Biomaterialien in der Medizin: Definition, Anwendungen und Beispiele

Die Verwendung von Materialien in der Medizin bezieht sich primär auf den längerfristigen Einsatz von biologischen oder synthetischen Materialien, die mit lebendem Gewebe interagieren. Solche kurzfristig verwendeten Gegenstände wie Blutbeutel und Spritzennadeln werden im Allgemeinen nicht als Teil der Definition betrachtet. D.F. Williams lieferte in „Progress in Biomedical Engineering“ (1987) die Definition, die seitdem zum Standard geworden ist. Er beschrieb sie als „ein nicht lebensfähiges Material, das in einem biomedizinischen Gerät verwendet wird, das dazu bestimmt ist, mit biologischen Systemen zu interagieren.“

Beispiele für Anwendungen

• Viele Menschen haben Füllungen in ihren Zähnen aus einer Metalllegierung, Kunststoff oder Gold. Wenn verletzt oder operiert wird, sodass die Haut genäht werden muss, wird ein biologisches Material wie Katgutz oder ein synthetisches Material wie Kunststoff zum Nähen der Wunde verwendet. Bei schweren Verbrennungen kann ein Material verwendet werden, das einige Eigenschaften der Haut nachahmt. Cochlea-Implantate, die einigen tauben Personen das Hören ermöglichen, sind jetzt erhältlich, ebenso wie Schrittmacher, die helfen, unregelmäßige Herzschläge zu kontrollieren. Insulinpumpen zur Unterstützung von Diabetikern und künstliche Kniegelenkteile sind ebenfalls dank der Forschung an für medizinische Zwecke verwendeten Materialien erhältlich.

Materialien

• Polymere verschiedener Arten – allgemein bekannt als Kunststoff, Metalle wie Titan und Keramik wie Alumina – werden häufig verwendet, weil sie im Körper stabil bleiben können. Ein Material, das übermäßig abblättert oder korrodiert, wäre möglicherweise nicht zufriedenstellend. Materialwissenschaftler glaubten einst, dass die besten Materialien diejenigen seien, die inert seien, also keine Reaktion auf die Umgebung im Körper zeigten. Sie wissen jetzt, dass kein Material im Körper inert ist, und entwickeln Materialien und Beschichtungen, die biokompatibel sind. Diese Materialien sind in der Lage, über lange Zeiträume im Körper zu verbleiben, ohne sich zu zersetzen oder das umliegende Gewebe zu schädigen. Ein bekanntes Beispiel ist die Sorge, die durch das Material bei Brustimplantaten verursacht wird.

Hüftgelenksersatz

• Mit zunehmendem Alter neigen Menschen zu Knochenverlust und geschwächtem Bindegewebe. Zwischen 80 und 90 Jahren erleiden 33 Prozent der Frauen und 17 Prozent der Männer Hüftfrakturen. Titan, das bei Hüftgelenksersatz verwendet wird, korrodiert, hat jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf den Körper. Eine Keramikbeschichtung wird verwendet, um das Ende des Gelenks zu bedecken, da sie besser verschleißfest ist als Metall.

Materialwissenschaftler und -ingenieure

• Chemie, Biochemie, Physik und Ingenieurwissenschaften spielen eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Materialien, die in der Medizin verwendet werden. Zusätzlich zu Ärzten, Zahnärzten und Materialwissenschaftlern wird Fachwissen in Bereichen wie Nanotechnologie, Neurologie, Blutgerinnung, Zelladhäsion, Proteinsynthese, Immunologie sowie Elektronik- und Hydrauliktechnik benötigt.

Einbeziehung von Nicht-Wissenschaftlern

• Bundesvorschriften regeln die Entwicklung medizinischer Materialien. Die Food and Drug Administration muss alle Geräte genehmigen, so wie sie Medikamente genehmigt. Dies bedeutet, dass Mitglieder des Kongresses bis zu einem gewissen Grad beteiligt sein werden. Rechtsfragen können in Fällen auftreten, in denen Geräte Schäden an Menschen verursachen. Wenn Körperteile oder Funktionen künstliche Geräte beinhalten, entstehen auch ethische Fragen. Alle Menschen sind von Materialien in der Medizin betroffen.