CHƯƠNG 7 VẬT LIỆU SINH HỌC

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: Mơ tả q trình tham số quan trọng vật liệu khác Mơ tả thử nghiệm học khác giải thích ñược ữ liệu Mô tả ñược khác kim loại, gốm, polymer Mô tả số kỹ thuật gia cơng sử dụng để thay đổi tính chất vật liệu Nhận biết ngưng tụ phản ứng polymer hóa bổ xung Định nghĩa polymer nhiệt nhiệt dẻo Tính tốn khối lượng phân tử trung bình polymer Tính tốn mức độ 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) : Mơ tả đáp ứng sinh học đối vớc vật liệu cấy ghép Mơ tả phương pháp chung để 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 mơ 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, thơng số cơng 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 mơ 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 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 , tính lực chia cho tiết diện cắt ngang ban ñầu Biến dạng, (%), ñược tính thay đổi 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 giịn - 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 thơng tin v tính b n, tính giịn, 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 khơng 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 đặc tính dẫn điện 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 đến tốc độ thối 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 đổ i đ 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 đường 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 thối hóa c a polymer thối hóa sinh học ác yếu tố mà ảnh hưởng đến thối 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 thối hóa này, tự nhiên thể người, có tính axít Tốc độ thối hố q nhanh bất lợi cho tế bào (pH giảm) PL có xu hướng thối hóa bulk degradation Các polymer k nước hơn, chẳng hạn polyanhydride, có xu hướng thối hóa ăn mịn 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 mơ vật liệ li u Các tế bào then chốt liên quan đến s áp ng mơ ác tế bào máu (được nhận biết nhờ kính phết máu) đóng 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 đơn thân (đại 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 đĩa có hai mặt lõm khơng có 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 đại thực bào, bạch cầu lympho Các tiểu cầu mảnh tế bào có mặt chế đơng 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 mơ 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 mơ phân bố mạch động vật hay người Trả lời câu hỏi sau: Hiện tượng xảy ñầu tiên Định nghĩa hiệu ứng Vroman Làm u khiển tượng Cho vài ví dụ u làm giảm tối đa hay 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 mơ 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 - Mơ 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 đến đáp ứng viêm: B ngồi có màu đỏ vị trí tổn thương có mặt tế bào hồng cầu (RB ) da Một vị trí bị sưng phồng chất dịch kèm với máu Một vị trí bị nóng lên kết máu ấm di chuyển ñến vị trí mơ lạnh Gây đau 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 khơng có tính tương thích sinh học, đáp ứng viêm tiếp tục đáp ứng viêm mãn tính phát triển thành tế bào lớn bất thường u hạt thể chủ có gắn trung hịa vật thể từ bên ngồi vào (vật cấy ghép Sự hình thành bao có sợi thớ cho thấy vật liệu có tính tương thích sinh học 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 đáp ứng viêm mãn tính khơng mong muốn xảy Đi u xảy vi khuẩn có mặt q 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 khơng mang đặt tính sinh học Những phản ứng khơng 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 đáng quan tâm vật liệu sinh học ñược sử dụng hệ thống sinh học là: “Liệu vật liệu có kích thích đáp ứng sinh học thích đáng cho mục đích 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 độc tế bào, kích thích đáp ứng miễn nhiễm, kích thích mơ, kích thích chứng viêm mãn tính, tác động lên máu thành phần máu, tác ñộng lên yếu tố di truy n bao gồm đột 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 ... 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. .. cuối 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 T ại di n cho Chương 7: Vật liệu sinh học Bài... 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 mơ vật liệu áp ng ñối v i vật liệu c y ghép xét áp ng c thể ch ñối với vật liệu sinh