Biokompatibilita souvisí s chováním biomateriálů v různých prostředích za různých chemických a fyzikálních podmínek. Tento termín může odkazovat na specifické vlastnosti materiálu, aniž by specifikoval, kde nebo jak má být materiál použit. Například materiál může v daném organismu vyvolat malou nebo žádnou imunitní reakci a může, ale nemusí být schopen integrace s určitým typem buněk nebo tkání. Imunoinformované biomateriály, které imunitní odpověď usměrňují, místo aby se snažily tento proces obejít, jsou jedním ze slibných přístupů. Nejednoznačnost tohoto termínu odráží pokračující vývoj poznatků o tom, „jak biomateriály interagují s lidským tělem“ a případně „jak tyto interakce určují klinický úspěch zdravotnického prostředku (např. kardiostimulátoru nebo kyčelní náhrady) „. Moderní zdravotnické prostředky a protézy jsou často vyrobeny z více než jednoho materiálu, takže nemusí vždy stačit hovořit o biokompatibilitě konkrétního materiálu. Chirurgická implantace biomateriálu do těla vyvolává zánětlivou reakci organismu a s ní spojené hojení poškozené tkáně. V závislosti na složení implantovaného materiálu, povrchu implantátu, mechanismu únavy a chemickém rozkladu je možná řada dalších reakcí. Ty mohou být lokální i systémové. Patří mezi ně imunitní reakce, reakce cizího tělesa s izolací implantátu s cévní pojivovou tkání, možná infekce a dopad na životnost implantátu. Nemoc štěpu proti hostiteli je auto- a aloimunitní porucha, která vykazuje variabilní klinický průběh. Může se projevit v akutní nebo chronické formě, postihuje více orgánů a tkání a způsobuje závažné komplikace v klinické praxi, a to jak při transplantaci, tak při zavádění biokompatibilních materiálů.
Biokompatibilní plastyUpravit
Mezi nejčastěji používané biokompatibilní materiály (neboli biomateriály) patří polymery díky své přirozené pružnosti a laditelným mechanickým vlastnostem. Zdravotnické prostředky z plastů se často vyrábějí z několika vybraných materiálů, mezi které patří: cyklický olefinový kopolymer (COC), polykarbonát (PC), polyetherimid (PEI), lékařský polyvinylchlorid (PVC), polyethersulfon (PES), polyethylen (PE), polyetheretherketon (PEEK) a dokonce i polypropylen (PP). Pro zajištění biokompatibility existuje řada regulovaných testů, kterými musí materiál projít, aby byl certifikován pro použití. Patří mezi ně test biologické reaktivity podle lékopisu Spojených států amerických IV (USP Class IV) a test biologického hodnocení zdravotnických prostředků podle Mezinárodní organizace pro normalizaci 10993 (ISO 10993). Hlavním cílem testů biokompatibility je kvantifikovat akutní a chronickou toxicitu materiálu a určit případné nežádoucí účinky za podmínek použití, proto jsou testy požadované pro daný materiál závislé na jeho konečném použití (tj. krev, centrální nervový systém atd.).
Mechanické vlastnostiEdit
Kromě toho, že je materiál certifikován jako biokompatibilní, musí být biomateriály navrženy speciálně pro jejich cílové použití ve zdravotnickém prostředku. To je důležité zejména z hlediska mechanických vlastností, které určují způsob, jakým se daný biomateriál chová. Jedním z nejdůležitějších parametrů materiálu je Youngův modul E, který popisuje pružnou odezvu materiálu na namáhání. Youngův modul tkáně a zařízení, které je s ní spojeno, musí být v těsném souladu, aby byla zajištěna optimální kompatibilita mezi zařízením a tělem, ať už je zařízení implantováno nebo namontováno externě. Shoda modulů pružnosti umožňuje omezit pohyb a delaminaci na biologickém rozhraní mezi implantátem a tkání a také zabránit koncentraci napětí, která může vést k mechanickému selhání. Dalšími důležitými vlastnostmi jsou pevnost v tahu a pevnost v tlaku, které kvantifikují maximální namáhání, které může materiál vydržet, než dojde k jeho porušení, a mohou být použity ke stanovení limitů namáhání, kterým může být zařízení vystaveno uvnitř nebo vně těla. V závislosti na aplikaci může být žádoucí, aby měl biomateriál vysokou pevnost, aby byl odolný proti selhání při zatížení, avšak v jiných aplikacích může být výhodné, aby měl materiál nízkou pevnost. Existuje pečlivá rovnováha mezi pevností a tuhostí, která určuje, jak je zařízení z biomateriálu odolné vůči selhání. Obvykle platí, že s rostoucí pružností biomateriálu klesá pevnost v tahu a naopak. Jednou z aplikací, kde je materiál s vysokou pevností nežádoucí, jsou nervové sondy; pokud se v těchto aplikacích použije materiál s vysokou pevností, tkáň vždy selže dříve než zařízení (při působení zátěže), protože Youngův modul tvrdé pleny mozkové a mozkové tkáně je řádově 500 Pa. Pokud k tomu dojde, může dojít k nevratnému poškození mozku, proto musí mít biomateriál modul pružnosti menší nebo stejný jako mozková tkáň a nízkou pevnost v tahu, pokud se očekává aplikované zatížení.
Pro implantované biomateriály, u kterých může docházet ke kolísání teploty, např. zubní implantáty, je důležitá tvárnost. Materiál musí být tvárný z podobného důvodu, jako pevnost v tahu nesmí být příliš vysoká, tvárnost umožňuje ohýbání materiálu bez lomu a také zabraňuje koncentraci napětí ve tkáni při změnách teploty. Vlastnost materiálu, kterou je houževnatost, je důležitá také pro zubní implantáty, stejně jako pro jakýkoli jiný tuhý, nosný implantát, jako je například náhradní kyčelní kloub. Houževnatost popisuje schopnost materiálu deformovat se pod působícím napětím, aniž by došlo k jeho porušení, a vysoká houževnatost umožňuje, aby implantáty z biomateriálů vydržely v těle déle, zejména pokud jsou vystaveny velkému namáhání nebo cyklicky zatěžovanému namáhání, jako je namáhání kyčelního kloubu při běhu.
U zdravotnických prostředků, které jsou implantovány nebo připevněny ke kůži, je další důležitou vlastností vyžadující zohlednění ohybová tuhost, D. Ohybová tuhost určuje, jak dobře dokáže povrch zařízení udržet konformní kontakt s povrchem tkáně, což je důležité zejména u zařízení, která měří pohyb tkáně (napětí), elektrické signály (impedanci) nebo jsou navržena tak, aby přilnula ke kůži, aniž by se odloupla, jako je tomu u epidermální elektroniky. Protože ohybová tuhost závisí na tloušťce materiálu, h, na třetí mocnině (h3), je velmi důležité, aby biomateriál mohl být formován do tenkých vrstev ve výše uvedených aplikacích, kde je konformita prvořadá.
.