İnsan kalbi, günde ortalama 100.000, yılda ise 35 milyon kez atar. Bu muazzam tempoya dayanabilecek, kanın akışına zarar vermeyecek ve on yıllarca hiç durmadan açılıp kapanacak bir kapakçık yapmak mühendisliğin en zor sınavlarından biridir.
Çelik paslanır, plastikler zamanla deforme olur. Ancak 1970'lerden beri mekanik kalp kapakçıklarında "altın standart" olarak kabul edilen bir malzeme var: Pirolitik Karbon (Pyrolytic Carbon).
Bu yazımızda, kanın pıhtılaşmasını önleyen, aşınmaya meydan okuyan ve kalp cerrahisinde devrim yaratan bu siyah malzemenin sırrını keşfediyoruz.
Pirolitik karbon, grafit benzeri bir yapıya sahip olan ancak kristal dizilimi farklı (türbostratik) sentetik bir karbon türüdür. Doğada bulunmaz; laboratuvar ortamında, hidrokarbon gazlarının (örneğin metan veya propan) çok yüksek sıcaklıklarda (1000-1500 derece) parçalanarak bir yüzey üzerine kaplanmasıyla elde edilir.
Görünüşü parlak siyah ve pürüzsüzdür. Ancak onu özel kılan estetiği değil, kanla temas ettiğinde gösterdiği olağanüstü performanstır.
Mekanik bir kapakçık için aranan iki temel özellik vardır: Dayanıklılık ve Biyouyumluluk. Pirolitik karbon her ikisinde de rakipsizdir.
Yabancı cisimler kanla temas ettiğinde, kan hücreleri (trombositler) bu yüzeye yapışarak pıhtı oluşturma eğilimindedir. Bu pıhtılar koparsa felce neden olabilir. Pirolitik karbon, kimyasal olarak "inert" (tepkisiz) bir malzemedir. Yüzeyi o kadar pürüzsüz ve kan kimyasına o kadar uygundur ki, kan hücreleri üzerinden kayıp gider. Pıhtılaşma riskini diğer malzemelere göre (titanyum veya çelik) çok daha aza indirir.
Bir kalp kapakçığı hastanın ömrü boyunca yaklaşık 1 milyar kez açılıp kapanabilir. Pirolitik karbon, mükemmel bir yorulma direncine sahiptir. Sürtünmeye karşı o kadar dayanıklıdır ki, yapılan testlerde onlarca yıl kullanılsa bile yüzeyinde ölçülebilir bir aşınma görülmemiştir.
Kırılgandır ancak basınca karşı çok dayanıklıdır. Kalbin pompaladığı kanın oluşturduğu yüksek basınca kolaylıkla direnir.
Pirolitik karbon kaplı bir kapakçık üretmek, uzay teknolojisi kadar hassas bir süreçtir:
Çekirdek Hazırlama: Genellikle grafitten yapılmış bir kalp kapakçığı iskeleti hazırlanır.
Akışkan Yatak Reaktörü (Fluidized Bed): Bu grafit parçalar, bir fırının içine asılır ve havada asılı kalacak şekilde gaz akışına maruz bırakılır.
Kaplama (CVD Yöntemi): Fırına gönderilen hidrokarbon gazları yüksek ısıda parçalanır. Karbon atomları, grafit iskeletin üzerine yağmur gibi yağarak atom atom birikir.
Sonuç: Ortaya çıkan ürün, içi grafit, dışı ise son derece sert ve biyouyumlu saf pirolitik karbon olan bir yapıdır.
Hastalar genellikle şu soruyu sorar: "Metal (karbon) kapak mı, biyolojik (hayvan dokusu) kapak mı?"
Biyolojik Kapaklar: Domuz veya sığır dokusundan yapılır. Kan sulandırıcı ilaç gerektirmez ancak ömürleri 10-15 yıldır. Genellikle yaşlı hastalarda tercih edilir.
Mekanik (Pirolitik Karbon) Kapaklar: Ömürlüktür, teorik olarak asla eskimez. Ancak pıhtı riski sıfır olmadığı için hastanın ömür boyu kan sulandırıcı (Coumadin/Warfarin) kullanması gerekir. Genç hastalarda tercih edilir.
Pirolitik karbon, malzeme biliminin insan hayatına dokunduğu en somut örneklerden biridir. Bugün göğsünde "tik-tak" sesiyle yaşayan milyonlarca insan, hayatını bu siyah, parlak ve ultra-dayanıklı karbon atomlarına borçludur. Teknoloji geliştikçe, belki kan sulandırıcı gerektirmeyen yeni yüzeyler göreceğiz, ancak pirolitik karbon şimdilik kalbin en sadık dostu olmaya devam ediyor.
