Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των βιοϋλικών

Το βιοϋλικό είναι οποιοδήποτε υλικό που αποτελεί αναπόσπαστο μέρος ενός ζωντανού οργανισμού. Το υλικό μπορεί να είναι φυσικό ή συνθετικό και περιλαμβάνει μέταλλα, κεραμικά και πολυμερή. Χρησιμοποιούνται κυρίως στον ιατρικό τομέα για επισκευή ιστών, καρδιακές βαλβίδες και εμφυτεύματα. Ενώ τα βιοϋλικά έχουν πολλά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, κάθε υλικό επιλέγεται σύμφωνα με την τελική εφαρμογή έτσι ώστε τα πλεονεκτήματα να ξεπερνούν τα μειονεκτήματα.

Ανοξείδωτο ατσάλι, ο χρυσός, το κράμα κοβαλτίου-χρωμίου και το κράμα νικελίου-τιτανίου είναι τα συνηθέστερα μέταλλα που χρησιμοποιούνται ως βιοϋλικά. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν αντικατάσταση οστών και αρθρώσεων, οδοντικά εμφυτεύματα και περιπτώσεις βηματοδότη. Τα κύρια πλεονεκτήματα των μετάλλων είναι ότι είναι ισχυρά και είναι ανθεκτικά στην υποβάθμιση της κόπωσης. Έχουν σχήμα μνήμης και μπορούν να αποστειρωθούν εύκολα πριν από τη χρήση. Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι το μέταλλο μπορεί να διαβρωθεί λόγω χημικής αντίδρασης με τα ένζυμα και τα οξέα του σώματος. Μπορεί επίσης να προκαλέσει τοξικότητα στα μεταλλικά ιόντα στο σώμα.

Τα πολυμερή περιλαμβάνουν κολλαγόνο, νάιλον και σιλικόνες. Χρησιμοποιούνται σε επισκευή ιστών, καρδιακές βαλβίδες και εμφυτεύματα στήθους. Τα πολυμερή χρησιμοποιούνται ευρέως καθώς μπορούν να κατασκευαστούν για να προσαρμοστούν στη χρήση τους. Είναι εύκολο να κατασκευαστούν και να τροποποιηθούν. Είναι επίσης βιοαποικοδομήσιμα, πράγμα που αποτελεί πλεονέκτημα και μειονέκτημα. Λόγω της εντατικής αλληλεπίδρασης με το σώμα, μπορούν να ξεπλυθούν, οδηγώντας σε φθορά. Μπορούν επίσης να απορροφήσουν σημαντικά θρεπτικά συστατικά και νερό από το αίμα.

Η αλουμίνα, η ζιρκονία και ο πυρολυτικός άνθρακας είναι μερικά από τα κεραμικά που χρησιμοποιούνται ως βιοϋλικά σε εφαρμογές όπως ορθοπεδικά και οδοντικά εμφυτεύματα. Το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι είναι ισχυρά και χημικά αδρανή. Έχουν υψηλή αντοχή σε θλίψη, η οποία είναι απαραίτητη για εμφυτεύματα οστών. Ορισμένα κεραμικά υλικά είναι επίσης βιοαποικοδομήσιμα. Η δυσκολία στην κατασκευή αποτελεί το κύριο μειονέκτημα. Μπορούν επίσης να ελαχιστοποιήσουν την ανάπτυξη των οστών. Μερικές φορές, τα εμφυτεύματα μπορούν να χαλαρώσουν με την πάροδο του χρόνου και να αποκολληθούν.

Τα σύνθετα περιλαμβάνουν βιολογικό γυαλί-κεραμικό, αλλομόσχευμα και ξενομόσχευμα. Χρησιμοποιούνται στη μηχανική ιστών και στις αντικαταστάσεις αρθρώσεων. Επειδή τα σύνθετα υλικά κατασκευάζονται από δύο ή περισσότερα υλικά, το τελικό προϊόν συνδυάζει τις ιδιότητες όλων των υλικών που χρησιμοποιούνται. Το κύριο πλεονέκτημα των σύνθετων είναι ότι είναι ισχυρά ενώ είναι ελαφριά. Εχουν χαμηλή πυκνότητα και επίσης είναι ανθεκτικά στη διάβρωση. Το υψηλό κόστος που συνεπάγεται η κατασκευή σύνθετων υλικών είναι ένα μειονέκτημα. Επιπλέον, το σχήμα τους δεν μπορεί να αλλάξει εύκολα.