Bài giảng Cơ sở kỹ thuật y sinh - Chương 7: Vật liệu sinh học

Chương 7 Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Mục tiêu: n Mô tả được các quá trình và tham số quan trọng của các vật liệu khác nhau n Mô tả được các thử nghiệm cơ học khác nhau và giải thích được các dữ liệu n Mô tả được sự khác nhau giữa các kim loại, gốm, polymer n Mô tả một số kỹ thuật gia công được sử dụng để thay đổi các tính chất của vật liệu n Nhận biết được sự ngưng tụ và các phản ứng polymer hóa bổ xung n Định nghĩa được các polymer nhiệt và nhiệt dẻo n Tính toán khối lượng phân tử trung bình của một polymer n Tính toán mức độ polymer hóa cho một polymer Chương 7: Vật liệu sinh học Mục tiêu (tt) : n Mô tả các đáp ứng sinh học đối vớc các vật liệu được cấy ghép n Mô tả các phương pháp chung để ước lượng khả năng tương tích sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Nội dung chính : n Giới thiệu và sự phân loại chung của các vật liệu n Các tính chất cơ học của vật liệu n Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu - Kim loại và hợp kim - Gốm và thủy tinh - Các polymer n Đáp ứng của mô đối với các vật liệu Giới thiệu và sự phân loại chung của các vật liệu n Định nghĩa “vật liệu sinh học” n Liệt kê các quá trình, thông số và các công dụng y sinh chung của các vật liệu - Kim loại - Gốm - Polymer - Composit Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất cơ học của vật liệu n Sức bền vật liệu được mô tả chung bởi đường cong ứng suất-biến dạng Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất cơ học của vật liệu n Để xây dựng được biểu đồ này, một mẫu vật liệu được tạo hình xương chó được kéo căng ra bằng một máy thử nghiệm cơ học. Cung cấp một lực (Newton) cho mẫu vật này đo sự biến dạng của nó (theo mm). Ứng suất, (N/m2 hoặc là pascal), được tính bằng lực chia cho tiết diện cắt ngang ban đầu. Biến dạng, (%), được tính bằng sự thay đổi về chiếu dài chia cho chiều dài ban đầu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất cơ học của vật liệu n Đối với biểu đồ bên: Vùng A= Vùng B= Điểm 1= Điểm 2= Điểm 3= Modun đàn hồi Young (E)= Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất cơ học của vật liệu n Các tính chất quan trọng khác của vật liệu bao gồm: - Độ cứng - Tính dẻo - Tính giòn - Tính bền - Sức bền mỏi (giới hạn chịu đựng) Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất cơ học của vật liệu n Các đường cong ứng suất-biến dạng có thể cung cấp thông tin về tính bền, tính giòn, tính dẻo… Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Đường cong nào ở trên cho biết ứng sử của một vật liệu giòn? n Một vật liệu dễ uốn? Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất cơ học của vật liệu n Tại sao các ứng dụng sau đây là không tốt? • Sự thay thế mạch máu bằng một ống kim loại • Sự thay thế nhựa silicone cho dây chằng hay gân • Nhựa silicone dùng để nối các xương nứt gãy • Việc ghép da bằng gốm dẻo… Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu n Kim loại được cấu tạo từ các nguyên tử mà được giữ với nhau bởi các liên kết mạng tinh thể Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kim loại và hợp kim n Yếu tố nào làm cho kim loại có các đặc tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt? n Tại sao kim loại có tính dẻo? Chương 7: Vật liệu sinh học n Khi kim loại đông đặc lại từ trạng thái lỏng (sự chuyển pha từ lỏng sang rắn), các nguyên tử thiết lập thành một dãy có trật tự được gọi là cấu trúc tinh thể. Mặc dù tinh thể này có một trật tự đều đặn nhưng các liên kết kim loại này bản thân chúng một cách tương đối vẫn mang tính “lỏng” chính vì vậy đã làm cho kim loại có các đặc tính dẻo (không giống các vật liệu mà có liên kết cộng hóa trị dễ gãy) Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kim loại và hợp kim Chương 7: Vật liệu sinh học n Trong những cấu trúc tinh thể này, các nguyên tử có thể sắp xếp theo dạng hình lập phương với một nguyên tử ở tâm của hình lập phương được gọi là khối thể tâm (BBC), hoặc là theo dạng hình lập phương mà một nguyên tử có mặt ở tâm của mỗi mặt phẳng thuộc hình lập phương đó, được gọi là khối diện tâm (FCC) Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học n Trong một số trường hợp, kim loại ở thể rắn sẽ chịu những sự đổi pha giữa các cấu trúc tinh thể khác nhau khi nhiệt độ thay đổi (sự biến đổi thù hình). n Hợp kim là gì? n Sự lệch mạng là gì, nó ảnh hưởng như thế nào đến tính chất của kim loại và các kỹ thuật gia công ảnh hưởng đến nó như thế nào? n Sự gia công lạnh là gì và nó ảnh hưởng như thế nào đến các đặc tính của kim loại? n Sự xử lý nhiệt là gì và nó ảnh hưởng như thế nào đến các đặc tính của kim loại? n Thế nào là thép không gỉ và nó được chế tạo như thế nào? Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các đặc tính cơ bản nói chung: n Không có tính dẫn n Nhiệt độ nóng chảy cao (trên 10000C) n Dễ vỡ n Chống ăn mòn n Tính bao phủ lên vật liệu khác tốt Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Gốm và thủy tinh Chương 7: Vật liệu sinh học n Một vài ví dụ về gốm: n Một vài ứng dụng hay sự sử dụng của gốm trong y học: Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Gốm và thủy tinh Chương 7: Vật liệu sinh học Quá trình mà nhờ đó gốm được sản xuất theo hình dạng mong muốn: n Đầu tiên bột được xử lý để có độ tinh khiết cao n Mẻ bột được xử lý theo hình dạng sơ bộ mà không được nung (green body) n The green body được đưa lên một nhiệt độ mà lúc đó nó kết hợp thành một cấu trúc đơn (được gọi là sự tổng ho8p hay sự dung kết) hình thành các hạt. n Các phần được dung kết sau đó được gia công trên máy và tạo hình theo thiết kế cuối cùng. Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Gốm và thủy tinh Chương 7: Vật liệu sinh học Cacbon nhiệt phân LTI là gì ? LTI đại diện cho cái gì? Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Kết cấu và các đặc tính khác của vật liệu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 polymer n polymer có thể được định nghĩa như là: n Những ưu điểm của polymer so với kim loại và gốm: n Những khuyết điểm của polymer so với kim loại và gốm: Chương 7: Vật liệu sinh học Các polymer có thể được phân loại dựa vào n Cơ chế polymer hóa Sự polymer hóa ngưng tụ Sự polymer hóa cộng thêm (gốc tự do) n Cấu trúc của polymer Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Tuyến tính Phân nhánh Mạng Chương 7: Vật liệu sinh học Các polymer có thể được phân loại dựa vào n Ứng xử của polymer - Chất nhiệt dẻo - Thermosetting Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học n Sự polymer hóa ngưng tụ Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các phản ứng polymer hóa n Sự polymer hóa cộng thêm (gốc tự do) Hầu hết các polymer tự nhiên (polysaccharide, protein) được chế tạo bởi quá trình polymer hóa ngưng tụ Sự phá vở liên kết đôi thường xảy ra using an initiator (ví dụ gốc tự do như là benzoyl peroxide) Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các phản ứng polymer hóa Các gốc tự do (R.) có thể phản ứng với monomer Gốc tự do có thể phản ứng với monomer trong quá trình được gọi là phản ứng truyền Quá trình phản ứng truyền có thể được kết thúc bởi kết hợp hai gốc tự do hoặc là bởi transfer Chương 7: Vật liệu sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các phản ứng polymer hóa Sự ngưng tụ phổ biến và các polymer gốc tự do: Mức độ polymer hoá (DP): DP liên quan đến khối lượng phân tử: Polydispersity: Ví dụ: Hãy tính mức độ polymer hóa nếu polyetilen (C2H4)n có khối lượng phân tử là 100.000 g/gmol. Chương 7: Vật liệu sinh học Khối lượng phân tử ảnh hưởng đến các tính chất của polymer Hình 6-1: Độ bền và khối lượng phân tử của polyefin (phần lớn polyetilen và propylen). Sự gia tăng sức bền nguyên nhân chính là do việc giảm chuyển động tương đối của các chuỗi khi chúng trở nên dài hơn với khối lượng phân tử lớn hơn Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Chất đồng trùng hợp n Định nghĩa: n Các loại chất đồng trùng hợp: Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Các tính chất của polymer n Các ví dụ về các chất dẻo (nhiệt dẻo và nhiệt) và chất đàn hồi Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Extracorporeal ống máu, túi máu, bộ phận hàm mặt giảPolyvinyl choride Được nghiên cứu như bề mặt mạch máuPolyvinylidene choride Phim thẩm táchPolyvinyl alcohol (PVA) Thành phần của blood oxygenator và thiết bị thẩm tách thận, van timPolypropylence Chất vữa cho hông nhân tạopolymeryl methacrylate (PMMA) Acetabular cup của bộ phận hông nhân tạoPolyethylene Vỏ cách ly và vỏ bọc cho các thành phần điện tửPolymonochloro-p-xylylene Đường khớp, giàn khungPolyamide (nylon) Kính sát tròng, phần lót răng giả, ống dẫn thuốc, ống thông đường tiểu, phần phủ ngoài đường khớp Polyhydroxyethyl methacrylate (PHEMA) Cấy ghép về mạch, bulk implantFlurocarbon Bao bọc các cơ quan cấy ghép điện tửNhựa epoxy (dạng lỏng độ nhớt thấp và rắnchưa qua xử lý) Màng thẩm táchCellolose acetate Màng thẩm tách thậnCellophane Ứng dụngPlastic Các ứng dụng trong y sinh của plastic Tim, van tim giả, blood oxygenator film, phẫu thuật tạo hình Cao su silicone dành cho y học (có tính đàn hồi cao nhất, tính tương thích mô) Được nghiên cứu như bề mặt mạch máu, acetabular cup của bộ phận hông nhân tạo Polyurethanes (trở hóa, tính tương thích mô) Được nghiên cứu như bề mặt mạch máu, vật liệu làm dấu ấn (khuôn dẻo)Cao su thiên nhiên được lọc tinh chế Được nghiên cứu như bề mặt mạch máu Chlorosullonated polyethylene (chống lão hoá, trở hoá) Không ứng dụng lâm sàngCao su bulyl (tính thấm khí và trở hoáthấp) Bộ phận hàm mặt và orthotic giả, lớp phủ ngoài cho các chi giảAcytale elastomer Ứng dụngChất đàn hồi Các ứng dụng trong y sinh của chất đàn hồi Ứng xử của chất nhiệt dẻo Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hình 15-13: Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cấu trúc và ứng xử của các polymer nhiệt dẻo Hình 15-14: Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với ứng xử ứng suất-biến dạng của các polymer nhiệt dẻo Chương 7: Vật liệu sinh học Ứng xử của chất nhiệt dẻo Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 § Khối lượng phân tử của polymer nhiệt dẻo ảnh hưởng như thế nào đến sức bền và sự ổn định nhiệt của nó? § Các đặc tính và điều kiện gia công nào ảnh hưởng đến trạng thái tinh thể? Chương 7: Vật liệu sinh học Ứng sử của chất đàn hồi Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Các chất đàn hồi có độ đàn hồi cao trên một dãy nhiệt độ. Yếu tố nào cung cấp đặc tính đàn hồi này? n Các vật liệu này là vô định hình hay tinh thể? n Điều gì xảy ra ở các nhiệt độ trên Tm? polymer có trở nên hoá lỏng hay không? Tại sao hoặc tại sao không? Chương 7: Vật liệu sinh học Hydrogel (gen nước) n Hydrogel là dạng duy nhất của các polymer cho việc cấy ghép n Định nghĩa: - Hydrogel có thể lên đến 90% là nước (về khối lượng) - Ví dụ: aragose gel, gelatin, collagen gel,... - Quá trình/hằng số Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Sự thoái hóa polymer và các polymer có thể bị thoái hóa sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Một vài polymer bị thoái hoá do sự thủy phân hoặc là hoạt động enzyme. Điều này được yêu cầu trong một số ứng dụng (ví dụ như trong công nghệ mô). n Hai trong số các polymer mà có thể bị thoái hóa sinh học phổ biến hơn đó là PGA và PLA. Các vật liệu này hiện có trên thị trường và đã được chấp thuận của FDA đối với các tính năng phẫu thuật (ví dụ như đường khớp có thể bị thoái hoá sinh học) Chương 7: Vật liệu sinh học Polyester n Axit polyglycolic (PGA) Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Axit polylactic (PLA) n polymer nào có khả năng ở trạng thái tinh thể hơn? Vì sao? n Đặc tính nào của các polymer trên sẽ ảnh hưởng đến tốc độ thoái hóa? Chương 7: Vật liệu sinh học Polyester Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Có thể làm biến đổi các đặc tính của polymer bằng cách tạo ra các chất đồng trùng hợp từ PGA và PLA thành PLGA hoặc là poly (axit lactic- co-glycolic) n Các polyester thường được sử dụng như các vật liệu đường khớp, chất dính, và trong các ứng dụng công nghệ mô (các sản phẩm thất bại là lẽ tự nhiên) Chương 7: Vật liệu sinh học Sự thoái hóa của các polymer thoái hóa sinh học Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Các yếu tố mà có thể ảnh hưởng đến sự thoái hóa? Chương 7: Vật liệu sinh học Sự thoái hoá (thủy phân) của PLGA Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 n Các sản phẩm thoái hóa này, mặc dù là tự nhiên đối với cơ thể người, là có tính axít. Tốc độ thoái hoá quá nhanh có thể bất lợi cho các tế bào (pH giảm) n PLGA có xu hướng thoái hóa bởi bulk degradation. Các polymer kỵ nước hơn, chẳng hạn như polyanhydride, có xu hướng thoái hóa bởi sự ăn mòn bề mặt Chương 7: Vật liệu sinh học Đáp ứng của mô đối với các vật liệu n Các tế bào máu (được nhận biết nhờ kính phết máu) đóng vai trò then chốt Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tế bào then chốt liên quan đến sự đáp ứng mô Chương 7: Vật liệu sinh học n Các tế bào máu bao gồm bạch cầu (leukocyte) và hồng cầu. Các bạch cầu hạt (bạch cầu ưa eosin, bạch cầu ái kiềm, bạch cầu trung tính), các bạch cầu đơn thân (đại thực bào) và các lympho bào bao gồm bạch cầu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hình 11.8. Ba tế bào lớn ở phía bên trái là các loại tế bào hạt. Bạch cầu ưa erosin chiếm khoảng 2-4% các tế bào bạch cầu tuần hoàn và có đường kính khoảng 12 . Các hạt của chúng nhuộm sẫm màu với thuốc nhuộm đỏ, erosin và với các thuốc nhuộm axit khác. Bạch cầu ái kiềm (basophil) có đường kính khoảng 8-10 và có các hạt nhuộm sẫm màu với các thốc nhuộm bazơ. Chúng chiếm khoảng nhỏ hơn 1% cá tế bào bạch cầu trong vòng tuần hoàn. Bạch cầu trung tính có số lượng nhiều nhất và chiếm khoảng 50-70% các tế bào bạch cầu trong vòng tuần hoàn. Chúng có kích thước tương tự vớc các bạch cầu ưa erosin nhưng về phương diện hóa học chúng có các hạt trung hoà mà rất khó để nhuộm. Mỗi bạch cầu trung tính hoàn chỉnh có các hạt nhân được phân đa thùy giống như là các hạt trên một chuỗi. Các tế bào hồng cầu có đường kính khoảng 8 và không có nhân khi chúng phát triển đầy đủ Chương 7: Vật liệu sinh học n Các tế bào hồng cầu có hình dạng như những cái đĩa có hai mặt lõm không có nhân và mang hemoglobin mà có trách nhiệm vận chuyển oxy n Chức năng của các bạch cầu trung tính (các bạch cầu nhiều dạng nhân hay PMNs), các đại thực bào, bạch cầu lympho là gì? n Các tiểu cầu là các mảnh tế bào có mặt trong các cơ chế đông máu nhằm ngăn chặn sự mất máu khi mô bị tổn thương Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Đáp ứng của mô đối với các vật liệu n Hãy xem xét điều gì xảy ra đối với vật liệu sinh học khi cấy ghép vào mô được phân bố mạch của động vật hay người. Trả lời những câu hỏi sau: n Hiện tượng gì sẽ xảy ra đầu tiên? n Định nghĩa hiệu ứng Vroman n Làm sao có thể điều khiển hiện tượng trên? Cho một vài ví dụ làm sao điều này có thể được làm giảm tối đa hay điều chỉnh? n Những yếu tố nào khác có thể ảnh hưởng đến hiện tượng trên? Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Đáp ứng đối với vật liệu cấy ghép Chương 7: Vật liệu sinh học Đáp ứng của mô đối với các vật liệu n Xem xét các đáp ứng của cơ thể chủ đối với các vật liệu sinh học được cấy ghép. n Hãy định nghĩa và phân biệt các đáp ứng sau đây. Các yếu tố hay tế bào nào là quan trọng trong mỗi trường hợp? - Chứng viêm cấp tính - Chứng viêm mãn tính - Mô hạt - Foreign body reaction - Chứng xơ hoá và sự nang hóa có sợi Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Đáp ứng đối với vật liệu cấy ghép Chương 7: Vật liệu sinh học Chứng viêm Có bốn dấu hiệu liên quan đến đáp ứng viêm: n Bề ngoài có màu đỏ tại vị trí tổn thương do sự có mặt của các tế bào hồng cầu (RBCs) ngay dưới da n Một vị trí nào đó bị sưng phồng do chất dịch đi kèm với máu n Một vị trí nào đó bị nóng lên là kết quả của máu ấm di chuyển đến vị trí của các mô lạnh hơn n Gây đau nhức do sự tác động và tổn thương đến hệ thống thần kinh địa phương Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Việc hồi phục khi có mặt vật liệu sinh học n Hãy định nghĩa tính tương thích sinh học? n Khi một vật liệu không có tính tương thích sinh học, đáp ứng viêm sẽ tiếp tục như là đáp ứng viêm mãn tính và phát triển thành các tế bào lớn bất thường và u hạt. Cơ thể chủ có gắn trung hòa các vật thể từ bên ngoài vào (vật cấy ghép). n Sự hình thành các bao có sợi thớ cho thấy rằng vật liệu có tính tương thích sinh học và đây là bước đầu tiên của quá trình hồi phục Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Sự nhiễm trùng n Sự nhiễm trùng sẽ ngăn cản sự tan biến của chứng viêm và đáp ứng viêm mãn tính không mong muốn sẽ xảy ra n Điều gì sẽ xảy ra nếu các vi khuẩn có mặt trong quá trình hàn gắn vết thương? Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Đáp ứng miễn nhiễm n Kháng nguyên-kháng thể đặc trưng từ đáp ứng miễn nhiễm sẽ xảy ra nếu các tế bào từ một loài hay cơ thể khác được cấy vào. n Các phản ứng do dị ứng là nhửng đáp ứng miễn nhiễm đặc trưng chống lại các thực thể không mang đặt tính sinh học. Những phản ứng này là không mong muốn và có thể có các phản ứng phụ bất lợi cho cơ thể (phải được xem xét trong việc thiết kế dụng cụ) n Tại sao các sản phẩm thoái hoá từ các vật liệu cấy ghép là mối quan tâm lớn? Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Kiểm tra tính tương thích sinh học n Một câu hỏi đáng quan tâm khi một vật liệu sinh học được sử dụng trong một hệ thống sinh học đó là: “Liệu vật liệu này có kích thích đáp ứng sinh học thích đáng cho mục đích sử dụng?” n Việc khử trùng là cốt yếu cho việc sử dụng vật liệu trong cơ thể sống n Các kiểm tra trong cơ thể sống là rất phổ biến được thực hiện bằng cách sử dụng việc nuôi cấy mô hay tế bào. Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học Kiểm tra tính tương thích sinh học n Các kiểm tra được thiết kế cho đặc tính độc tế bào, sự kích thích đáp ứng miễn nhiễm, kích thích các mô, kích thích chứng viêm mãn tính, các tác động lên máu và các thành phần của máu, và các tác động lên các yếu tố di truyền bao gồm đột biến và sự hình thành khối u n Trong việc cấy ghép của các kênh dẫn truyền thần kinh cấu thành bởi vật liệu polymer thì có những kiểm tra tính tương tích sinh học gì? Cho biết một số kiểm tra khái quát và đặc trưng Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương 7: Vật liệu sinh học