Biyouyumlu Polimerik Malzemeler

Yaşamda aldığı büyük yer nedeniyle polimerik biyomateryallerin fizikokimyasal özelliklerinden yararlanılabilinecek alanların saptanması ve yeni yaklaşımların ortaya konulması, tıp alanında yeni biyomateryallerin kullanıma sunulması için son derece önemlidir. Bu yazıda bu konularla ilgili çalışmalar gözden geçirilip özetlenmiştir. 

BİYOUYUMLU MALZEMELER

Yaşayan sisteme implante edilmek ve organ ve dokuların işlevlerini kısmen veya tümden üstlenmek üzere tasarlanmış materyallere biyomateryal adı verilmekte olup, bu materyallerin biyolojik yönden uyumlu olması, toksik ve karsinojenik olmaması, kimyasal açıdan inert ve stabil olması, yeterli mekanik kuvvete sahip olması, yoğun bir yaşama uyum gösterebilmesi, uygun ağırlık ve dansitede olması, büyük miktarlarda işlenebilme ve fabrikasyon kolaylığı göstermesi, ekonomik olması istenmektedir.

POLİMERİK BİYOMALZEMELER

Polimer, küçük, tekrarlanabilir birimlerin oluşturduğu uzun zincirli moleküllere denir. Tekrarlanan birimler,”mer” olarak adlandırılır. Senteze başlarken kullanılan küçük molekül ağırlıklı birimlere ise “monomer” adı verilir. Polimerizasyon sırasında, monomerler doygun hale gelerek (zincir polimerizasyonu) veya küçük moleküllerin yapıdan ayrılmasıyla (H2O veya HCl) değişir ve “mer” halinde zincire katılırlar. Polimerlerin özellikleri, yapıtaşları olan monomerlerden büyük farklılık gösterir. Bu nedenle, uygulama alanına yönelik olarak uygun biyomalzeme seçimi biyotıp mühendisi tarafından dikkatlice yapılmalıdır.

Doğal Biyouyumlu Polimerler

Doğal polimerler, biyolojik olarak üretilen ve benzersiz işlevsel özelliklere sahip olan polimerlerdir. Proteinler (örneğin kollajen, jelatin, elastin, aktin, vb), polisakkaritler (selüloz, nişasta, dekstran, ki tin, vb) ve Polinükleotidler (DNA ve RNA) başlıca doğal polimerlerdir. Yaşayan organizmaların karmaşık yapılarından dolayı üretim maliyetleri yüksek ve yeterince büyük ölçeklerde üretilememeleri, karşılaşılan başlıca sorunlardır. Doğal polimerler, sahip oldukları işlevsel özellikler nedeniyle değişik kullanım alanlarına sahiptirler. Kalınlaştırıcı, jel yapıcı, bağlayıcı, dağıtma ajanı, kayganlaştırıcı, yapıştırıcı ve biyomalzeme olarak kullanılabilmektedirler.

Sentetik Biyouyumlu Polimerler

Genellikle monomerler, karbon ve hidrojen atomlarından oluşurlar ve bu durumda polimer yapısı uzun hidrokarbon zincirine sahiptir. Bu tür monomerlerin en basiti “etilen”dir; (H2C=CH2) ve oluşturduğu polimer de “polietilen” olarak adlandırılır. Çok sayıda etilen molekülü yapılarındaki çift bağın açılması sonucu, kovalent bağlarla bağlanarak polietilen zincirini oluştururlar. Genellikle “polimer” denildiğinde akla gelen, bu hidrokarbon zincirine sahip “organik polimerler ”dir. Ancak, hidrojen ve karbon atomlarından başka atomlardan meydana gelen polimerler de vardır. Örneğin, silisyum (Si), azot (N), ya da fosfor (P) atomlarından oluşan polimer zincirleri de olur ve bu tür polimerler “inorganik polimerler” olarak adlandırılır. Polimer zincirleri, doğrusal yapıda, yani düz bir çizgi halinde olabileceği gibi,“dallanmış” yapıda da olabilirler. Bu yapılar, polimer ana zincirine diğer zincirlerin yan dal olarak bağlanmasıyla oluşurlar. Bu yan dallar başka bir ana zincirle bağlandığındaysa, “çapraz bağlı” polimerler oluşur. Dallanma, polimerlerin uygun çözücülerdeki çözünürlüğünü zorlaştırır, çapraz bağlı yapılarsa çözünmeyip, sadece yapılarına çözücüyü alarak şişerler.

PMMA (polimetil metakrilat), hidrofobik, doğrusal yapıda bir zincir polimeridir. Oda sıcaklığında camsı halde bulunur. Lucite ve Plexiglas ticari isimleriyle tanınır. Işık geçirgenliği, sertliği ve kararlılığı nedeniyle göz içi lensler, protez göz ve sert kontakt lenslerde kullanımı yaygındır. Ayrıca PMMA-kollajen karışımı halinde estetik operasyonlarda dudak kalınlaştırma kalça ve göğüs dolgunlaştırma amaçlı dolgu malzemesi olarak  kullanılmaktadır.

PHEMA (Polihidroksietil metakrilat) sahip olduğu su içeriği nedeniyle, doğal dokulara büyük bir benzerlik

gösterir. Normal biyolojik reaksiyonlarda inert’tir. Bozunmaya dirençlidir, vücut tarafından emilmez, ısıyla steril edilebilir, çok değişik şekil ve formlarda hazırlanabilir. Genellikle yumuşak kontakt lens yapımında kullanılır.  Son yıllardaki en önemli uygulamalardan biriyse eczacılık alanında, kontrollü ilaç salan sistemlerdeki kullanımlar. Örnek olarak insülin salımı verilebilir; insülin salımının kontrolü, glikoz seviyesinde artma olduğunda daha fazla insülin salabilen akıllı hidrojellerin yardımıyla başarılabilmektedir. Pek çok glikoz cevaplı hidrojel sistemi, pH’ya duyarlı polimerlerden (HEMA-dimetilaminoetil metakrilat kopolimeri) hazırlanmaktadır.

PTFE (Politetrafloroetilen) Teflon ticari adıyla bilinir. PTFE, hem ısısal, hem de kimyasal açıdan çok kararlı ancak işlenmesi zor bir polimerdir. Çok hidrofobik ve mükemmel kayganlığa sahiptir. Gore-Tex olarak bilinen hidrofobik formu damar protezlerinde kullanılır.

PDMS (Polidimetilsiloksan)(Silicone) Diğer kauçuklara nazaran sıcaklığa daha az bağımlıdır. Mükemmel esneklik ve kararlılığından dolayı; parmak eklemleri, kan damarları, kalp kapakçıkları, göğüs implantları, dış kulak, çene ve burun implantları gibi çok sayıda protezde kullanılır.

Ayrıca PDMS biyouyumlu olmayan malzemelerin kaplanarak biyouyumlu hale getirilmesinde kullanılır. Son yıllarda biyoçipler için

substrat olarak kulanımı denenmektedir. Bunlara örnek olarak; PDMS içine gömülü vücuda yerleştirilebilir mesane basınç sensörü (Şekil 1) ve henüz test aşamasında olan elektrik üretebilen, biyouyumlu poli(dimetil siloksan) içine gömülen kurşun zirkonat titanat (PZT) seramiği ile elde edilen kompozit malzeme (Şekil 2) verilebilir. Bu malzeme büküldüğü zaman sisteme verilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisi olarak açığa çıkarıyor.

Piezoelektrik malzeme adı verilen ve mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bu tür malzemeler, özellikle insan hareketlerini kullanarak enerji elde etmeyi hedefleyen cep telefonu gibi gündelik tüketici ürünlerini piyasaya süren firmalar için büyük önem taşıyor. Buna benzer piezo-kompozit malzemelerin kullanıldığı ayakkabıların üretildiği gün, yürürken ya da koşarken enerji elde edilebilecek ve bu enerjiyle cep telefonları şarj edilebilecek. Ya da poli(dimetil siloksan) (PDMS) gibi biyouyumlu polimerler kullanılarak akciğerlere yerleştirilen ince filmler sayesinde kalp atışını ayarlayan cihazlara (kalp pili de denilir) enerji verilebilecek.

Yazar:   Coşkun ATEŞ

               Balıkesir Üniversitesi Kimya Bölümü