• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Bioszkło do naprawy kości

    05.04.2013. 18:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Kości mają zdumiewającą zdolność do regeneracji w następstwie drobnych uszkodzeń. Aczkolwiek po przekroczeniu pewnej granicy ten naturalny proces gojenia się napotyka problemy. Kiedy złamania są zbyt rozległe, kości potrzebują pomocnej dłoni... albo śruby lub gwoździa.

    Mimo ogromnych postępów medycyny regeneracyjnej, nadal stosuje się metalowe wstawki do składania złamanych kości. Na przestrzeni czasu dowiodły one swojej skuteczności w łączeniu rozleglejszych złamań i pobudzaniu odbudowy kości, niemniej po wyleczeniu zawsze konieczna jest powtórna operacja, aby usunąć metalowe gwoździe i szyny.

    Najlepiej byłoby, gdyby materiały i implanty nie wymagały powtórnej operacji. Opracowanie tego typu materiałów to główny cel prac prowadzonych przez Jose Ramóna Sarasuę i Aitora Larra?agę - naukowców z wydziału inżynierii materiałowej Uniwersytetu Kraju Basków (UPV/EHU).

    Dwóch hiszpańskich naukowców bada nowe materiały i implanty, które mogłyby pomóc w naprawie kości, jak polimery i bioszkło. Znaczna część ich badań koncentruje się na konieczności spełnienia przez te materiały wielu wymagań, zanim będzie można wykorzystać je w terapii.

    Materiały te muszą być między innymi biokompatybilne. Innymi słowy nie mogą powodować uszkodzeń komórek ani samego organizmu. Biodegradowalność to kolejna potencjalnie interesująca właściwość, która umożliwiłaby organizmowi przekształcanie materiału w nietoksyczne produkty metabolizmu. Inne czynniki, takie jak wytrzymałość mechaniczna i prosty proces produkcji także muszą być brane pod uwagę.

    Naukowcy z UPV/EHU zajmują się obecnie syntetyzowaniem i kształtowaniem zindywidualizowanych bioimplantów na bazie biodegradowalnego polimeru. Materiał wybrano ze względu na jego zdolność do stopniowego zanikania wraz z postępującą odbudową kości. Ponieważ stwierdzono, że polimer jest zbyt miękki, zastosowano domieszkę bioszkła. Bioszkło to środek bioaktywny, który wspomaga regenerację kości i zapewnia polimerowi odpowiednie właściwości mechaniczne. To oznacza, że biodegradowalny układ kompozytowy polimer/bioszkło jest sztywniejszy i twardszy od samego polimeru.

    Układy kompozytowe można produkować za pomocą procesów termoplastycznych wykorzystujących ciepło. Analiza reakcji tych materiałów na wysokie temperatury stanowi zatem także istotną część prac badawczych. Naukowcy z UPV/EHU odkryli, że biodegradowalne układy kompozytowe polimer/bioszkło cechują się niższą stabilnością termiczną w porównaniu z układami bez domieszki bioszkła. Zidentyfikowano niekorzystną reakcję, która spowodowała degradację materiału i wpłynęła na produkt końcowy. Co więcej, po wszczepieniu implantu do organizmu, reakcja pobudziła tworzenie się produktów ubocznych, które mogą być szkodliwe dla komórek.

    Z tego względu naukowcy z UPV/EHU koncentrują swoje prace głównie na poprawie stabilności termicznej tych układów. W ramach tychże badań, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Polymer Degradation and Stability, zaproponowano transformację chemiczną powierzchni bioszkła za pomocą plazmy. Stworzenie warstw chroniących cząstki bioszkła zapobiega reakcji z polimerem, zapewniając nienaruszalność produktu końcowego.

    "Kompozyty na bazie z biodegradowalnego polimeru to kandydaci o świetlanej przyszłości w naprawie i regeneracji uszkodzeń kości" - mówi profesor Sarasua.

    Materiał tymczasowo zastępuje kość i pobudza ją do regeneracji, po czym stopniowo zanika, kiedy wraca ona na swoje miejsce, dzięki czemu powtórna operacja jest zbędna.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Właściwości materiałowe – cecha każdego materiału zdefiniowanego jako kompozycja chemiczna w określonych warunkach fizycznych. Zależnie od warunków fizycznych, wartości właściwości materiałowych dla pojedynczego materiału mogą być różne. Nie są to więc właściwości materiału takie, jak np. skład chemiczny. Trombogenność – właściwość materiału, która indukuje lub sprzyja tworzeniu się skrzepu. Trombogenność wrodzona to tworzenie się skrzepu w wyniku kontaktu z powierzchnia materiału oraz trombogenność kontrolowana w postaci reakcji na powierzchni implantu. Przykładowo, kompozyty dla kardiochirurgii wytwarza się tak, by zwiększyć atrombogenność materiału (efekt odwrotny do trombogenności). Materiały funkcjonalne – materiały zmieniające kształt i właściwości fizyczne pod działaniem pól zewnętrznych:

    Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach. Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach.

    Materiał rodny jest terminem używanym w odniesieniu do nuklidów które generalnie nie podlegają wymuszonemu rozszczepieniu (nie są rozszczepialne przez neutrony termiczne) ale z których materiał rozszczepialny jest generowany przez absorpcję neutronów i kolejne po niej przemiany jądrowe. Materiały rodne które występują naturalnie i mogą zostać przekształcone w materiał rozszczepialny przez promieniowanie neutronowe w reaktorze jądrowym obejmują: Piec fluidyzacyjny (często mylony z piecem zawiesinowym) stosowany jest do przerobu materiałów sypkich. Materiały te poddawane są fluidyzacji, co zapewnia maksymalne wykorzystanie powierzchni ciała stałego i zwiększa intensywność procesu. Z tego względu technologia podlega pewnym ograniczeniom. Zbyt drobny materiał uniemożliwia fluidyzację, a zbyt gruby wymaga zbyt wysokich ilości gazów fluidyzacyjnych.

    Cięcie – jest to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana jest do jednego z procesów obróbki plastycznej, polegającego na oddzielaniu jednej części materiału od drugiej. Cięcie stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów, która polega na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu, aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego przedmiotu. Lak – materiał mający właściwość mięknięcia w podwyższonej temperaturze aż do postaci półpłynnej oraz zastygania w temperaturze pokojowej. Po zastygnięciu trwale zachowuje kształt, który miał w trakcie obniżania temperatury i ma dobrą przyczepność do papieru i materiałów tekstylnych (płótna, także nici itp.), przy czym jest stosunkowo kruchy.

    Podatność na rozmiękanie – spadek wytrzymałości materiału pod wpływem wody. Cecha ta wyrażona jest bezwymiarowym współczynnikiem rozmiękania k. Największy spadek wytrzymałości wykazują materiały na bazie spoiw gipsowych (od 30% do 70%), materiały nienasiąkliwe, takie jak szkło i stal mają współczynnik bliski 1, co oznacza, że wilgotność nie ma wpływu na ich wytrzymałość.

    Nanomateriały – wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. nie przekraczającej 100 nanometrów. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czy grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu. W praktyce granica poniżej której mówi się o nanomateriałach jest różna dla materiałów o różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się to z pojawieniem szczególnych właściwości po jej przekroczeniu. Zmniejszając rozmiar uporządkowanych struktur materiałów można uzyskać znacznie lepsze właściwości fizyko-chemiczne, mechaniczne, itp.

    SSC - grupa materiałów wybuchowych inicjujących/miotających, dzieląca się na: SSC, SSCR, SACSR, SASR, SAR - gdzie każda pojedyncza litera oznacza jeden składnik materiału. Materiałoznawstwo maszynowe – dziedzina materiałoznawstwa zajmująca się materiałami używanymi do budowy konstrukcji, urządzeń, maszyn i instalacji mechanicznych, energetycznych i elektrycznych.

    Regeneracja – odtwarzanie przez rośliny i zwierzęta utraconych lub uszkodzonych części ciała, narządów, tkanek lub komórek. Powiązana jest z faktem, że prawie każda komórka organizmu zawiera prawie jednakowy materiał genetyczny, może więc teoretycznie dać początek każdej części ciała. W rzeczywistości regeneracja możliwa jest tylko u organizmów o mało wyspecjalizowanej budowie, np. u gąbek. U tych organizmów cały organizm może zostać odtworzony z fragmentu złożonego z kilku zaledwie komórek. Stawonogi mają zdolność do regeneracji odnóży. U kręgowców regeneracja zachodzi tylko wyjątkowo, np. jaszczurki po autotomii mają zdolność regeneracji ogona. Terminem germplasm określa się zbiór materiału genetycznego organizmu. Materiał genetyczny roślin przechowuje się jako zbiór nasion. Największym projektem zajmującym się zachowaniem zbioru materiałów genetycznych jest International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture.

    Wzmacniacz fotograficzny – materiał chemiczny służący do podniesienia kontrastu z wywołanego już materiału fotograficznego w procesie fotografii tradycyjnej. Wzmaczniacza używa się tylko w przypadkach kiedy proces wywołania materiału lub czas jego naświetlenia był za krótki. Najczęściej wzmacniacz fotograficzny jest używany wobec materiałów negatywowych. Przesiąkliwość to właściwość fizyczna materiału, określająca zdolność materiału do przepuszczania danej substancji (najczęściej jest to woda) pod wpływem wywieranego na niego ciśnienia.

    Dodano: 05.04.2013. 18:26  


    Najnowsze