BiomaterialDari Wikipedia, ensiklopedia bebas Langsung ke: navigasi , cari Sebuah biomaterial adalah setiap materi, permukaan, atau konstruk yang berinteraksi dengan sistem biologi. Pengembangan biomaterial, sebagai ilmu, adalah sekitar lima puluh tahun. Studi tentang biomaterial disebut biomaterial ilmu pengetahuan. Hal ini telah mengalami pertumbuhan yang mantap dan kuat selama sejarahnya, dengan banyak perusahaan investasi uang dalam jumlah besar ke dalam pengembangan produk baru. Biomaterial ilmu meliputi unsur kedokteran , biologi , kimia , teknik jaringan dan ilmu material .

Para warni nacre di dalam nautilus shell.

Isi[hide]

1 Pendahuluan 2 biomineralization 3 Cukup perakitan 4 Struktur hirarki 5 Aplikasi o 5,1 Jantung katup o 5.2 Kulit perbaikan 6 Kompatibilitas 7 biopolimer 8 Lihat pula 9 Referensi 10 Bacaan lebih lanjut 11 Pranala luar

[ sunting ] PendahuluanBiomaterial dapat diturunkan baik dari alam atau disintesis di laboratorium menggunakan berbagai pendekatan kimia memanfaatkan komponen logam atau keramik . Mereka sering digunakan dan / atau disesuaikan untuk aplikasi medis, dan dengan demikian terdiri seluruh atau bagian dari struktur hidup atau perangkat biomedis yang melakukan, menambah, atau mengganti fungsi alami. Fungsi tersebut dapat bersifat jinak, seperti yang digunakan untuk katup jantung , atau mungkin bioaktif dengan fungsionalitas yang lebih interaktif seperti hidroksi-apatit dilapisi implan pinggul . Biomaterial juga digunakan setiap hari di aplikasi gigi, operasi, dan pemberian obat. EG membangun A dengan produk farmasi diresapi dapat ditempatkan ke dalam tubuh, yang memungkinkan pelepasan berkepanjangan obat selama jangka waktu. Sebuah biomaterial juga dapat menjadi autograft , allograft atau xenograft digunakan sebagai transplantasi material. Bahan ilmuwan saat ini memberikan perhatian lebih dan lebih untuk proses kristalisasi anorganik dalam matriks yang sebagian besar organik dari senyawa alami. Proses ini biasanya umumnya terjadi pada suhu kamar dan tekanan. Menariknya, organisme penting melalui mana mineral ini membentuk kristal mampu secara konsisten menghasilkan struktur rumit yang kompleks. Memahami proses di mana organisme hidup mampu mengatur pertumbuhan kristal mineral seperti silika dapat menyebabkan kemajuan ilmiah yang signifikan dan teknik sintesis baru untuk bahanatau komposit nano nanocomposites.

[ sunting ] biomineralizationArtikel utama: biomineralization

[ sunting ] Self-assemblySelf-assembly adalah istilah yang paling umum digunakan dalam komunitas ilmiah modern untuk menggambarkan agregasi spontan partikel (atom, molekul, koloid , misel , dll) tanpa pengaruh dari setiap kekuatan eksternal. Kelompok-kelompok besar partikel seperti diketahui merakit diri menjadi termodinamika stabil, secara struktural array didefinisikan dengan baik, cukup mengingatkan pada salah satu dari 7 sistem kristal ditemukan di metalurgi dan mineralogi (misalnya berpusat muka kubik, berpusat badan kubik, dll). Perbedaan mendasar dalam struktur keseimbangan dalam skala spasial dari unit sel (atau parameter kisi) dalam setiap kasus tertentu. Self-assembly molekul ditemukan secara luas dalam sistem biologis dan menyediakan dasar dari berbagai macam struktur biologis kompleks. Ini termasuk kelas muncul dari biomaterial mekanis unggul berdasarkan fitur mikrostruktur dan desain yang ditemukan di alam. Dengan demikian, self-assembly juga muncul sebagai strategi baru dalam sintesis kimia dan nanoteknologi. Kristal molekul, kristal cair, koloid, misel, emulsi , fase dipisahkan polimer, film tipis dan rakitan monolayers semua merupakan contoh dari jenis struktur yang sangat teratur yang diperoleh dengan menggunakan teknik ini. Fitur yang membedakan dari metode ini adalah diri organisasi. [1] [2] [3]

[ sunting ] Struktur hirarki

Hampir semua bahan dapat dilihat sebagai hirarki terstruktur, terutama karena perubahan dalam skala spasial mewujudkan mekanisme yang berbeda dari deformasi dan kerusakan. Namun, dalam materi biologi ini organisasi hirarkis melekat mikro. Salah satu contoh pertama ini, dalam sejarah biologi struktural, adalah X-Ray awal hamburan bekerja pada struktur hirarkis rambut dan wol oleh Astbury dan Woods. [4] Pada tulang, misalnya, kolagen adalah blok bangunan dari matriks organik-a triple helix dengan diameter 1,5 nm. Molekul-molekul tropocollagen yang diselingi dengan fase mineral (hidroksiapatit, sebuah fosfat kalsium) membentuk fibril yang curl ke helicoids bolak-balik arah. Ini "osteons" adalah blok bangunan dasar dari tulang, dengan distribusi fraksi volume fase antara organik dan mineral menjadi sekitar 60/40. Di lain tingkat kompleksitas, kristal hidroksiapatit adalah trombosit yang memiliki diameter sekitar 70-100 nm dan ketebalan 1 nm. Mereka awalnya nukleasi pada kesenjangan antara fibril kolagen. Demikian pula, hirarki dari cangkang abalone dimulai pada nanolevel, dengan lapisan organik memiliki ketebalan 20-30 nm. Ini hasil layer dengan kristal tunggal aragonit (a polimorf CaCO3) yang terdiri dari "batu bata" dengan dimensi 0,5 dan finishing dengan lapisan sekitar 0,3 mm (mesostructure). Kepiting adalah arthropoda yang terbuat dari karapas komponen mineral keras (yang menunjukkan patah getas) dan komponen organik lebih lembut terutama terdiri dari kitin. Komponen rapuh diatur dalam pola heliks. Setiap 'batang' ini mineral (1 m diameter) mengandung kitin protein fibril dengan diameter sekitar 60 nm. Fibril ini terbuat dari 3 nm diameter kanal yang menghubungkan interior dan eksterior dari shell.

[ sunting ] AplikasiBiomaterial digunakan dalam:

Bersama penggantian Tulang pelat Tulang semen Buatan ligamen dan tendon Gigi implan untuk fiksasi gigi Pembuluh darah prostesis Katup jantung Kulit perbaikan perangkat (jaringan buatan) Koklea pengganti Lensa kontak Payudara implant

Biomaterial harus sesuai dengan tubuh, dan sering ada masalah biokompatibilitas yang harus diselesaikan sebelum produk dapat ditempatkan di pasar dan digunakan dalam pengaturan klinis . Karena itu, biomaterial biasanya dikenakan persyaratan yang sama seperti yang dialami baru obat terapi. [5] [6] Semua perusahaan manufaktur juga diperlukan untuk menjamin ketertelusuran dari semua produk mereka sehingga jika produk cacat ditemukan, yang lainnya di batch yang sama bisa dilacak.

[ sunting ] Hati katupDi Amerika Serikat, 45% dari 250.000 prosedur penggantian katup dilakukan setiap tahun melibatkan implan katup mekanis. Katup yang paling banyak digunakan adalah disk bileaflet katup jantung, katup atau St Jude. Mekanisme melibatkan dua disk berbentuk setengah lingkaran bergerak maju-mundur, dengan kedua memungkinkan aliran darah serta kemampuan untuk membentuk segel terhadap aliran balik. Katup ini dilapisi dengan karbon pirolitik, dan diamankan ke jaringan sekitarnya dengan mesh kain tenun yang disebut Dacron TM (nama dagang du Pont untuk polyethylene terephthalate ). Mesh memungkinkan untuk jaringan tubuh untuk tumbuh sementara menggabungkan katup. [7]

[ sunting ] perbaikan KulitArtikel utama Jaringan Engineering Sebagian besar jaringan waktu "buatan" yang tumbuh dari sel pasien sendiri. Namun, ketika kerusakan sangat ekstrim bahwa tidak mungkin untuk menggunakan sel pasien sendiri, sel-sel jaringan buatan tumbuh. Kesulitannya adalah dalam mencari perancah bahwa sel dapat tumbuh dan mengatur pada. Karakteristik dari perancah harus bahwa itu adalah biokompatibel, sel dapat mematuhi perancah, mekanis kuat dan biodegradable . Satu perancah sukses adalah kopolimer dari asam laktat dan asam glikolat . [7]

[ sunting ] KompatibilitasBiokompatibilitas berhubungan dengan perilaku biomaterial di berbagai lingkungan bawah berbagai reaksi kimia dan kondisi fisik. Istilah ini dapat merujuk kepada sifat tertentu dari suatu material tanpa menentukan di mana atau bagaimana materi yang akan digunakan. Sebagai contoh, suatu material dapat menimbulkan sedikit atau tidak ada respon imun dalam organisme tertentu, dan mungkin atau mungkin tidak mampu mengintegrasikan dengan jenis sel tertentu atau jaringan ). Ambiguitas istilah mencerminkan pembangunan berkelanjutan wawasan mengenai bagaimana biomaterial berinteraksi dengan tubuh manusia dan akhirnya bagaimana interaksi menentukan keberhasilan klinis dari perangkat medis (seperti alat pacu jantung atau penggantian pinggul ). Peralatan medis modern dan prostesis sering dibuat lebih dari satu bahan-jadi mungkin tidak selalu cukup untuk berbicara tentang biokompatibilitas bahan tertentu. [8] Juga, materi tidak harus menjadi racun kecuali khusus dirancang untuk menjadi begitu-seperti sistem obat "pintar" pengiriman yang menargetkan sel-sel kanker dan menghancurkan mereka. Pemahaman tentang anatomi dan fisiologi dari situs tindakan adalah penting untuk biomaterial untuk menjadi efektif. Faktor tambahan adalah ketergantungan pada situs anatomi tertentu dari implantasi. Dengan demikian penting, selama desain, untuk memastikan bahwa alat akan cocok saling melengkapi dan memiliki efek menguntungkan dengan daerah anatomi tertentu tindakan.

[ sunting ] biopolimerArtikel utama: Biopolimer

Biopolimer adalah polimer yang dihasilkan oleh organisme hidup. Selulosa dan pati , protein dan peptida , dan DNA dan RNA merupakan contoh biopolimer, dimana monomer unit, masingmasing adalah gula , asam amino , dan nukleotida . [9] Selulosa adalah baik paling umum biopolimer dan senyawa organik yang paling umum di Bumi. Sekitar 33% dari semua materi tanaman adalah selulosa. [10] [11] Beberapa biopolimer yang biodegradable . Artinya, mereka dipecah menjadi CO 2 dan air dengan mikroorganisme . Selain itu, beberapa biopolimer biodegradable adalah kompos . Artinya, mereka dapat dimasukkan ke dalam proses pengomposan industri dan akan memecah sebesar 90% dalam waktu 6 bulan. Biopolimer yang melakukan hal ini dapat ditandai dengan simbol 'kompos', di bawah Standar Eropa EN 13432 (2000). Kemasan yang ditandai simbol ini dapat dimasukkan ke dalam proses pengomposan industri dan akan rusak dalam waktu 6 bulan (atau kurang). Contoh dari polimer kompos adalah PLA film di bawah 20 pM tebal: film yang lebih tebal dari yang tidak memenuhi persyaratan sebagai kompos, meskipun mereka biodegradable. Sebuah logo kompos rumah segera dapat didirikan:. Ini akan memungkinkan konsumen untuk membuang kemasan langsung ke tumpukan kompos mereka sendiri [12] [13] [14]

[ sunting ] Lihat juga

Bionics Nanoteknologi Sintetis polimer biodegradable Protein Permukaan Modifikasi Biomaterial Fungsionalisasi Permukaan polimer

[ sunting ] Referensi^ Whitesides, GM, et al. (1991). "Self-Majelis Molekuler dan NanoChemistry: Strategi Kimia Untuk Pembuatan struktur nano" Ilmu 254 (5036):. 1312-9. Bibcode 1991Sci ... 254.1312W . doi : 10.1126/science.1962191 . PMID 1962191 . 2. ^ Dabbs, D. M dan Aksay, IA (2000). "Self-Rakitan Keramik". Ann. Rev Phys. Chem 51:.. 601-22 Bibcode 2000ARPC ... 51 .. 601D . doi : 10.1146/annurev.physchem.51.1.601 . PMID 11031294 . 3. ^ Ariga, K., dkk, Tantangan dan terobosan dalam penelitian baru pada selfassembly., Sci. Technol. Adv. Mater, Vol.. 9, hal. 14109 (2008) 4. ^ Thoru Pederson, Hadir pada Air Bah: Bagaimana Struktural Biologi Molekuler Came Tentang, FASEB J. 20: 809-810. 5. ^ Lin, A., Meyers, MA, dkk, Bahan biologik:. Struktur & Mechanical Properties, Prog. Mat. Sains, Vol.. 53 (2008) 6. ^ HD Espinosa, JE Rim, F. Barthelat, MJ Buehler, Penggabungan dari Struktur dan Bahan Nacre dan Bone - Perspektif pada Bahan de novo biomimetik, Prog. Mat. Sains, Vol.. 54, hal. 1059-1100 (2009) 7. ^ a b Brown, Theodore L.; LeMay, H. Eugene; Bursten, Bruce E. (2000) Ilmu Kimia Pusat.. Prentice-Hall, Inc hlm 451-452. ISBN 0-13-084090-4 .1.

^ Pertimbangan untuk Evaluasi biokompatibilitas Alat Kesehatan , Kammula dan Morris, Alat Kesehatan & Industri Diagnostik, Mei 2001 9. ^ MJ Buehler, Y. Yung, Deformasi dan kegagalan bahan protein dalam kondisi ekstrim dan penyakit, Bahan Alam, Vol. 8 (3), pp 175-188 (2009) 10. ^ Stupp, SI dan Braun, PV, "Peran Protein dalam Pengendalian Mikrostruktur: Biomaterial, Keramik & Semikonduktor", Science, Vol. 277, hal. 1242 (1997) 11. ^ Klemm, D., Heublein, B., Fink, H., dan Bohn, A., "Selulosa: Biopolimer Menarik / Bahan Baku Berkelanjutan", Ang. Chemie (Intl. Edn.) Vol. 44, hal. 3358 (2004) 12. ^ Chandra, R., dan Rustgi, R., "Polimer Biodegradable", Kemajuan dalam Polymer Science, Vol. 23, hal. 1273 (1998) 13. ^ Meyers, MA, dkk, "Bahan biologik: Struktur & Sifat Mekanik"., Kemajuan di Material Science, Vol. 53, hal. 1 (2008) 14. ^ Kumar, A., et al, "Polimer Cerdas: Bentuk Fisik & Aplikasi Bioengineering", Kemajuan dalam Polymer Science, Vol.. 32, p.1205 (2007)8.

[ sunting ] Bacaan lebih lanjut

Berg, Jeremy M. juga;. John L. Tymoczko, dan Lubert Stryer (Desember 2008) (edisi 6 buku teks) Biokimia (looseleaf) . New York, NY: Freeman, WH & - 1.026 halaman