Vue d’ensemble des biomatériaux

Bioengineering
 

Summary

Les biomatériaux sont des matériaux conçus pour interagir favorablement avec les organismes biologiques ou de molécules. Ces matériaux peut être déduites ou produites par l’organisme peut même être un polymère synthétisé. Ingénieurs utilisent ces nouveaux matériaux dans un large éventail d’applications, tels que la fourniture de génie, biodétection et drogues tissulaire.

Cette vidéo présente les matériaux biologiques communs et fournit des exemples de techniques courantes utilisées pour les traiter. Touche on discute des défis dans le domaine, ainsi que plusieurs applications de ces méthodes.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bio-ingénierie. Vue d’ensemble des biomatériaux. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

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.

This article is Free Access.

RECOMMEND JoVE

Applications