Aperçu des biomatériaux
La biologie est maintenant utilisée pour répondre aux défis d’ingénierie comme matériaux biologiques offrent des propriétés de clé que les matières synthétiques ne peuvent pas. Matières d’origine bio, parfois appelés biomatériaux, sont créés à partir de vivant ou une fois les organismes vivants. Ces matériaux ont gagné en popularité récemment car elles sont biocompatibles et peuvent agir comme des matrices qui peuvent accueillir des biomolécules et des cellules. Cette vidéo présentera plusieurs matières d’origine bio et introduire la commune des techniques et des défis dans le domaine.
Il y a beaucoup de polymères biologiques, ou biopolymères, utilisés dans la recherche de bio-ingénierie. Tout d’abord, le collagène est un polymère de protéine largement utilisée généralement dérivé de peau bovine, tendons et OS et queues de rat même. Les fibres de collagène possèdent une structure triple hélice qui donne la force matérielle et la rigidité. En raison de cette propriété, le collagène est souvent utilisé comme un élément structurel du tissu machiné constructions surtout dans les os et la peau comme tissu artificiel. Un autre polymère commune de protéine est une soie qui est dérivée du cocon de soie larves. Structure secondaire de la protéine a de vastes régions cristallines de feuilles bêta permettant la flexibilité et haute résistance. Comme avec le collagène, la soie est souvent utilisé comme la composante structurelle des tissus artificiels, généralement en tissu flexible comme la peau et des muscles. Cependant, soie est également jeté comme une couche mince pour appareils optiques, mais aussi des substrats d’appareil électrique. Chitosan, un autre biopolymère, est le polysaccharide dérivé de coquilles de crustacés comme les crabes ou les homards. Solubilité du polymère est basé le pH. Cela permet le simple contrôle des procédés de fabrication en augmentant le pH afin de solidifier le matériel. Le chitosan est souvent utilisé dans la cicatrisation en créant un film qui est biocompatible avec la régénération des tissus.
Maintenant, nous allons jeter un oeil à certaines des méthodes utilisées pour manipuler ces biomatériaux. Tout d’abord, les biomatériaux est souvent monter comme un hydrogel pour créer une structure hautement hydrophile avec biocompatibilité accrue. Un hydrogel est un réseau de type solide polymère à haute teneur en eau et est souvent utilisé comme une construction de tissu en tissu artificiel. Pour faire un hydrogel avec collagène, tout d’abord chauffer le polymère en solution aqueuse, comme les milieux de croissance et monter ensuite la solution dans un moule. La solution est ensuite refroidie jusqu’au solide. Réticulation UV peut également être utilisée pour améliorer la stabilité du gel en covalence liant les résidus sur les chaînes de polymère. Par ailleurs, hydrogel perles peuvent être formés en ajoutant goutte à goutte la solution de polymère une solution de réticulation. Les perles sont ensuite utilisés pour stabiliser des cellules dans les protéines. Biomatériaux peut également être utilisé pour former des nattes fibreuses par électrofilage. Cette technique est effectuée en appliquant un champ électrique entre une surface de collecteur et la pointe d’une seringue contenant une solution de biopolymère. Cela induit la formation des fibres de micro-échelle qui ensuite créer des structures qui imitent la matrice extracellulaire dans le tissu. Alternativement, des films minces de biomatériau peuvent être préparés par électrodéposition. Pour ce faire, un potentiel est appliqué à une cellule de deux électrodes contenant la solution de biomatériau. Ce biomatériau migre vers une des électrodes formant une couche mince sur la surface. Ces films minces peuvent servir à fabriquer une surface biocompatible, par exemple, pour stabiliser la surface assemblés des enzymes dans les cellules. Dans ce cas, une fine pellicule de chitosan stabilise l’enzyme glucose-oxydase. En outre, les biomatériaux sont souvent solution monter sur une surface pour former une couche mince. La solution est d’abord déposée sur un substrat puis séchée pour supprimer tous les solvants. L’épaisseur du film est contrôlé en utilisant le volume et la concentration de la solution.
Bien que les biomatériaux est employés couramment en bio-ingénierie, il y a des défis inhérents liés à leur utilisation. Tout d’abord, biomatériaux possède des propriétés naturelles qui sont régies par leur source et leur structure moléculaire. Bien que ces matériaux peut être exploitées pour un large éventail d’applications, modifier leurs propriétés intrinsèques peut être difficile. En outre, traitement du matériau modifie leurs propriétés, parfois de manière défavorable. Biomatériaux est dérivés de sources naturelles qui peuvent varier basées sur les espèces de l’organisme et les facteurs environnementaux comme la saison. Cela peut entraîner la variabilité au lot qui provoque de petites différences dans l’application finale. Enfin, la plupart des biomatériaux sont hydrosolubles limitant ainsi leur stabilité. Étant donné que certaines applications nécessitent la matière à être permanent, réticulation ou techniques de stabilisation peut-être devoir prolonger leur durée de vie. Toutefois, cela peut entraîner des changements indésirables aux propriétés mécaniques.
Matériaux biologiques sont utilisés dans un large éventail d’applications dans la recherche de bio-ingénierie. Tout d’abord, les biomatériaux est fréquemment utilisés dans les applications de livraison de drogue puisqu’ils sont en général biodégradables et biocompatibles. Par exemple, hydrogels offrent une matrice biocompatible capable de retenir les molécules de médicaments sensibles. Ils se dégradent à un rythme prévisible en fonction des propriétés de la matière, ce qui permet la libération contrôlée d’un médicament. Biomatériaux ont été largement utilisés en médecine, spécifiquement avec soie sutures et pansements axée sur le chitosan et adhésifs pour la cicatrisation des plaies. Dans cet exemple, films adhésifs chirurgicaux de chitosan ont été préparés avec une teinture de diagnostique médicale. Plus tard, ils ont été fusionnés à travers les tissus coupés pour refermer la plaie comme une alternative aux sutures. Un domaine en évolution du champ biomatériaux traite de protéines et autres biomolécules, telles que l’ADN dans ce cas, comme des matériaux polymères. Pour ce faire, les brins d’ADN sont conçus avec une séquence spécifique qui induit le pliage précis du brin d’ADN en des structures complexes et les modèles appelés origami ADN. Ces structures peuvent alors servir pour créer des assemblys fonctionnels capables de détecter des signaux biologiques, modifie la forme ou libérer des biomolécules incorporé.
Vous avez regardé juste aperçu de JoVE de matériaux biologiques. Vous devez maintenant comprendre les origines et les propriétés de plusieurs biomatériaux commune, certaines techniques utilisées en laboratoire pour les traiter et des défis associés à leur utilisation. Merci de regarder.
Les biomatériaux sont des matériaux conçus pour interagir favorablement avec les organismes biologiques ou de molécules. Ces matériaux peut être dédui…
La biologie est maintenant utilisée pour répondre aux défis d’ingénierie comme matériaux biologiques offrent des propriétés de clé que les matières synthétiques ne peuvent pas. Matières d’origine bio, parfois appelés biomatériaux, sont créés à partir de vivant ou une fois les organismes vivants. Ces matériaux ont gagné en popularité récemment car elles sont biocompatibles et peuvent agir comme des matrices qui peuvent accueillir des biomolécules et des cellules. Cette vidéo présentera plusieurs matières d’origine bio et introduire la commune des techniques et des défis dans le domaine.
Il y a beaucoup de polymères biologiques, ou biopolymères, utilisés dans la recherche de bio-ingénierie. Tout d’abord, le collagène est un polymère de protéine largement utilisée généralement dérivé de peau bovine, tendons et OS et queues de rat même. Les fibres de collagène possèdent une structure triple hélice qui donne la force matérielle et la rigidité. En raison de cette propriété, le collagène est souvent utilisé comme un élément structurel du tissu machiné constructions surtout dans les os et la peau comme tissu artificiel. Un autre polymère commune de protéine est une soie qui est dérivée du cocon de soie larves. Structure secondaire de la protéine a de vastes régions cristallines de feuilles bêta permettant la flexibilité et haute résistance. Comme avec le collagène, la soie est souvent utilisé comme la composante structurelle des tissus artificiels, généralement en tissu flexible comme la peau et des muscles. Cependant, soie est également jeté comme une couche mince pour appareils optiques, mais aussi des substrats d’appareil électrique. Chitosan, un autre biopolymère, est le polysaccharide dérivé de coquilles de crustacés comme les crabes ou les homards. Solubilité du polymère est basé le pH. Cela permet le simple contrôle des procédés de fabrication en augmentant le pH afin de solidifier le matériel. Le chitosan est souvent utilisé dans la cicatrisation en créant un film qui est biocompatible avec la régénération des tissus.
Maintenant, nous allons jeter un oeil à certaines des méthodes utilisées pour manipuler ces biomatériaux. Tout d’abord, les biomatériaux est souvent monter comme un hydrogel pour créer une structure hautement hydrophile avec biocompatibilité accrue. Un hydrogel est un réseau de type solide polymère à haute teneur en eau et est souvent utilisé comme une construction de tissu en tissu artificiel. Pour faire un hydrogel avec collagène, tout d’abord chauffer le polymère en solution aqueuse, comme les milieux de croissance et monter ensuite la solution dans un moule. La solution est ensuite refroidie jusqu’au solide. Réticulation UV peut également être utilisée pour améliorer la stabilité du gel en covalence liant les résidus sur les chaînes de polymère. Par ailleurs, hydrogel perles peuvent être formés en ajoutant goutte à goutte la solution de polymère une solution de réticulation. Les perles sont ensuite utilisés pour stabiliser des cellules dans les protéines. Biomatériaux peut également être utilisé pour former des nattes fibreuses par électrofilage. Cette technique est effectuée en appliquant un champ électrique entre une surface de collecteur et la pointe d’une seringue contenant une solution de biopolymère. Cela induit la formation des fibres de micro-échelle qui ensuite créer des structures qui imitent la matrice extracellulaire dans le tissu. Alternativement, des films minces de biomatériau peuvent être préparés par électrodéposition. Pour ce faire, un potentiel est appliqué à une cellule de deux électrodes contenant la solution de biomatériau. Ce biomatériau migre vers une des électrodes formant une couche mince sur la surface. Ces films minces peuvent servir à fabriquer une surface biocompatible, par exemple, pour stabiliser la surface assemblés des enzymes dans les cellules. Dans ce cas, une fine pellicule de chitosan stabilise l’enzyme glucose-oxydase. En outre, les biomatériaux sont souvent solution monter sur une surface pour former une couche mince. La solution est d’abord déposée sur un substrat puis séchée pour supprimer tous les solvants. L’épaisseur du film est contrôlé en utilisant le volume et la concentration de la solution.
Bien que les biomatériaux est employés couramment en bio-ingénierie, il y a des défis inhérents liés à leur utilisation. Tout d’abord, biomatériaux possède des propriétés naturelles qui sont régies par leur source et leur structure moléculaire. Bien que ces matériaux peut être exploitées pour un large éventail d’applications, modifier leurs propriétés intrinsèques peut être difficile. En outre, traitement du matériau modifie leurs propriétés, parfois de manière défavorable. Biomatériaux est dérivés de sources naturelles qui peuvent varier basées sur les espèces de l’organisme et les facteurs environnementaux comme la saison. Cela peut entraîner la variabilité au lot qui provoque de petites différences dans l’application finale. Enfin, la plupart des biomatériaux sont hydrosolubles limitant ainsi leur stabilité. Étant donné que certaines applications nécessitent la matière à être permanent, réticulation ou techniques de stabilisation peut-être devoir prolonger leur durée de vie. Toutefois, cela peut entraîner des changements indésirables aux propriétés mécaniques.
Matériaux biologiques sont utilisés dans un large éventail d’applications dans la recherche de bio-ingénierie. Tout d’abord, les biomatériaux est fréquemment utilisés dans les applications de livraison de drogue puisqu’ils sont en général biodégradables et biocompatibles. Par exemple, hydrogels offrent une matrice biocompatible capable de retenir les molécules de médicaments sensibles. Ils se dégradent à un rythme prévisible en fonction des propriétés de la matière, ce qui permet la libération contrôlée d’un médicament. Biomatériaux ont été largement utilisés en médecine, spécifiquement avec soie sutures et pansements axée sur le chitosan et adhésifs pour la cicatrisation des plaies. Dans cet exemple, films adhésifs chirurgicaux de chitosan ont été préparés avec une teinture de diagnostique médicale. Plus tard, ils ont été fusionnés à travers les tissus coupés pour refermer la plaie comme une alternative aux sutures. Un domaine en évolution du champ biomatériaux traite de protéines et autres biomolécules, telles que l’ADN dans ce cas, comme des matériaux polymères. Pour ce faire, les brins d’ADN sont conçus avec une séquence spécifique qui induit le pliage précis du brin d’ADN en des structures complexes et les modèles appelés origami ADN. Ces structures peuvent alors servir pour créer des assemblys fonctionnels capables de détecter des signaux biologiques, modifie la forme ou libérer des biomolécules incorporé.
Vous avez regardé juste aperçu de JoVE de matériaux biologiques. Vous devez maintenant comprendre les origines et les propriétés de plusieurs biomatériaux commune, certaines techniques utilisées en laboratoire pour les traiter et des défis associés à leur utilisation. Merci de regarder.
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La biologie est maintenant utilisée pour relever les défis de l’ingénierie, car les matériaux d’origine biologique offrent des propriétés clés que les matériaux fabriqués par l’homme ne peuvent pas offrir. Les matériaux biodérivés, parfois appelés biomatériaux, sont créés à partir d’organismes vivants ou anciennement vivants. Ces matériaux ont récemment gagné en popularité car ils sont biocompatibles et peuvent agir comme des matrices pouvant abriter des biomolécules et des cellules. Cette vidéo présentera plusieurs matériaux bio-sourcés et présentera des techniques et des défis courants dans le domaine.
Il existe de nombreux polymères d’origine biologique, ou biopolymères, utilisés dans la recherche en bio-ingénierie. Tout d’abord, le collagène est un polymère protéique largement utilisé, généralement dérivé de la peau, des tendons et des os de bovins, et même de queues de rat. Les fibres de collagène possèdent une structure en triple hélice qui confère au matériau résistance et rigidité. En raison de cette propriété, le collagène est souvent utilisé comme composant structurel des constructions tissulaires modifiées, en particulier dans les os et la peau comme les tissus artificiels. Un autre polymère protéique courant est la soie, qui est dérivée du cocon des larves de teigne de la soie. La structure secondaire de cette protéine présente de vastes régions cristallines de feuillets bêta permettant une résistance et une flexibilité élevées. Comme pour le collagène, la soie est souvent utilisée comme composant structurel des tissus artificiels, généralement dans les tissus souples comme la peau et les muscles. Cependant, la soie est également coulée sous forme de film mince pour les dispositifs optiques ainsi que pour les substrats de dispositifs électriques. Le chitosane, un autre biopolymère, est le polysaccharide dérivé des carapaces de crustacés comme les crabes ou les homards. La solubilité du polymère est basée sur le pH. Cela permet de contrôler facilement les processus de fabrication en augmentant le pH pour solidifier le matériau. Le chitosane est souvent utilisé dans la cicatrisation des plaies en créant un film biocompatible avec les tissus régénérants.
Jetons maintenant un coup d’œil à certaines méthodes importantes utilisées pour manipuler ces biomatériaux. Tout d’abord, les biomatériaux sont souvent coulés sous forme d’hydrogel pour créer une structure hautement hydrophile avec une biocompatibilité accrue. Un hydrogel est un réseau de polymères de type solide à forte teneur en eau et est souvent utilisé comme construction tissulaire dans les tissus artificiels. Pour fabriquer un hydrogel avec du collagène, chauffez d’abord le polymère dans une solution aqueuse, comme un milieu de croissance, puis coulez la solution dans un moule. La solution est ensuite refroidie jusqu’à ce qu’elle soit solide. La réticulation UV peut également être utilisée pour améliorer la stabilité du gel en liant de manière covalente les résidus sur les chaînes polymères. Alternativement, des billes d’hydrogel peuvent être formées en ajoutant la solution polymère goutte à goutte à une solution de réticulation. Les billes sont ensuite utilisées pour stabiliser les cellules dans les protéines. Les biomatériaux peuvent également être utilisés pour former des tapis fibreux par électrofilage. Cette technique est réalisée en appliquant un champ électrique entre la surface d’un collecteur et l’extrémité d’une seringue contenant une solution de biopolymère. Cela induit la formation de fibres à l’échelle microscopique qui créent ensuite des structures qui imitent la matrice extracellulaire dans les tissus. Alternativement, des couches minces de biomatériaux peuvent être préparées par électrodéposition. Pour cela, un potentiel est appliqué à une cellule à deux électrodes contenant la solution de biomatériau. Le biomatériau migre vers l’une des électrodes en formant un film mince à la surface. Ces films minces peuvent être utilisés pour rendre une surface biocompatible, par exemple, pour stabiliser les enzymes assemblées en surface dans les cellules. Dans ce cas, une fine pellicule de chitosane stabilise l’enzyme glucose oxydase. De plus, les biomatériaux sont souvent coulés en solution sur une surface pour former un film mince. La solution est d’abord déposée sur un substrat puis séchée pour éliminer tout solvant. L’épaisseur du film est contrôlée à l’aide du volume et de la concentration de la solution.
Bien que les biomatériaux soient largement utilisés en bio-ingénierie, leur utilisation présente des défis inhérents. Tout d’abord, les biomatériaux possèdent des propriétés naturelles qui sont régies par leur source et leur structure moléculaire. Bien que ces matériaux puissent être exploités pour un large éventail d’applications, il peut être difficile de modifier leurs propriétés inhérentes. De plus, le traitement du matériau modifie ses propriétés, parfois de manière défavorable. Les biomatériaux sont dérivés de sources naturelles, qui peuvent varier en fonction de l’espèce de l’organisme et de facteurs environnementaux tels que la saison. Cela peut entraîner une variabilité d’un lot à l’autre qui entraîne de petites différences dans l’application finale. Enfin, la plupart des biomatériaux sont solubles dans l’eau, ce qui limite leur stabilité. Étant donné que certaines applications nécessitent que le matériau soit permanent, des techniques de réticulation ou de stabilisation peuvent être nécessaires pour prolonger leur durée de vie. Cependant, cela peut entraîner des modifications indésirables des propriétés mécaniques.
Les matériaux d’origine biologique sont utilisés dans un large éventail d’applications dans la recherche en bio-ingénierie. Tout d’abord, les biomatériaux sont fréquemment utilisés dans les applications d’administration de médicaments, car ils sont généralement biodégradables et biocompatibles. Par exemple, les hydrogels offrent une matrice biocompatible capable de contenir des molécules médicamenteuses sensibles. Ils se dégradent à un rythme prévisible en fonction des propriétés de la matière, permettant ainsi une libération contrôlée d’un médicament. Les biomatériaux ont été largement utilisés en médecine, en particulier avec les sutures en soie et avec les bandages et les adhésifs à base de chitosane pour la cicatrisation des plaies. Dans cet exemple, des films adhésifs chirurgicaux de chitosane ont été préparés avec un colorant de diagnostic médical. Ils ont ensuite été fusionnés sur le tissu coupé pour fermer la plaie comme alternative aux sutures. Un domaine en évolution du domaine des biomatériaux traite les protéines et autres biomolécules, comme l’ADN dans ce cas, comme des matériaux polymères. Pour cela, les brins d’ADN sont conçus avec une séquence spécifique qui induit le repliement précis du brin d’ADN en structures et motifs complexes appelés origami d’ADN. Ces structures peuvent ensuite être utilisées pour créer des assemblages fonctionnels capables de détecter des signaux biologiques, de changer de forme ou de libérer des biomolécules intégrées.
Vous venez de regarder l’aperçu de JoVE sur les matériaux d’origine biologique. Vous devriez maintenant comprendre les origines et les propriétés de plusieurs biomatériaux courants, certaines techniques utilisées en laboratoire pour les traiter et certains défis associés à leur utilisation. Merci d’avoir regardé.
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Q1: What are the main types of biopolymers used in bioengineering?
Common biopolymers include collagen, a protein polymer from bovine skin and bone with a triple helix structure providing strength; silk, derived from silk moth cocoons with crystalline beta sheets enabling high strength and flexibility; and chitosan, a polysaccharide from crustacean shells with pH-based solubility. Each offers distinct properties for different applications.
Q2: How does electrospinning create biomaterial structures?
Electrospinning applies an electric field between a collector surface and a syringe tip containing biopolymer solution. This induces formation of microscale fibers that create structures mimicking the extracellular matrix in tissue. The resulting fibrous mats are useful for tissue engineering and regenerative medicine applications.
Q3: What is a hydrogel and why is it useful in bioengineering?
A hydrogel is a solid-like polymer network with high water content and increased biocompatibility. Hydrogels are created by heating biopolymers in aqueous solutions, casting in molds, and cooling until solid. They serve as tissue constructs in artificial tissue and can hold sensitive drug molecules for controlled release applications.
Q4: What are the main challenges associated with using biomaterials?
Biomaterials face several challenges: their natural properties are difficult to modify, processing can alter properties adversely, batch-to-batch variability occurs due to differences in organism species and environmental factors, and most are water-soluble limiting stability. Crosslinking can extend lifetime but may cause undesirable mechanical property changes.
Q5: How are biomaterials applied in drug delivery?
Biomaterials are frequently used in drug delivery because they are biodegradable and biocompatible. Hydrogels offer a biocompatible matrix to hold sensitive drug molecules and degrade at predictable rates depending on material properties, enabling controlled release of drugs over time for therapeutic benefit.
Q6: What is DNA origami and how does it relate to biomaterials?
DNA origami involves designing DNA strands with specific sequences that induce precise folding into complex structures and patterns. These structures are treated as polymer materials and can create functional assemblies able to sense biological cues, change shape, or release embedded biomolecules for advanced bioengineering applications.
Q7: How does chitosan film improve wound healing?
Chitosan is a polysaccharide from crustacean shells with pH-based solubility enabling simple control of fabrication. Chitosan films are biocompatible with regenerating tissue and are used in wound healing applications. Chitosan surgical adhesive films can be fused across cut tissue to close wounds as an alternative to sutures.
Chapitres dans cette vidéo
0:07
Overview
0:43
Common Biomaterials
2:23
Prominent Methods
4:36
Key Challenges
5:48
Applications
7:20
Summary