CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRONG Y SINH HỌC

Một vật liệu sinh học là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (không phải làthuốc) có nguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều trị, tăng cườnghoặc thay thế mô, cơ quan hoặc chức năng của cơ thể (NIH)
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRONG Y SINH HỌCCÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRONG Y SINH HỌC ThS. Trần Lê Bảo HàI. VẬT LIỆU SINH HỌC1. Khái niệm Một vật liệu sinh học là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (không phải làthuốc) có nguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều trị, tăng cườnghoặc thay thế mô, cơ quan hoặc chức năng của cơ thể (NIH) Vật liệu sinh học là các vật liệu (tổng hợp và tự nhiên, rắn và lỏng) đượcsử dụng trong các thiết bị y học (medical device) hoặc trong tiếp xúc với hệ sinhhọc (University of Washington Engineered Biomaterials). Mặc dù các vật liệu sinh học chủ yếu được ứng dụng trong y học nhưngchúng cũng được sử dụng trong nuôi cấy tế bào, xử lý các phân tử sinh học trongcông nghệ sinh học, thủy sản, nông nghiệp…2. Phân loạiVật liệu sinh học được phân thành: vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học vàvật liệu sinh học tổng hợp. - Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học: vật liệu mô mềm và mô cứng - Vật liệu sinh học tổng hợp: kim loại, polymer, gốm, composit 2.1. Sự khác biệt giữa vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp có cácđặc tính khác nhau đáng kể. Ví dụ, mô gồm nhiều tế bào; kim loại, gốm, polymerthì không có tế bào. Mô có khả năng tự sửa chữa một phần hoặc toàn bộ; kimloại, gốm, polymer thì không…Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh Vật liệu sinh học tổng hợphọcCó tế bào Không có tế bàoCó nước KhanKhông đẳng hướng Đẳng hướngKhông đồng nhất Đồng nhấtViscoelastic Mềm dẻo, đàn hồi 1Có khả năng tự sửa chữa/sống Không sốngVí dụ về sự khác nhau giữa mô và vật thay thế mô: thành mạch máu. Lót tronglòng mạch máu là các tế bào nội mô. Các thành phần cấu trúc chính dưới nội môgồm các tế bào cơ trơn, collagen và elastin. Số lượng các thành phần này vàhướng của các sợi phụ thuộc vào vị trí trong mô mạch, loại mạch (động mạch,tĩnh mạch) và kích thước của mạch máu. Để thay thế mô phức tạp này, các ốngpolymer polytetrafluoroethylene hoặc poly(ethylene terephthalate) thường được sửdụng làm vật ghép tổng hợp. Các loại mô và một số vật liệu sinh học được sử dụng để thay thế Mô Vật liệu tổng hợp thay thế Mạch máu Polytetrafluoroethylene Poly(ethylene terephthalate) Kính sát tròng Polymethylmethacrylate Hông Ti-6Al-4V Co-Cr-Mo Răng Amalgam Ti 2.2. Phân loại vật liệu sinh họcI. Vật liệu sinh học có nguồn gốc sinh II. Vật liệu sinh học tổng hợphọc 1. Mô mềm 1. PolymerDa, gân, màng ngoài tim, giác mạc Ultra High Molecular Weight Polyethylene ( UHM WPE), Polymethylmethacarylate (PMMA), Polyethyletherketone (PEEK), Silicone, Polyurethane (PU), Polytetrafluoroethylene (PTFE) 2. Mô cứng 2. Kim loại Xương, răng Thép không gỉ, hợp kim Cobalt (Co-Cr- Mo), hợp kim Titan (Ti-Al-V),vàng, 2 bạch kim 3. Gốm Alumina (A 1203), Zirconia (Zr02), Carbon, Hydroxylapatite [CalO( PO&( OH)z], Tricalcium Phosphate [Caj(PO4)2], Bioglass [Na20( CaO)(P203)(Si02)], Calcium Aluminate [Ca(A1204)] 4. Composit Carbon Fiber (CF)/PEEK, CF/UHMWPE, CF/PMMA , Zircon idSil icdB IS –GMA3. Yêu cầu Các vật liệu sinh học phải có các đặc tính đặc biệt như: tính tương hợpsinh học, không sinh khối u, kháng xói mòn, có độc tính thấp. Tuy nhiên, tùythuộc vào ứng dụng, các vật liệu cần đạt các yêu cầu khác nhau. Đôi khi, các yêucầu này ngược nhau hoàn toàn. Ví dụ: trong công nghệ mô xương, khung(scaffold) polymer cần có khả năng phân hủy sinh học để khi các tế bào tạo rachất nền ngoại bào của riêng chúng thì vật liệu polymer sẽ được thay thế hoàntoàn. Trong van tim cơ học, các vật liệu cần có tính ổn định sinh học, kháng xóimòn và không phân hủy theo thời gian (tồn tại hơn 20 năm). Nói chung, các yêu cầu của vật liệu sinh học có thể được phân thành 4nhóm: 1) Tính tương hợp sinh học: vật liệu phải không gây phản ứng không tốtcủa vật chủ nhưng kích thích sự hòa hợp mô - vật ghép tốt. Sự xuất hiện phảnứng viêm là điều cần thiết trong tiến trình lành hóa vết thương. Tuy nhiên, sựviêm kéo dài có thể chỉ ra sự hoại tử mô hoặc không có tính tương hợp. 2) Có thể khử trùng: vật liệu có thể chịu được sự khử trùng. Các kỹ thuậtkhử trùng gồm: tia gamma, khí (ethylene oxid) và hấp hơi nước. Một số polymernhư polyacetal sẽ khử polymer hóa và sinh ra khí độc formaldehyd khi được chiếudưới tia gamma năng lượng cao. Do đó, cách tốt nhất để khử trùng các polymernày là khí ethylene oxid. 3) Có tính chức năng: Tính có chức năng của một bộ ...