Biomaterial

În chimie , un biomaterial este un material care se interacționează bine cu sistemele biologice, fie ele țesuturi vii , microorganisme sau organisme . ^[1]

În domeniul biomedical , vorbim de o interacțiune dublă între biomaterial și organismul receptor: biomaterialul provoacă un răspuns biologic al organismului, care la rândul său provoacă un proces de degradare în biomaterial în sine. Interacțiunile apar la diferite niveluri: fizico-chimice, moleculare și celulare.

Mediul de operare al unui biomaterial este fiziologic, caracterizat printr-o activitate chimică remarcabilă și o gamă mare de solicitări mecanice . Biomaterialele sunt în contact direct cu fluide biologice, adică apă cu ioni în soluție și coprezență de enzime , proteine și celule . Condițiile fizico-chimice ( pH , temperatură ) sunt aproape constante în timp și acest lucru afectează proiectarea și „viața” unui biomaterial.

Un concept fundamental în ceea ce privește biomaterialele este cel al biocompatibilității , care este capacitatea unui material de a acționa determinând un răspuns adecvat al gazdei într-o aplicație dată. ^[2]

Istorie

Istoria biomaterialelor poate fi rezumată în trei etape fundamentale:

• Biomateriale din prima generație: cerința fundamentală pentru material este să fie bio-inert , adică scopul este de a obține o combinație adecvată de proprietăți fizice egale cu cele ale țesutului substituit, cu toxicitate minimă.

• Biomateriale de a doua generație: materialul trebuie să fie bioactiv , adică să provoace acțiuni și reacții controlate în mediul fiziologic sau resorbabil , adică să se degradeze chimic și să se reabsorbă într-un mod controlat, astfel încât să fie înlocuit de țesutul care îl găzduiește.

• Biomateriale de a treia generație: materialul trebuie să fie atât bioactiv, cât și resorbabil.

Aplicații

În general, un biomaterial este utilizat pentru a construi dispozitive și implanturi biomedicale, special concepute pentru a îndeplini anumite funcții în organism. Echipamentele chirurgicale, materialele utilizate în biomachine și dispozitivele controlate de livrare a medicamentelor sunt, de asemenea, exemple de biomateriale. Printre principalele aplicații se numără lentilele intraoculare , dializatoarele , protezele de șold și genunchi , valvele cardiace , electrozii de stimulare, cateterele și în domeniul tehnicilor dentari.

Clasificare

Biomaterialele pot fi clasificate în funcție de natura chimică a materialului în sine: metalice , polimerice , ceramice și compozite . De asemenea, pot fi de origine biologică.

Cele mai utilizate metale ca biomateriale sunt oțelurile inoxidabile , aliajele de crom - cobalt și aliajele de titan . În multe cazuri, piesele metalice se combină cu polimeri și materiale ceramice (în proteze de șold, de exemplu). Oțelurile inoxidabile au un procent total de nichel (crește rezistența ) și crom (îmbunătățește rezistența la coroziune) de 23%. Aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă, datorită biocompatibilității excelente a titanului, rezistenței la coroziune și proprietăților mecanice excelente (pentru aplicații biomedicale), singurul dezavantaj fiind uzura excesivă. Aliajele cu memorie de formă găsesc, de asemenea, aplicații importante ca biomateriale, în special cele ale nichelului-titanului. În cazul țesuturilor dure, proprietățile ideale pe care ar trebui să le aibă un metal sunt: ​​(i) o rezistență remarcabilă la coroziune și uzură, (ii) un modul elastic similar cu cel al osului (10-40 GPa), (iii) excelent biocompatibilitate cu un grad excelent de osteointegrare și (iv) rezistență adecvată la oboseală .

Bioceramicele , comparativ cu alte biomateriale, au un modul elastic ridicat, o duritate mai mare, sunt foarte rezistente la coroziune. Marea problemă este reprezentată de tenacitatea scăzută și, prin urmare, de fragilitatea mai mare. Bioceramicele nu sunt reactive chimic în interiorul organismului. Printre cele mai utilizate bioceramice se numără alumina , hidroxiapatita și oxidul de zirconiu sau zirconia. Pot fi clasificate în funcție de metoda de aplicare: sticle dense, poroase, granule, cimenturi, acoperiri, umpluturi în materiale compozite. Acestea pot fi inerte, bioactive și resorbabile (de exemplu, fosfat tricalcic) sau au o suprafață bioactivă.

Polimerii ca biomateriale au numeroase avantaje: proprietăți fizice, chimice și mecanice similare cu cele ale țesuturilor vii, ușurință în procesare și obținere sub diferite forme, densitate redusă. Polimerii pot fi, de asemenea, bioinertiți sau degradabili. Pentru materialele inerte, cele mai frecvente aplicații sunt: lentile de contact , cimenturi osoase acrilice, cupluri de frecare în proteze articulare. Printre cele mai utilizate materiale putem include PMMA , PDMS și UHMWPE ( polietilenă cu greutate moleculară foarte mare). Polimerii degradabili trebuie, de asemenea, să aibă produse de degradare biocompatibile. Una dintre acestea este acidul polilactic , care este din ce în ce mai utilizat în ingineria țesuturilor . Degradarea unui polimer are loc: prin absorbția apei urmată de hidroliza legăturilor instabile (degradare hidrolitică) sau prin intermediul enzimelor sau microorganismelor ( biodegradare ).

Notă

Bibliografie

• Pietrabissa, R., „Biomateriale pentru proteze și organe artificiale”. Patron Publisher (1996)
• Ratner, B. Hoffmann AS, Schoen FJ, Lemons, JE, „Biomaterials Science. O introducere în materialele din medicină ". Academic Press. San Diego (1996).
• Hench, LL, Polonia, JM, Science Vol. 295. nr. 5557, pp. 1014 - 1017.
• Middleton, JC, Tipton AJ, „Polimeri sintetici biodegradabili ca dispozitive ortopedice”. Biomateriale 21 (2000) 2335-2346

Elemente conexe

• Înlocuitor osos
• Inginerie biomedicala

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema „ biomaterial ”
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe biomaterial

linkuri externe

• ( EN ) Biomaterial , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul de biologie

Portal de inginerie