Bài giảng cơ sở kỹ thuật y sinh chương 7 TS huỳnh quang linh

Bài gi ng Ơ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ Ỹ THUẬT Khoa KHƯ – ĐHB – ĐHQG TP M Chương Vật liệu sinh học Mục tiêu: Mô tả ñược trình tham số quan trọng vật liệu khác Mô tả ñược thử nghiệm học khác giải thích ñược ữ liệu Mô tả ñược khác kim loại, gốm, polymer Mô tả số kỹ thuật gia công ñược sử dụng ñể thay ñổi tính chất vật liệu Nhận biết ñược ngưng tụ phản ứng polymer hóa bổ xung Định nghĩa ñược polymer nhiệt nhiệt dẻo Tính toán khối lượng phân tử trung bình polymer Tính toán mức ñộ polymer hóa cho polymer Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Mục tiêu (tt) : Mô tả ñáp ứng sinh học ñối vớc vật liệu ñược cấy ghép Mô tả phương pháp chung ñể ước lượng khả tương tích sinh học Nội dung : Giới thiệu phân loại chung vật liệu Các tính chất học vật liệu Kết cấu ñặc tính khác vật liệu - Kim loại hợp kim - Gốm thủy tinh - Các polymer Đáp ứng mô ñối với vật liệu Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Giới thiệu phân loại chung c a vật liệu ịnh ngh a “vật liệu sinh học” Liệt kê trình, thông số công dụng y sinh chung vật liệu - Kim loại - Gốm - Polymer - Composit Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tính chất học c a vật liệu Sức b n vật liệu ñược mô tả chung ñường cong ứng suất-biến dạng Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tính chất học c a vật liệu ể xây dựng ñược biểu ñồ này, mẫu vật liệu ñược tạo hình xương chó ñược kéo căng máy thử nghiệm học Cung cấp lực Newto cho mẫu vật ño biến dạng theo Ứng suất, N/m2 pascal , ñược tính lực chia cho tiết diện cắt ngang ban ñầu Biến dạng, (%), ñược tính thay ñổi v chiếu dài chia cho chi u dài ban ñầu Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tính chất học c a vật liệu Đố i với biểu ñồ bên: Vùng A= Vùng B= Điểm 1= iểm 2= iểm 3= Modun ñàn hồi Young (E)= Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tính chất học c a vật liệu ác tính chấ ch t quan trọ tr ng khác vật li u bao gồm: - Độ cứng - Tính dẻo - Tính giòn - Tính b n - Sức b n mỏi (giới hạn chịu ñựng) Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tính chất học c a vật liệu ác ng cong ng suất-biế bi n dạng cung cấp thông tin v tính b n, tính giòn, tính dẻo… ờng cong cho biết ứng sử vật liệu giòn Một vật liệu dễ uốn Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tính chất học c a vật liệu Tại ng dụng sau ây không tốt • Sự thay mạch máu ống kim loại • Sự thay nhựa silicone cho dây chằng hay gân • Nhựa silicone dùng ñể nối xương nứt gãy • Việc ghép da gốm dẻo… Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kết cấu ñặc tính khác c a vật liệu Kim loại hợp kim Kim loại ợc cấu tạo từ nguyên tử mà ñược giữ với liên kết mạng tinh thể Yếu tố làm cho kim loại có ñặc tính dẫn ñiện dẫn nhiệt tốt Tại kim loại có tính dẻo Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 K Polyester Axit polyglycolic ( GA) Axit polylactic ( polymer có khả trạng thái tinh thể Vì Đặc tính polymer ảnh hưởng ñến tốc ñộ thoái hóa Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 K Polyester ó thể làm biến ñổ i ñ c tính c a polymer b ng cách tạo chất ồng trùng hợp từ GA thành PLG poly (axit lacticco-glycoli Các polyester thường ñược sử dụng vật liệu ñường khớp, chất dính, ứng dụng công nghệ mô (các sản phẩm thất bại lẽ tự nhiên) Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Sự thoái hóa c a polymer thoái hóa sinh học ác yếu tố mà ảnh hưởng ñến thoái hóa Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Sự thoái hoá (th y phân) c a PLGA ác sản phẩm thoái hóa này, tự nhiên ñối với thể người, có tính axít Tốc ñộ thoái hoá nhanh bất lợi cho tế bào (pH giảm) PL có xu hướng thoái hóa bulk degradation Các polymer k nước hơn, chẳng hạn polyanhydride, có xu hướng thoái hóa ăn mòn b mặt Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 K áp ng mô ñối với vật liệ li u Các tế bào then chốt liên quan ñến s áp ng mô ác tế bào máu (ñược nhận biết nhờ kính phết máu) ñóng vai trò then chốt Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 ác tế bào máu bao gồm bạch cầu (leukocyte) hồng cầu ác bạch cầu hạt (bạch cầu ưa eosin, bạch cầu ki m, bạch cầu trung tính), bạch cầu ñơn thân (ñại thực bào) lympho bào bao gồm bạch cầu h B ế ế ế ầ ầ ñườ g ả g ố ộ o ố ộ hoả g ộ ố ế ầ g g ầ Bạ ầ ả g ế ầ g g ầ ầ o ề ươ g ệ ọ g ầ g h ỉ ñượ C ế ầ ñườ g ả g Bạ ầ o ế hoả g % C g ộ Bạ ầ ề o h ñườ g ộ Ch g ế hoả g hơ g h ố ượ g ề ấ ế Ch g h ướ ươ ự ạ g ho ấ ñể ộ ñ ố g ộ g g ể ñầ Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 ác tế bào hồng cầu có hình dạng ñĩa có hai mặt lõm nhân mang hemoglobin mà có trách nhiệm vận chuyển oxy ức bạch cầu trung tính (các bạch cầu nhi u dạng nhân hay PMNs MNs ñại thực bào, bạch cầu lympho Các tiểu cầu mảnh tế bào có mặt chế ñông máu nhằm ngăn chặn máu mô bị tổn thương Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 áp ng mô ñối với vật liệu áp ng ñối v i vật liệu c y ghép Hãy xem xét i u xảy ñối với vật liệu sinh học cấy ghép vào mô ñược phân bố mạch ñộng vật hay người Trả lời câu hỏi sau: Hiện tượng xảy ñầu tiên Định nghĩa hiệu ứng Vroman Làm ñi u khiển tượng Cho vài ví dụ ñi u ñược làm giảm tối ña hay ñi u ch nh Những yếu tố khác ảnh hưởng ñến tượng Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 áp ng mô ñối với vật liệu áp ng ñối v i vật liệu c y ghép xét áp ng c thể ch ñối với vật liệu sinh học ñược cấy ghép Hãy ñịnh nghĩa phân biệt ñáp ứng sau ñây ác yếu tố hay tế bào quan trọng trường hợp - Chứng viêm cấp tính - Chứng viêm mãn tính - Mô hạt - Foreign body reaction - Chứng xơ hoá nang hóa có sợi Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 ng viêm ó bốn dấu hiệu liên quan ñến ñáp ứng viêm: B có màu ñỏ vị trí tổn thương có mặt tế bào hồng cầu (RB ) da Một vị trí ñó bị sưng phồng chất dịch ñi kèm với máu Một vị trí ñó bị nóng lên kết máu ấm di chuyển ñến vị trí mô lạnh Gây ñau nhức tác ñộng tổn thương ñến hệ thống thần kinh ñịa phương Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Việc hồi ph c có mặt vật liệu sinh học Hãy ịnh ngh a tính tương thích sinh h c Khi vật liệu tính tương thích sinh học, ñáp ứng viêm tiếp tục ñáp ứng viêm mãn tính phát triển thành tế bào lớn bất thường u hạt thể chủ có gắn trung hòa vật thể từ bên vào (vật cấy ghép Sự hình thành bao có sợi thớ cho thấy vật liệu có tính tương thích sinh học ñây bước ñầu tiên trình hồi phục Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Sự nhi m trùng Sự nhiễm trùng ngăn cản tan biến chứng viêm ñáp ứng viêm mãn tính không mong muốn xảy Đi u xảy vi khuẩn có mặt trình hàn gắn vết thương Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 áp ng mi n nhi m Kháng nguyên-kháng thể ñ c trưng từ ñáp ứng miễn nhiễm xảy tế bào từ loài hay thể khác ñược cấy vào Các phản ứng dị ứng nhửng ñáp ứng miễn nhiễm ñặc trưng chống lại thực thể không mang ñặt tính sinh học Những phản ứng không mong muốn có phản ứng phụ bất lợi cho thể (phải ñược xem xét việc thiết kế dụng cụ) Tại sản phẩm thoái hoá từ vật liệu cấy ghép mối quan tâm lớn Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kiểm tra tính tương thích sinh học Một câu hỏi ñáng quan tâm vật liệu sinh học ñược sử dụng hệ thống sinh học ñó là: “Liệu vật liệu có kích thích ñáp ứng sinh học thích ñáng cho mục ñích sử dụng ” Việc khử trùng cốt yếu cho việc sử dụng vật liệu thể sống Các kiểm tra thể sống phổ biến ñược thực cách sử dụng việc nuôi cấy mô hay tế bào Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ -K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kiểm tra tính tương thích sinh học ác kiểm tra ñược thiết kế cho ñ c tính ñộc tế bào, kích thích ñáp ứng miễn nhiễm, kích thích mô, kích thích chứng viêm mãn tính, tác ñộng lên máu thành phần máu, tác ñộng lên yếu tố di truy n bao gồm ñột biến hình thành khối u Trong việc cấy ghép kênh dẫn truy n thần kinh cấu thành vật liệu polymer có kiểm tra tính tương tích sinh học ho biết số kiểm tra khái quát ñặc trưng Chương 7: Vật liệu sinh học [...]... polymer n tính Phân nhánh Mạng Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các polymer có thể ñược phân loại dựa vào ng xử c a polymer - Chất nhi t dẻo - Thermosetting Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các ph n ứng polymer hóa Sự polymer... là sự tổng h p hay sự dung kết) hình thành các hạt ác phần ñược dung kết sau ñó ñược gia công trên m y và tạo hình theo thiết kế cuối cùng Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 acbon nhi t phân LT là gì T ại di n cho cái gì Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD... hoá sinh học) Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 K Polyester Axit polyglycolic ( GA) Axit polylactic ( polymer nào có khả năng ở trạng thái tinh thể hơn Vì sao Đặc tính nào của các polymer trên sẽ ảnh hưởng ñến tốc ñộ thoái hóa Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 K Polyester... polymer hóa cộng thêm (gốc tự do) Sự ụ gố ở ế ñ ườn ả ự o như e e a ng an n a o e) Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các ph n ứng polymer hóa ự o ( ) Gố ự o ñượ ọ Q ợ ản ứn ể ản ứn ớ ả ứ g ề ả ứ g ề ố ự hoặ ở ớ ono no ể ñượ f ong ế nh ở ế Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ... polyetilen và propylen) Sự gia tăng sức b n nguyên nhân chính là do việc giảm chuyển ñộng tương ñối của các chuỗi khi chúng trở nên dài hơn với khối lượng phân tử lớn hơn Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chất ñồng trùng hợp Định ngh a: ác loại chất ñồng trùng hợp: Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT... cao nhất, tính tương thích film, ph u thu t t o hình mô) Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 ng x c a chất nhiệt dẻo nh ñố ớ : nh hưởn ấ ứ ệ ẻ a n ệ ñộ ử : Ảnh hưởn a n ệ ñộ ñố ớ ứn ử ứng ấ - ến dạng a n ệ ẻo Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 ng x c a chất... ưở Chương 7: Vật liệu sinh học B ả CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – h VẬ LÝ KỸ Ậ K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 ng s c a chất ñàn hồi ác chất àn hồi có ñộ ñàn hồi cao trên một d y nhiệt ñộ Y u tố nào cung cấp ñặc tính ñàn hồi n y ác vật liệu n y là vô ñịnh hình hay tinh thể Đi u gì x y ra ở các nhiệt ñộ trên Tm polymer có trở nên hoá lỏng hay không Tại sao hoặc tại sao không Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ... CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hydrogel ydrogel (gen nước) Hydrogel là dạng duy nhất của các polymer cho vi c c y ghép Định ngh a: ydrogel có thể lên ñến 90% là nước (v khối lượng) - Ví dụ: aragose gel, gelatin, collagen gel, - Quá trình/hằng số Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ Ậ Y SI – ành VẬT LÝ KỸ Ậ K ƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Sự thoái hóa polymer... khác c a vật liệu polymer polymer có thể ñược ñịnh ngh a như là: Những ưu ñiểm của polymer so với kim loại và gốm: Những khuyết ñiểm của polymer so với kim loại và gốm: Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các polymer có thể ñược phân loại dựa vào chế polymer hóa Sự polymer hóa ngưng tụ Sự polymer hóa cộng thêm (gốc... th y tinh ác c tính cơ bản nói chung: Không có tính dẫn Nhiệt ñộ nóng ch y cao (trên ễv ống ăn mòn Tính bao phủ lên vật liệu khác tốt Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kết cấu và các ñặc tính khác c a vật liệu Gốm và th y tinh Mộ t vài ví dụ v gốm: Một vài ứng dụng hay sự sử dụng của gốm trong y học: Chương 7: Vật ... 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 acbon nhi t phân LT T ại di n cho Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ... Sự thay nhựa silicone cho d y chằng hay gân • Nhựa silicone dùng ñể nối xương nứt g y • Việc ghép da gốm dẻo… Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT... polymer hóa Sự polymer hóa ngưng tụ Sự polymer hóa cộng thêm (gốc tự do) ấu trúc polymer n tính Phân nhánh Mạng Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT