Biomaterjal: erinevus redaktsioonide vahel

'''Biomaterjal''' on looduslikku või sünteetilist päritolu [[materjal]], mida kasutatakse otseses kontaktis [[Bioloogiline süsteem|bioloogilistes süsteemides]], inimese kehas või selle pinnal. Biomaterjalideks võivad olla peaaegu kõik klassikalised materjalid, mis on biosobivad, nt [[metall|metallid]], [[keraamika]], [[komposiidid]], [[klaasidklaas]]id, [[polümeerid]], [[hüdrogeel|hüdrogeelid]], [[süsinikmaterjalid]]. [[Biosobivus]] on materjali võime kehas tekitada eeldatud vastust, mis ei tähenda ilmtingimata, et materjal peab keha suhtes [[inertsus|inertne]] olema. Samuti ei tohi biomaterjal olla keha suhtes [[toksiline]] ega tekitada allergilisi reaktsioone. Lihtsustatult, keha peab biomaterjalist tehtud objekti omaks võtma, mitte seda välja tõrjuma.<ref name="esimene">Michel Vert, Yoshiharu Doi, Karl-Heinz Hellwich, Michael Hess, Philip Hodge, Przemyslaw Kubisa, Marguerite Rinaudo, François Schué, ''Terminology for biorelated polymers and applications'', Pure Appl. Chem, Vol. 84, No. 2, (2012), 377–410.</ref><ref>Gottfried Schmalz, Dorthe Arenholt Bindslev, ''Biocompatibility of Dental Materials'', (2008), 1-12.</ref>

Biomaterjalide areng ja neist põhjalik arusaam on võimaldanud [[biomeditsiin|biomeditsiini]] kiire arengu. Sinna hulka käib kontroll alates [[süntees|sünteesist]] ja tootmisest kuni omaduste disainini. Hüdrogeelid on hea näide kolmedimensionaalsest [[makromolekul|makromolekulide]] võrgustikust, mis oma struktuuri, mehaaniliste omaduste, veesisalduse ja lahustunud ainete liikuvuse poolest on sarnased inimese kudedele. Füüsikalised hüdrogeelid, mille struktuur püsib koos tänu [[mittekovalentne side|mittekovalentsetele sidemetele]], omavad paremat bioühilduvust ja [[biomolekul|biomolekulide]] transpordivõimet, kui keemiliselt [[ristsidumine|ristseotud]] hüdrogeelid.<ref name="esimene"></ref><ref>Marie-Helene Alves, Bettina E. B. Jensen, Anton A. A. Smith, Alexander N. Zelikin, ''Poly(Vinyl Alcohol) Physical Hydrogels: New Vista on a Long Serving Biomaterial'', Macromolecular Bioscience, Volume 11, Issue 10, (2011), 1293–1313.</ref>

Üheks olulisemaks faktoriks kudede [[regeneratsioon|regeneratsiooni]] juures on füüsilise struktuuri ehk karkassi olemasolu, milleks on biomaterjalid. See pakub mehaanilist tuge ja sobivat pinda, kus rakud saavad kasvada ja paljuneda. [[koetehnoloogia|KoetehnoloogiasKoetehnoloogia]]s kasutatakse taolisi struktuure kudede kasvupinnaks. Olulist rolli rakkude kinnitumisel ja migreerumisel mängivad kolmedimensionaalse struktuuri vastastikune seotus ja pooride suurus. Klassikalisteks meetoditeks taoliste struktuuride valmistamisel on

Terve puusa väljavahetamist kutsutakse vahel ka „sajandi operatsiooniks“. Oluline roll on siinkohal ka biomaterjalidel, kus [[puusaprotees|puusaproteesi]] pesa on valmistatud bioühilduvast metallist või polümeerist ning reieluu ots on tehtud kõvast materjalist. Nende kahe detaili vahel on sünoviaalvedelik, mille viskoosus peab jääma kindlasse vahemikku. Oluline on reieluu bioühildumine kunstlikku reieluu otsaga, samas ei tohi pesa ega reieluu otsa sile pind olla bioühilduvad, vaid pigem bioinertsed, et vältida liikuvate detailide saastumist. Kõige sagedminisagedamini kasutatakse proteesi pesa valmistamiseks ülikõrge [[molekulmass|molekulmassiga]] [[polüetüleen|polüetüleeni]]i ja reieluu otsa valmistamiseks keraamikat või mõne metalli sulamit. <ref>Patrick S. M. Dougherty, Gagan Srivastava, Recep Onler, O. Burak Ozdoganlar & C. Fred Higgs III, ''Lubrication Enhancement for UHMWPE Sliding Contacts through Surface Texturing, '', Tribology Transactions, Volume 58, Issue 1, (2014), 79-86.</ref>

Mõnedes rakendustes on vaja, et materjal oleks [[antibakteriaalne]]. Selle saavutamiseks on mitmeid parameetreid, mida varieerida: pooride suurus, mikro- ja nanokaredus, [[pinna energia]], [[hüdrofoobsus]], [[hüdrofiilsus]], [[pH]], [[temperatuur]], laenguga [[funktsionaalrühmad]]. On ka materjale, mis juba oma olemuselt on antibakteriaalsete omadustega, nagu näiteks [[hõbe]], [[vask]], [[tsink]], [[titaanoksiid]], samuti mitmed polümeerid ja klaasid. Viimaste antibakteriaalsus seisneb bakterite jaoks mürgiste gaaside (näiteks [[molekulaarne hapnik|molekulaarse hapniku]] ning [[lämmastikdioksiid|lämmastikmonooksiidi]]) eraldumises materjali pinnalt. Biomaterjali saab ka katta antibakteriaalse kihiga. Oluline on ära märkida, et kate ei tohi mõjutama hakata alusmaterjali bioomadusi, seega tuleb leida sobiv tasakaal antibakteriaalse efekti ja bioühilduvuse vahel. Bioaktiivsete katete toimimismehhanisme on mitmeid. Näiteks polümeeride kandmine materjali pinnale, mis takistavad bakterite kinnitumist või ühe- ja mitmekihiliste [[kile|kilede]] [[sadestamine]], mis sisaldavad või transpordivad antibakteriaalseid ühendeid. Viimane võimalus materjali antibakteriaalseks muuta on katta see [[nanostruktuur|nanostruktuuriga]], milles pole bakterile sobilikku „kohta“ kinnitumiseks. On kindlaks tehtud, et mida väiksem on nanostruktuur, seda parem on antibakteriaalne toime. Samuti mängib olulist rolli [[nanoosake|nanoosakeste]] kuju – näiteks kolmnurksetel ja teravatel kujunditel on sfäärilistest nanostruktuuridest parem antibakteriaalne mõju. Kitsaskohaks on antibakteriaalsete biomaterjalide arendamisel kliiniline testimine, mis on aeganõudev ja pikk protsess.<ref>Davide Campocciaa, Lucio Montanaroa, Carla Renata Arciola, ''A review of the biomaterials technologies for infection-resistant surfaces'', Biomaterials, 34, (2013), 8533–8554.</ref>

Biomaterjali eluiga on määratletud otseselt tema rakendusega. Näiteks haavaravis kasutatavad materjalid peaksid kaduma kehast samaaegselt haava paranemisega. Hambaimplantaatide ja tehisliigeste eluiga võiks olla inimese eluea suurusjärgus ning mida stabiilsem ja tugevam on materjal, seda parem. Kehas lagunenud biomaterjalidel on kaks väljapääsu. Esimene võimalus on läbi keeruka neerude filtrisüsteemi, kusjuures need molekulid peavad olema veres lahustuvad. Teine võimalus on eritus läbi kopsude, kuid siis on vajalik molekulide [[metaboliseerumine]] ja muutumine kehas veeks ja [[süsihappegaas]]iks. Kõrge molekulmassiga aineid pole võimalik seega lihtsalt väljutada ja seetõttu leiavad nad kasutust biomaterjalidena pikema tööperioodiga rakendustes.<ref name="esimene">< /ref>

Algselt oma bioinertsuse poolest sobilikud sünteetilised polümeerid on pärast oma kasutuse lõppu muutunud [[keskkonnaprobleem|keskkonnaprobleemiks]], sest sellised biomaterjalid ei lagune looduses.<ref name="esimene">< /ref>