生体材料の概要

Bioengineering

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Summary

生体材料は、材料の生物や分子と好意的に対話するように設計です。これらの材料から得られる有機体によって生成されるまたは合成高分子をすることができますも。エンジニアは、組織工学、バイオセンシングおよび薬剤配達など、アプリケーションの広い範囲でこれらの材料を使用します。

このビデオは、一般的な生物学的派生材料を紹介し、それらを処理するために使用する一般的な手法の例を示します。キーと一緒にこれらのメソッドのいくつかのアプリケーションの分野での課題があります。

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JoVE Science Education Database. バイオ エンジニア リング. 生体材料の概要. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

生物学は今得られた生物学的材料を提供する人工材料をことはできませんキー プロパティとしての工学的課題を満たすために使用されています。生活または一度生物から生物由来材料、生体材料学分野と呼ばれることが作成されます。これらの材料は、人気を集めている最近、生体適合性、生体分子・細胞を収容できる行列として使用できます。このビデオはいくつかの生物由来材料を紹介、共通技術分野での課題を紹介します。

多くの生物学的派生高分子や生体高分子、バイオ エンジニア リングの研究で使用されるがあります。まず、コラーゲンは牛皮、腱と骨ともラット尾に由来する通常広く使用されているタンパク質ポリマーです。コラーゲン線維は、材料強度と剛性を与える三重らせん構造を有する。この属性のためコラーゲンは骨と人工組織のような肌を中心に設計された組織構造の構造部品としてよく使用されます。別の一般的なタンパク質ポリマーはシルク絹蛾の幼虫の繭に由来します。この蛋白質の二次構造が高強度と柔軟性を有効に β シートの広大な結晶領域です。コラーゲン、シルクはしばしば使用と皮膚や筋肉のような柔軟な組織で通常の人工組織の構造のコンポーネントとして。しかし、シルクはまた、光デバイスだけでなく、電気基板の薄膜としてキャストされます。別の生体高分子キトサンは、カニやエビなどの甲殻類の殻から得られる多糖類です。高分子の溶解度は、pH ベースです。材料を固めるため pH の増加により作製プロセスの簡単なコントロールができます。キトサンは生体組織の再生とは、映画を作成することで創傷治癒よく使用されます。

これらの生体材料を操作するいくつかの顕著な方法を見てを使用しましょう。まず、生体材料はしばしば増加生体適合性と超親水性の構造を作成するハイドロゲルとしてキャストされます。ハイドロゲルは高含水比の固体状高分子ネットワークを人工組織の組織構造としてよく使用されます。コラーゲン ゲルをするためには、まず、成長媒体のような水溶液中でポリマーを熱し、金型でソリューションをキャストします。ソリューションは、固体まで冷却されます。UV 架橋結合は、共有結合高分子鎖の残基をリンクすることにより、ゲルの安定性を改善するためにも使用できます。また、架橋ソリューションに滴下ポリマー溶液を追加ハイドロゲル ビーズを形成できます。ビーズは、タンパク質の細胞を安定させるために使用されます。エレクトロスピニングによるナノファイバーを形成する生体材料を使用もできます。この手法は、コレクターの表面と生体高分子溶液注射器の先端の電界を加えることによって実行されます。これは、組織における細胞外マトリックスを模倣した構造を作成するマイクロ繊維の形成を誘導します。また、電着を介して生体材料薄膜を用意できます。このため、潜在的なは、生体材料ソリューションを含む 2 つの電極セルに適用されます。生体材料は、表面に薄いフィルムを形成電極のいずれかに移行します。これらの薄膜は表面の生体適合性を確認する使用ことができます、たとえば、表面を安定させるために細胞内の酵素を組み立ています。この場合、キトサン膜は酵素グルコースオキシダーゼを安定させます。さらに、生体材料、薄膜を形成するために表面上にキャストのソリューション。ソリューションは、基板上にドロップまずすべての溶媒を除去する乾燥します。膜厚は、ボリュームと溶液の濃度を使用して制御されます。

生体材料は、生体工学で広く使用されて、その使用に関連付けられている固有の課題があります。まず、生体材料は、そのソースと分子構造によって支配される自然の性質を有しています。一方、アプリケーションの広い範囲のこれらの材料を活かすことができます、その固有のプロパティの変更は難しくなります。さらに、部品の加工は不利な方法でそれらのプロパティを時々 変更します。生体材料は、生物とシーズンのような環境要因に基づいて変わることができる自然な源から派生します。最終的なアプリケーションの小さい相違を引き起こすバッチごとに変動の可能性があります。最後に、ほとんどの生体が水溶性の安定性を制限することです。一部のアプリケーションは、永続的な材料を必要とするので架橋または技術の安定化がその有効期間を延長する必要があります。ただし、これは機械的性質に望ましくない変更で起因できます。

生物学的に得られた材料は、バイオ エンジニア リングの研究アプリケーションの広い範囲で使用されます。まず、以来、彼らは通常、生分解性、生体適合性、生体材料は薬物送達アプリケーションでよく使用されます。たとえば、ゲルは生体適合性マトリックスの敏感な薬剤分子を保持することを提供しています。彼らは薬物の徐放を可能にする材料の特性に応じた予測可能なレートで低下します。生体材料は、医学、特に、絹糸とキトサン ベース包帯と創傷治癒のための接着剤に広範囲に使用されています。この例では、キトサン手術粘着フィルムは医療診断色素を用意しました。彼らは後で切断組織縫合糸に代わるものとして傷を閉じるために融合しました。生体材料分野の進化している領域は、高分子材料としてこの場合、タンパク質などの生体分子、DNA などを扱います。これは、dna は、複雑な構造や DNA 折り紙と呼ばれるパターンに DNA 鎖の正確な折りたたみを誘発する特定の順序で設計されています。これらの構造は、生物学的手がかりの意味、形状を変更または埋め込まれた生体分子を解放することができる機能のアセンブリを作成する使用できます。

生物学的に得られた材料のゼウスの概要を見てきただけ。今、いくつか一般的な生体材料、いくつかのテクニックは、それらを処理するラボで使用およびその使用に関連付けられているいくつかの課題の性質と起源を理解する必要があります。見ていただきありがとうございます。

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