Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
-
Upload
ramona-marin -
Category
Documents
-
view
266 -
download
3
Transcript of Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
1/47
Universitatea POLITEHNICA din BucuretiFacultatea de Chimie Aplicati tiina Materialelor
BIOMATERIALE
NOIUNI GENERALE
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
2/47
Clasificarea materialelor, considernd criterii diferite
(compoziie, proprieti, utilizri);escr erea, compararea, eva uarea a egerea
biomaterialelor care ndeplinesc funcii de utilizaredefinite;
Proiectarea rutei de procesare potrivite, pentru ocompoziie dat, n vederea obinerii structurii itexturii adecvate, considernd o anumitfuncie de
utilizare n domeniul biomedical; Selectarea i utilizarea metodelor experimentale
ceea ce privete proprietile specifice, definitoriipentru domeniul de utilizare), precum i
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
3/47
Corelarea noiunilor fundamentale compoziie
procesare proprieti;zarea voca u aru u n c spec c omen u u ,
n vederea comunicrii eficiente, n scris i oral; Operarea cu mijloace de informare i comunicare,
n mod pro-activ i responsabil, n vederea realizriiunui proces independent de nvare i investigaretiinificn domeniu;
Identificarea de soluii creative pentru problemelespecifice biomaterialelor.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
4/47
Domeniul Biomaterialelor moderne este prea nou
pentru ca o istorie formalsfi fost deja scris. Romanii, chinezii sau aztecii foloseau aur pentru
refacerea dinilor cu 2000 de ani n urm.
menionai n istorie.
descoperitla o
mumie egiptean
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
5/47
n 1838 Elias Wildman a realizat primii dini din
porelan. n 1886 H. Hansmann experimenteaz utilizarea
plcilor din oel placate cu Ni pentru fixarea fracturilorosoase.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
6/47
La nceputul secolului XX s-au descoperit i
sintetizat materialele plastice, multe testebiomateriale. n lumina cunotinelor pe care le avem astzi, multe
. Polimetil metacrilatul PMMA a fost introdus nstomatologie n1937. -
PMMA din alctuirea tunurilor au intrat accidental nochii soldailor, artnd c exist materiale care
provoaco reacie slaba esuturilor. Dup cel de-al doilea rzboi mondial Voorhees a
experimentat utilizarea pnzei de paraut pentrurealizarea protezelor vasculare.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
7/47
n 1920 a fost injectat o suspensie 5% de
fosfat tricalcic n osul radial al oarecilor. Ana ize e ra iogra ice au re evat c e ectu injectat
cu fosfat tricalcic a avut o cretere osoasmai rapidi o legare mai bundect proba martor.
Prima bioceramictestatpe scarlarga fostipsosul.
secolului trecut.
O etapimportantn folosirea ipsosului n chirurgia, -umplerea cu succes a unei caviti tibiale cauzatdeun abces.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
8/47
Anul 1963 este foarte important din punct
de vedere al istoriei bioceramicii. n acel an, s-a raportat dezvoltarea unui nou
sistem ceramic pentru reconstituirea osoas,
rinepoxi. Acest material imit caracteristicile fizice ale
.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
9/47
n continuare cercetrile s-au diversificat i pe lngdezvoltarea bioceramicii aproape inerte la nceputulanilor 70, o nou direcie a aprut n domeniuloma er a e or.
Hench (1972) i colaboratorii au proiectat un sistemcompoziional n care au fost preparate sticle cu
2 2 5 2 . Aceste sticle, implantate n femurul oarecilor, nu maiputeau fi extrase dupnumai 6 sptmni in vivo.
implanturi, n chirurgia reconstructivmaxilo-facial.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
10/47
Milioane de proteze ortopedice realizate din materiale
bioinerte au fost implantate, pn la 85% dintre elenre istrnd o duratde via de 15 ani. Realizate din aliaje metalice, polimeri sau ceramici
bioinerte. Cre terea mediei de via a o ula iei n era
modern, conduce la necesitatea proiectrii unorimplanturi a cror duratde viasdepeasc30de ani.
Este necesar schimbarea filozofiei n
abordarea cercetrilor urmrindu-sedezvoltarea de materiale care spermitnunlocuirea esuturilor, ciregenerareaacestora!
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
11/47
Este necesar schimbarea filozofiei nabordarea cercetrilor urmrindu-sedezvoltarea de materiale care spermitnu nlocuirea esuturilor, ci
regenerareaaces ora
pe noiuni din domeniile tiinei materialelor i
mecanicii, ctre repararea biologic au ur r, r u u r u z rmecanismelor biologiei celulare.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
12/47
Nanotehnologiilesunt una dintre descoperirile cheieale secolului XXI, acestea deschiznd noi oportuniti
Operarea la nivel nanometric, aa cum organismelevii funcioneaz, deschide calea ctre realizarea unornoi biomateriale cu noi a lica ii:
o ingineria esuturilor;o eliberarea controlat a medicamentelor sau a altorsubstane;
o tratarea cancerului;o aducerea oxigenului n esuturi distruse, etc.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
13/47
Nanotehnologiilesunt una dintre descoperirile cheieale secolului XXI, acestea deschiznd noi oportuniti
Este astfel posibildezvoltarea de noi materiale, cuproprieti mbuntite, n ceea ce privetebiocom atibilitatea caracteristicile fizico-mecanice i
chimice; Se pune accentul pe imitarea naturii n preparareamaterialelor cu aplicaii biomedicale, i nu numai;
Se vorbete despre nanoroboi, nanosenzori, etc.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
14/47
Dezvoltarea domeniului biomaterialelor este
condiionat i de descoperirile n alte domenii,i n special de cele n tiinele medicale. 1860 1870, J. Lister: tehnici chirurgicale
aseptice; 1958, S. Furman, G. Robinson: prima stimulare
car c rec , rea za cu succes; Anii 70, W. J. Kolff: implant cardiac total.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
15/47
Din punct de vedere istoric, materialele folosite
pentru aplicaii clinice au fost iniial proiectate. Rata creterii cifrei de afaceri globale n
este n medie de 7-12% pe an, ceea ce denoto ascensiune importanta domeniului.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
16/47
Domenii de cunotine necesare pentru dezvoltarea BIOMATERIALELOR
DOMENIU CUNOTINE
tiina i
in ineria
materialelor sintetice i biologice, printre care
metale, materiale ceramice, polimeri, compozite,materialelor
,proiectarea i dezvoltarea de materiale cuproprietile dorite, n funcie de aplicaii, etc.
Biologie i Biologie celular i molecular, anatomie,fiziologie animal i uman, histopatologie,chirurgie experimental, imunologie, etc.
tiinemedicale
obstetric i ginecologie, oftalmologie, ortopedie,otorinolaringologie, chirurgie plastic ire aratorie chirur ie toracic i cardiovascularmedicin i chirurgie veterinare, etc.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
17/47
ACIUNEA
Identificarea nevoii
tratarea unei boli
nlocuirea unui organ
FACILITATOR
Medic, dentist
Cercettor
Inventator
IDEE
cosmetic
Design-ul dispozitivului
Sinteza materialului
Inginer, fizician, chimist
Inginer
Testarea materialului
proprieti mecanice
toxicologiebiocompatibilitatea (proteine, celule, esuturi)
Bioinginer
Inginer mecanic
BiochimistVeterinar
biostabilitatea (mecanic, chimic)
Fabricaie
Sterilizare i m achetare
Inginer, tehnolog
Bioinginer, designer industrial
Testarea dispozitivelor
toxicologie
biointeraciunea in-vitrotestarea pe animale
Bioinginer
Medic, dentist
Aspecte formale
aprobarea de introducere pe piastudii clinice limitate
ncercri clinice
Experi aspecte formale
Legislativ
urm r rea pe ermen ung
Utilizarea clinic
Analiza explantelor
Medic, dentist, optometrist
inventarierea explantelor
examinarea patologic
testarea n vederea determinrii motivelorpentru distrugere
Anatomopatolog
Bioinginer
PACIENT
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
18/47
Un biomaterial este orice material sintetic
utilizat entru a restabili sau nlocui func iaunui esut i care vine n contact cu fluidelefiziologice n mod continuu sau intermitent.
Aceast definiie exclude materialele utilizatepentru realizarea instrumentelor chirurgicale sau.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
19/47
Dei biomaterialelesunt n n primul rnd
utilizate n a lica ii medicale ele ot fi deasemenea utilizate: ca suport pentru culturile de celule;
n dispozitivele pentru manipularea proteinelor nlaborator;
celulelor sau esuturilor;
n cultura artificiala scoicilor; pentru realizarea bio-chip-urilor pentru computereetc.
reprezint interaciunea ntre sistemelebiologicei sintetice.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
20/47
Unbiomaterialtrebuie s ndeplineasc
s fie biocompatibil (s nu produc efectenocive: toxice, alergice, cancerigene asupra
esuturilor vii); s fie stabil biochimic(s nu sufere procese
,fiziologic);
saibproprieti mecaniceasemntoare cucele ale esutului substituit, pentru a puteaprelua n condiii optime funcia mecanic a
.
la rupere, uzur, oboseal, forfecare, etc.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
21/47
Biocompatibilitatea este proprietatea
funcie n mediul fiziologic, provocnd n
partea organismului. no iune s ecificstudiului biomaterialelor nu exist o definire precis sau metode
standardizate de testare direct abiocompatibilitii.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
22/47
Biocompatibilitatea este proprietatea unui
material de a nde lini o anumitfunc ie nmediul fiziologic, provocnd n acelai timpun rspuns adecvat din partea organismului.
Este cunoscut faptul c nici un material strinimplantat ntr-un organism viu nu este completacce tat
Singurele substane care rspund complet acesteicerine sunt cele produse chiar de organism
, ,strin, va iniia o formde reacie;
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
23/47
Biocompatibilitatea este proprietatea unui
material de a nde lini o anumitfunc ie nmediul fiziologic, provocnd n acelai timpun rspuns adecvat din partea organismului.
Provocarea pentru cercettorii n domeniul,
furnizate de nanotehnologii, s reueasc spcleasc organismele vii s considerematerialele sintetice ca biogene sau autogene.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
24/47
Metode de reconstrucie a esuturilor
distruse: Pentru nlocuirea oaselor cel mai adesea este
folosit osul uman, dar utilizarea autogrefelorresu une o a doua interven ie chirur ical
cantitatea de os este limitat i tratamentul dificil. Se pot folosi alogrefele (denumite i oase de
, -chirurgicaleste eliminat.
Apar, ns, probleme legate de sterilizare iriscul transmiterii unor boli, cum ar fi hepatitelei SIDA.
- ,
sintetice, pare a fi cea optim.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
25/47
CLASIFICARE
Compoziie
ALUMINOASE SILICATICE FOSFATICE ALTELE
CERAMIC
CARBONIC
Alumino-silicatice Silico-fosfatice HAp Grafit
Alumina
SialonPorelan
CERAVITAL Sticle HenchCarbon pirolitic
CEROSIUM
ana
Zirconai
Sticle biologice
POLIMERI
Fibre de sticl ranforsate cufibre metalice
Piese din
carbon vitrosCompozite cu
fibre de sticl
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
26/47
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
27/47
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
28/47
CLASIFICARE
I. Materiale bioinerte
Materialele inerte (sau aproape inerte) sunt n
mod esenial stabile n organismul viu, suntadvers a esutului, neprovocnd interaciunima ore cu mediul fiziolo ic.
n general conduc la formarea unui esutmodificat n jurul implantului, numit esut.
Implanturilemetalicese pot ncadra numai n
ceramice i polimerii se pot ncadra i ncategoriile materiale bioactive sau .
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
29/47
CLASIFICARE
I. Materiale bioinerte - metale
Suprafaa metalic implantat provoac
eliberarea ionilor metalici n esuturilenconjurtoare, ca urmare a reaciilor redox culichidul fiziologic.
ac procesu e ncapsu are cu esu ros nueste destul de rapid, eliberarea de ioni poate
. aliajele metalice folosite la realizarea
au un strat superficial de acoperire.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
30/47
CLASIFICARE
I. Materiale bioinerte - metale
Metalele au fost n mod tradiional folosite
pentru realizarea implanturilor supuse unorsarcini ri icate n corpu uman. Muli ani protezele de old au fost realizate
acetabulului).
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
31/47
CLASIFICARE
I. Materiale bioinerte - ceramica
Descoperiri recente sugereazcfrecrile ntre
metal i polimer au un rol important ninteres deosebit a fost ndreptat spre realizareacom onentelor osului femural din materiale
ceramice (alumina sau zircona). Alumina izirconasunt de asemenea folosite,
sau ca proteze spinale.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
32/47
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
33/47
CLASIFICARE
I. Materiale bioinerte - carbonul
Carbonuleste utilizat ca material bioceramic inert maiales n formvitroassau de grafit. stabil chimic proprieti mecanice asemntoare cu ale osului; bacteriile manifest adeziune sczut la suprafaa
implanturilor din carbon;
utilizat pentru aplicaii n care vine n contact direct cusngele, pentru realizarea valvelor artificiale pentru inim,implanturi la nivelul pielii, etc.
Nanotehnologiile au condus la descoperirea unor noiforme de carbon: bilelei nanotuburile de carbon:
inerie chimicfoarte ridicat; nu este ns bine cunoscut nteraciunea acestora cu
mediul fiziolo ic.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
34/47
CLASIFICARE
I. Materiale bioinerte
Pentaoxidul de tantala fost folosit ca anod la
construcia electrozilor pentru aplicaii intracorticalecron ce s mu area se ec v n a nc me anervilor periferici.
Por elanul re arat n sistemul com ozi ional de
baz K2OAl2O3SiO2Na2O este folosit cu succespentru realizarea restauraiilor dentare.eram ca cu propr e eromagne ce, rea za pe
bazdeoxid de fier, este utilizatpentru tratarea
tumorilor canceroase prin hipertermie sau pentrutransportul controlat al medicamentelor.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
35/47
CLASIFICARE
II. Materiale bioactive
Sunt materiale care determin un anumit
rspuns biologic la interfaa cu esuturile,care con uce a ormarea unei eg turi ntreimplant i esut.
osteoconductive i osteproductive; se pot lega de esuturile moi i dure; Ex.: sticla bioactivn sistemul SiO2-CaO-P2O5-
Na2O, fosfai de calciu.
Clasa B: osteoconductive; se pot lega de esuturile dure;
. .
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
36/47
CLASIFICARE
II. Materiale bioactive
Att ceramica fosfatic, ct i biosticlele suntmateriale cu rezisten mecanic relativ
,acele aplicaii n care rezistena este un factorde mai mic importan, aa cum este cazul
interne. Dac aplicaia vizat necesit rezisten,
sau sticlele biactive pot fi folosite ca acoperiri
pe metale sau ceramici bioinerte.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
37/47
CLASIFICARE
II. Materiale bioactive
Vitroceramica bioactiv este o bioceramic cu rezistenmecanicconsiderabil mai mare decat a sticlei corespunztoare,obinutdin aceasta prin recristalizare.
Ciment dentar:utilizat pentru restaurri dentare fixare decoroane i puni sau remineralizare. fosfatic:
-component lichid apa;
o ciment silico-fosfatic component solid pulbere de sticlalumino-fluoro-silicatic + component lichid acid ortofosforic parialneutralizat;
glass-ionomer: component solid pulbere de sticl alumino-fluoro-silicatic+ component lichid soluie apoasde acid poliacrilic saucopolimeri ai acestuia cu adaos de acid tartric;
Ciment pentru fixarea oaselor/dentar: glass ionomer hibrid: component solid pulbere de sticl alumino-
fluoro-silicatic+ component lichid soluie apoasde acid poliacrilicsau copolimeri ai acestuia cu adaos de acid tartric i monomer
.
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
38/47
CLASIFICARE
III. Materiale bioresorbabile
Materialele bioresorbabile servesc ca eafodaj
temporar sau material de umplutur pn, ,esutului care le va nlocui i dizolvarea lor.
de dizolvare, aceasta trebuind s fie n acordcu cinetica de formare a esutului afectat. Constituenii in care aceste materia e sunt
formate trebuie sfie uor de prelucrat pe cale
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
39/47
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
40/47
APLICAII MATERIAL
Scheletnlocuirea articulaiilor (old, genunchi) fixarea fracturilor
Ti, aliaj Ti-Al-V, oel, polietilen, Al2O3, ZrO2oel, aliaj Co-Cr
ciment pentru oase refacerea defectelor n oase ligamente i tendoane artificiale
PMMA, cimenturi fosfaticeHApTeflon, Dacron
Sistemul cardiovascular
proteze pentru vasele de snge valve pentru inim
Dacron, Teflon, poliuretanesuturi procesate artificial, oel, carbon
catetere silicon, Teflon, poliuretan
Organe
inima artificial
poliuretan
rinichi artificial aparat inim- plmni
-celuloz, poliacrilonitrilsilicon
Simuri reabilitarea auzului lentile intraoculare lentile de contact
electrozi de platinPMMA, silicon, hidrogelsilicon-acrilat, hidrogel
,
APLICAII
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
41/47
APLICAII
Domenii de aplicaiiale biomaterialelor
APLICAII
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
42/47
APLICAII
Pelvis Fos
Bil
Ciment
Stem
Detaliu Femur
Implant de old
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
43/47
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
44/47
APLICAII
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
45/47
APLICAII
Vindecarea unui defect provocat de o boaldentar, cu ajutorul sticlei bioactive
APLICAII
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
46/47
APLICAII
Dezvoltarea celulelor osoase pe
APLICAII
-
8/13/2019 Curs 1 Notiuni Generale Biomateriale
47/47
APLICAII
Valve metalice pentru inim, cu