitinkinden fazladır. Yüksek reaktiflik vücut içerisinde, implantı çevreleyen dokularla, daha çabuk bağ yapmalarını sağlar. Biyoaktif cam kaplanmış implantların klinik uygulamalarında lokal veya sistemik toksik etkilere, iltihaplanmaya, yabancı madde tepkisine rastlanmamıştır . Biyoaktif cam/canlı doku arayüzeyinde, kemiksi apaptit yapıya sahip ve kalsiyum fosfat bakımından zengin, güçlü bir kimyasal bağ oluşturan bir katman meydana gelir. Biyoaktif cam yüzeyindeki bağlanma hızının kontrol edilebilir olması spesifik uygulamalar için özel tasarımlar yapılabilmesine olanak tanımaktadır.

Çeşitli biyoseramikleri biyoaktiviteleri mukayese etmek amacıyla, yetişkin bir tavşanın kalça kemiğinin ucuna açılan bir deliğe alumina, hidroksiapatit ve Bioglass © granülleri yerleştirilmiştir. Birkaç hafta sonra alümina granülleri ile oluşan yeni kemik dokusu arasında direkt bir temas olmadığı, aralarında onlarca mikrometrelik boşluklar olduğu gözlenmiştir. Diğer yandan, hidroksiapatit granülleri ile oluşan kemik dokusunun direkt olarak bağlandığı ancak granüller arasındaki mesafenin 100 mikrometrenin üzerinde olması durumunda aralarda boşluklar kaldığı gözlenmiştir. Bioglass © granülleri etrafında ise çok daha çabuk oluşan ve daha yoğun olan bir kemik dokusu meydana gelmiştir. Sonuç olarak, Bioglass ©’ın kemik iletimi ve biyouyumluluğunun hidroksiapatitinkinden çok daha yüksek olduğu gözlenmiştir.