stringtranslate.com

Биоматериал

Тазобедренный имплантат — пример применения биоматериалов.

Биоматериал — это вещество, которое было разработано для взаимодействия с биологическими системами в медицинских целях — терапевтических (лечение, усиление, восстановление или замена функции ткани организма) или диагностических . Соответствующая область изучения, называемая биоматериаловедением или биоматериальной инженерией , существует около пятидесяти лет. [ требуется обновление ] Она пережила устойчивый рост на протяжении своей истории, при этом многие компании инвестируют большие суммы денег в разработку новых продуктов. Биоматериаловедение охватывает элементы медицины , биологии , химии , тканевой инженерии и материаловедения .

Биоматериал отличается от биологического материала, такого как кость , который производится биологической системой . Однако «биоматериал» и «биологический материал» часто используются взаимозаменяемо. Кроме того, слово «биотериальный» было предложено в качестве потенциального альтернативного слова для биологически произведенных материалов, таких как кость или грибковые биокомпозиты. [ необходима цитата ] Кроме того, следует проявлять осторожность при определении биоматериала как биосовместимого , поскольку он является специфическим для конкретного применения. Биоматериал, который является биосовместимым или подходит для одного применения, может быть не биосовместимым в другом. [1]

Определение ИЮПАК

Материал , используемый в контакте с живыми тканями, организмами или микроорганизмами. [2] [a] [b] [c]

Введение

Биоматериалы могут быть получены либо из природы, либо синтезированы в лаборатории с использованием различных химических подходов с использованием металлических компонентов, полимеров , керамики или композитных материалов . Они часто используются и/или адаптируются для медицинского применения и, таким образом, включают в себя всю или часть живой структуры или биомедицинского устройства, которое выполняет, дополняет или заменяет естественную функцию. Такие функции могут быть относительно пассивными, например, используемые для сердечного клапана , или, возможно, биоактивными с более интерактивной функциональностью, например, покрытые гидроксиапатитом имплантаты тазобедренного сустава . Биоматериалы также широко используются в стоматологии, хирургии и доставке лекарств. Например, конструкция с пропитанными фармацевтическими продуктами может быть помещена в тело, что позволяет пролонгированно высвобождение лекарства в течение длительного периода времени. Биоматериал также может быть аутотрансплантатом , аллотрансплантатом или ксенотрансплантатом , используемым в качестве материала для трансплантации . [ необходима цитата ]

Биоактивность

Способность сконструированного биоматериала вызывать физиологическую реакцию, которая поддерживает функцию и производительность биоматериала, известна как биоактивность. Чаще всего в биоактивных стеклах и биоактивной керамике этот термин относится к способности имплантированных материалов хорошо связываться с окружающей тканью в остеокондуктивных или остеопродуктивных ролях. [4] Материалы для костных имплантатов часто разрабатываются для содействия росту костей при растворении в окружающей жидкости организма. [5] Таким образом, для многих биоматериалов желательны хорошая биосовместимость наряду с хорошей прочностью и скоростью растворения. Обычно биоактивность биоматериалов измеряется поверхностной биоминерализацией, при которой на поверхности образуется собственный слой гидроксиапатита . В наши дни разработка клинически полезных биоматериалов значительно усовершенствована с появлением вычислительных процедур, которые могут предсказывать молекулярные эффекты биоматериалов в терапевтических условиях на основе ограниченных экспериментов in vitro . [6]

Самостоятельная сборка

Самоорганизация — наиболее распространенный термин в современном научном сообществе для описания спонтанной агрегации частиц (атомов, молекул, коллоидов , мицелл и т. д.) без воздействия каких-либо внешних сил. Известно, что большие группы таких частиц собираются в термодинамически стабильные, структурно четко определенные массивы, весьма напоминающие одну из семи кристаллических систем, обнаруженных в металлургии и минералогии (например, гранецентрированную кубическую, объемноцентрированную кубическую и т. д.). Фундаментальное различие в равновесной структуре заключается в пространственном масштабе элементарной ячейки (параметре решетки) в каждом конкретном случае.

Молекулярная самосборка широко распространена в биологических системах и обеспечивает основу для широкого спектра сложных биологических структур. Это включает в себя новый класс механически превосходных биоматериалов, основанных на микроструктурных особенностях и конструкциях, найденных в природе. Таким образом, самосборка также появляется как новая стратегия в химическом синтезе и нанотехнологиях . Молекулярные кристаллы, жидкие кристаллы, коллоиды, мицеллы, эмульсии , полимеры с разделенными фазами, тонкие пленки и самоорганизующиеся монослои представляют собой примеры типов высокоупорядоченных структур, которые получаются с помощью этих методов. Отличительной чертой этих методов является самоорганизация. [7] [8] [9]

Структурная иерархия

Почти все материалы можно рассматривать как иерархически структурированные, поскольку изменения в пространственном масштабе вызывают различные механизмы деформации и повреждения. [10] Однако в биологических материалах эта иерархическая организация присуща микроструктуре. Одним из первых примеров этого в истории структурной биологии является ранняя работа по рассеянию рентгеновских лучей по иерархической структуре волос и шерсти , проведенная Эстбери и Вудсом. [11] В костях, например, коллаген является строительным блоком органической матрицы , тройной спирали диаметром 1,5 нм. Эти молекулы тропоколлагена интеркалированы с минеральной фазой ( гидроксиапатит , фосфат кальция), образуя фибриллы , которые скручиваются в геликоиды чередующихся направлений. Эти « остеоны » являются основными строительными блоками костей, причем распределение объемной доли между органической и минеральной фазой составляет около 60/40.

На другом уровне сложности кристаллы гидроксиапатита представляют собой минеральные пластинки диаметром приблизительно от 70 до 100 нм и толщиной 1 нм. Они изначально зарождаются в промежутках между коллагеновыми фибриллами. [12]

Аналогично, иерархия раковины ушка начинается на наноуровне, с органического слоя толщиной от 20 до 30 нм. Этот слой продолжается монокристаллами арагонита ( полиморф CaCO 3 ), состоящими из «кирпичей» размером 0,5 и заканчивающимися слоями примерно 0,3 мм (мезоструктура). [13]

Крабы — членистоногие, панцирь которых состоит из минерализованного твердого компонента (демонстрирует хрупкое разрушение) и более мягкого органического компонента, состоящего в основном из хитина . Хрупкий компонент расположен в виде спирали. Каждый из этих минеральных «стержней» (диаметром 1 мкм) содержит хитин-белковые фибриллы диаметром около 60 нм. Эти фибриллы состоят из каналов диаметром 3 нм, которые связывают внутреннюю и внешнюю части панциря.

Приложения

Биоматериалы используются в:

  1. Замена суставов
  2. Костные пластины [14]
  3. Интраокулярные линзы (ИОЛ) для хирургии глаза
  4. Костный цемент
  5. Искусственные связки и сухожилия
  6. Дентальные имплантаты для фиксации зубов
  7. Протезы кровеносных сосудов
  8. Сердечные клапаны
  9. Устройства для восстановления кожи (искусственная ткань)
  10. Кохлеарные заменители
  11. Контактные линзы
  12. Грудные имплантаты
  13. Механизмы доставки лекарств
  14. Экологичные материалы
  15. Сосудистые трансплантаты
  16. Стенты
  17. Нервные проводники
  18. Хирургические швы , клипсы и скобы для закрытия ран [15]
  19. Штифты и винты для стабилизации переломов [16]
  20. Хирургическая сетка [17] [18]

Биоматериалы должны быть совместимы с организмом, и часто возникают проблемы биосовместимости , которые должны быть решены до того, как продукт может быть размещен на рынке и использован в клинических условиях. Из-за этого биоматериалы обычно подвергаются тем же требованиям, что и новые лекарственные терапии. [19] [20] Все производственные компании также обязаны обеспечивать прослеживаемость всех своих продуктов, чтобы в случае обнаружения дефектного продукта можно было отследить другие в той же партии.

Костные трансплантаты

Сульфат кальция (его α- и β-полугидраты) — хорошо известный биосовместимый материал, который широко используется в качестве заменителя костного трансплантата в стоматологии или в качестве его связующего вещества. [21] [22]

Сердечные клапаны

В Соединенных Штатах 49% из 250 000 процедур замены клапанов, выполняемых ежегодно, включают механический имплантат клапана. Наиболее широко используемый клапан — это двустворчатый дисковый сердечный клапан или клапан Св. Иуды. Механика включает два полукруглых диска, движущихся вперед и назад, причем оба обеспечивают поток крови, а также способны образовывать уплотнение против обратного потока. Клапан покрыт пиролитическим углеродом и прикреплен к окружающим тканям сеткой из тканого материала под названием дакрон (торговое название полиэтилентерефталата компании Du Pont ). Сетка позволяет тканям тела расти, одновременно встраивая клапан. [23]

Восстановление кожи

В большинстве случаев искусственная ткань выращивается из собственных клеток пациента. Однако, когда повреждение настолько сильное, что невозможно использовать собственные клетки пациента, выращиваются искусственные клетки ткани. Трудность заключается в поиске каркаса, на котором клетки могут расти и организовываться. Характеристики каркаса должны быть такими, чтобы он был биосовместимым, клетки могли прилипать к каркасу, был механически прочным и биоразлагаемым . Одним из успешных каркасов является сополимер молочной и гликолевой кислот . [ 23]

Характеристики

Как обсуждалось ранее, биоматериалы используются в медицинских устройствах для лечения, помощи или замены функции в организме человека. Применение определенного биоматериала должно сочетать необходимый состав, свойства материала, структуру и желаемую реакцию in vivo для выполнения желаемой функции. Категоризации различных желаемых свойств определяются для максимизации функциональных результатов. [24] [25]

Ответ хозяина

Реакция хозяина определяется как «реакция организма хозяина (локальная и системная) на имплантированный материал или устройство». Большинство материалов будут реагировать при контакте с человеческим телом. Успех биоматериала зависит от реакции ткани хозяина на инородный материал. Конкретные реакции между тканью хозяина и биоматериалом могут быть вызваны биосовместимостью материала . [25] [26]

Взаимодействие биоматериалов и тканей

Функциональность in vivo и долговечность любого имплантируемого медицинского устройства зависят от реакции организма на инородный материал. [27] Организм проходит каскад процессов, определяемых реакцией на инородное тело (FBR), чтобы защитить хозяина от инородного материала. Взаимодействие между устройством и тканью/кровью хозяина, а также между тканью/кровью хозяина и устройством необходимо понимать, чтобы предотвратить осложнения и отказ устройства.

Повреждение тканей, вызванное имплантацией устройства, вызывает воспалительные и лечебные реакции во время FBR. Воспалительная реакция происходит в течение двух периодов времени: острая фаза и хроническая фаза. Острая фаза происходит в течение первых часов или дней после имплантации и определяется по экссудации жидкости и белка [28] вместе с нейтрофильной реакцией. [29] Во время острой фазы организм пытается очистить и залечить рану, доставляя избыток крови, белков и моноцитов к месту. [30] Продолжающееся воспаление приводит к хронической фазе, которую можно классифицировать по наличию моноцитов, макрофагов и лимфоцитов. [29] Кроме того, кровеносные сосуды и соединительная ткань формируются для заживления раневой области. [31]

Совместимость

Биосовместимость связана с поведением биоматериалов в различных средах при различных химических и физических условиях. Термин может относиться к определенным свойствам материала без указания того, где или как материал будет использоваться. Например, материал может вызывать незначительный или нулевой иммунный ответ в данном организме и может или не может интегрироваться с определенным типом клеток или тканей . Иммуноинформированные биоматериалы, которые направляют иммунный ответ, а не пытаются обойти этот процесс, являются одним из подходов, который показывает многообещающие результаты. [32] Неоднозначность термина отражает продолжающееся развитие понимания того, «как биоматериалы взаимодействуют с человеческим телом » и, в конечном итоге, «как эти взаимодействия определяют клинический успех медицинского устройства (например, кардиостимулятора или замены тазобедренного сустава )». Современные медицинские устройства и протезы часто изготавливаются из более чем одного материала, поэтому не всегда может быть достаточно говорить о биосовместимости определенного материала. [33] Хирургическая имплантация биоматериала в организм вызывает воспалительную реакцию организма с сопутствующим заживлением поврежденной ткани. В зависимости от состава имплантируемого материала, поверхности имплантата, механизма усталости и химического разложения возможны и другие реакции. Они могут быть как местными, так и системными. К ним относятся иммунный ответ, реакция на инородное тело с изоляцией имплантата сосудистой соединительной тканью, возможная инфекция и влияние на продолжительность жизни имплантата. Реакция «трансплантат против хозяина» является ауто- и аллоиммунным заболеванием, проявляющим вариабельное клиническое течение. Она может проявляться как в острой, так и в хронической форме, поражая множество органов и тканей и вызывая серьезные осложнения в клинической практике, как при трансплантации, так и при внедрении биосовместимых материалов. [34]

Токсичность

Биоматериал должен выполнять свою предполагаемую функцию в живом организме, не оказывая отрицательного влияния на другие ткани и органы тела. Чтобы предотвратить нежелательные взаимодействия органов и тканей, биоматериалы должны быть нетоксичными . Токсичность биоматериала относится к веществам, которые выделяются из биоматериала in vivo . Биоматериал не должен выделять ничего в окружающую среду, если только он не предназначен для этого. Нетоксичность означает, что биоматериал: неканцерогенный, непирогенный , неаллергенный , совместимый с кровью и невоспалительный . [35] Однако биоматериал может быть разработан так, чтобы включать токсичность для предполагаемой цели. Например, применение токсичного биоматериала изучается во время тестирования иммунотерапии рака in vivo и in vitro . Токсичные биоматериалы предоставляют возможность манипулировать и контролировать раковые клетки. [36] В одном из недавних исследований говорится: «Усовершенствованные нанобиоматериалы, включая липосомы , полимеры и кремний , играют жизненно важную роль в совместной доставке лекарств и иммуномодуляторов . Эти системы доставки на основе нанобиоматериалов могут эффективно стимулировать противоопухолевые иммунные реакции и одновременно снижать токсические побочные эффекты». [37] Это яркий пример того, как биосовместимость биоматериала может быть изменена для получения любой желаемой функции.

Биоразлагаемые биоматериалы

Биоразлагаемые биоматериалы относятся к материалам, которые разлагаются посредством естественных ферментативных реакций . Применение биоразлагаемых синтетических полимеров началось в конце 1960-х годов. [38] Биоразлагаемые материалы имеют преимущество перед другими материалами, так как они имеют меньший риск вредных последствий в долгосрочной перспективе. В дополнение к этическим достижениям при использовании биоразлагаемых материалов, они также улучшают биосовместимость материалов, используемых для имплантации. [38] Несколько свойств, включая биосовместимость, важны при рассмотрении различных биоразлагаемых биоматериалов. Биоразлагаемые биоматериалы могут быть синтетическими или натуральными в зависимости от их источника и типа внеклеточного матрикса (ECM). [39]

Биосовместимые пластики

Некоторые из наиболее часто используемых биосовместимых материалов (или биоматериалов) являются полимерами из-за их присущей им гибкости и настраиваемых механических свойств . Медицинские устройства из пластика часто изготавливаются из нескольких избранных, включая: циклический олефиновый сополимер (COC), поликарбонат (PC), полиэфиримид (PEI), медицинский поливинилхлорид (PVC), полиэфирсульфон (PES), полиэтилен (PE), полиэфирэфиркетон (PEEK) и даже полипропилен (PP). Для обеспечения биосовместимости существует ряд регламентированных испытаний, которые материал должен пройти, чтобы быть сертифицированным для использования. К ним относятся Тест на биологическую реактивность Фармакопеи США IV (USP Класс IV) и Биологическая оценка медицинских устройств Международной организации по стандартизации 10993 (ISO 10993). Основная цель испытаний на биосовместимость – количественно оценить острую и хроническую токсичность материала и определить любые потенциальные неблагоприятные эффекты в условиях использования, поэтому испытания, необходимые для данного материала, зависят от его конечного использования (т. е. кровь, центральная нервная система и т. д.) [40] .

Поверхностные и объемные свойства

Два свойства, которые оказывают большое влияние на функциональность биоматериала, — это поверхностные и объемные свойства . [41]

Объемные свойства относятся к физическим и химическим свойствам, которые составляют биоматериал на протяжении всей его жизни. Они могут быть специально созданы для имитации физико-химических свойств ткани, которую заменяет материал. Это механические свойства, которые создаются из атомной и молекулярной структуры материала.

Важные объемные свойства: [42]

Поверхностные свойства относятся к химическим и топографическим особенностям поверхности биоматериала, которые будут иметь прямое взаимодействие с кровью/тканями хозяина. [43] Поверхностная инженерия и модификация позволяют врачам лучше контролировать взаимодействие биоматериала с живой системой хозяина.

Важные свойства поверхности: [44]

Механические свойства

Помимо того, что материал сертифицирован как биосовместимый , биоматериалы должны быть специально разработаны для их целевого применения в медицинском устройстве . Это особенно важно с точки зрения механических свойств , которые определяют, как ведет себя данный биоматериал. Одним из наиболее важных параметров материала является модуль Юнга, E , который описывает упругую реакцию материала на напряжения . Модули Юнга ткани и устройства, которое соединяется с ней, должны точно совпадать для оптимальной совместимости между устройством и телом, независимо от того, имплантировано ли устройство или установлено снаружи. Соответствие модуля упругости позволяет ограничить движение и расслоение на биоинтерфейсе между имплантатом и тканью, а также избежать концентрации напряжений , которая может привести к механическому отказу . Другими важными свойствами являются прочность на растяжение и сжатие , которые количественно определяют максимальные напряжения, которые материал может выдержать до разрушения, и могут использоваться для установки пределов напряжений , которым может подвергаться устройство внутри или снаружи тела. В зависимости от области применения может быть желательно, чтобы биоматериал имел высокую прочность, чтобы он был устойчив к разрушению при воздействии нагрузки, однако в других областях применения может быть выгодно, чтобы материал был низкопрочным. Существует тщательный баланс между прочностью и жесткостью, который определяет, насколько устойчивым к разрушению является устройство из биоматериала. Обычно, по мере увеличения эластичности биоматериала предел прочности на разрыв уменьшается и наоборот. Одной из областей применения, где нежелателен высокопрочный материал, является нейронные зонды ; если в этих областях применения используется высокопрочный материал, ткань всегда выйдет из строя раньше, чем устройство (под приложенной нагрузкой ), поскольку модуль Юнга твердой мозговой оболочки и мозговой ткани составляет порядка 500 Па . Когда это происходит, может произойти необратимое повреждение мозга, поэтому биоматериал должен иметь модуль упругости, меньший или равный мозговой ткани, и низкую прочность на разрыв, если ожидается приложенная нагрузка. [46] [47]

Для имплантированных биоматериалов, которые могут испытывать колебания температуры , например, зубных имплантатов , важна пластичность . Материал должен быть пластичным по той же причине, по которой предел прочности на разрыв не может быть слишком высоким; пластичность позволяет материалу сгибаться без разрушения , а также предотвращает концентрацию напряжений в тканях при изменении температуры. Свойство материала — прочность — также важно для зубных имплантатов, а также для любого другого жесткого, несущего нагрузку имплантата, такого как замена тазобедренного сустава . Прочность описывает способность материала деформироваться под действием приложенного напряжения без разрушения , а высокая прочность позволяет имплантатам из биоматериала дольше служить внутри тела, особенно при воздействии большого напряжения или циклически нагруженных напряжений , таких как напряжения, приложенные к тазобедренному суставу во время бега. [46]

Для медицинских устройств, которые имплантируются или прикрепляются к коже, еще одним важным свойством, требующим рассмотрения, является жесткость при изгибе, D. Жесткость при изгибе будет определять, насколько хорошо поверхность устройства может поддерживать конформный контакт с поверхностью ткани , что особенно важно для устройств, которые измеряют движение ткани ( деформацию ), электрические сигналы ( импеданс ) или предназначены для прилипания к коже без расслаивания , как в эпидермальной электронике. Поскольку жесткость при изгибе зависит от толщины материала, h , в третьей степени ( h 3 ), очень важно, чтобы биоматериал можно было формировать в тонкие слои в ранее упомянутых приложениях, где конформность имеет первостепенное значение. [48]

Структура

Молекулярный состав биоматериала определяет физические и химические свойства биоматериала. Эти составы создают сложные структуры, которые позволяют биоматериалу функционировать, и поэтому их необходимо определить и понять, чтобы разработать биоматериал. Биоматериалы могут быть разработаны для копирования природных организмов, процесс, известный как биомиметика . [49] Структуру биоматериала можно наблюдать на разных уровнях, чтобы лучше понять свойства и функции материалов.

Атомная структура

Модель Резерфорда атомной структуры лития-7

Расположение атомов и ионов в материале является одним из важнейших структурных свойств биоматериала. Атомную структуру материала можно рассматривать на разных уровнях: субатомном , атомном или молекулярном , а также на ультраструктуре, созданной атомами и молекулами. Межмолекулярные силы между атомами и молекулами, составляющими материал, будут определять его материальные и химические свойства. [50]

На субатомном уровне наблюдается электрическая структура отдельного атома для определения его взаимодействия с другими атомами и молекулами. Молекулярная структура наблюдает расположение атомов внутри материала. Наконец, ультраструктура наблюдает трехмерную структуру, созданную из атомных и молекулярных структур материала. Твердое состояние материала характеризуется внутримолекулярными связями между атомами и молекулами, составляющими материал. Типы внутримолекулярных связей включают: ионные связи , ковалентные связи и металлические связи . Эти связи будут определять физические и химические свойства материала, а также тип материала ( керамика , металл или полимер ).

Микроструктура

Элементарная ячейка показывает расположение узлов решетки, повторяющееся во всех направлениях.

Микроструктура материала относится к структуре объекта, организма или материала, рассматриваемого при увеличении более чем в 25 раз. [51] Она состоит из различных фаз формы, размера и распределения зерен, пор, осадков и т. д. Большинство твердых микроструктур являются кристаллическими , однако некоторые материалы, такие как определенные полимеры, не кристаллизуются в твердом состоянии. [52]

Кристаллическая структура

Кристаллическая структура — это состав ионов, атомов и молекул, которые удерживаются вместе и упорядочиваются в трехмерной форме. Главное различие между кристаллической структурой и аморфной структурой заключается в порядке компонентов. Кристаллическая структура имеет самый высокий уровень порядка, возможный в материале, тогда как аморфная структура состоит из нерегулярностей в упорядоченном рисунке. [53] Один из способов описания кристаллических структур — через кристаллическую решетку , которая является трехмерным представлением местоположения повторяющегося фактора ( элементарной ячейки ) в структуре, обозначенной решетками . [54] Существует 14 различных конфигураций расположения атомов в кристаллической структуре, и все они представлены решетками Браве . [ требуется ссылка ]

Дефекты кристаллической структуры

В процессе формирования кристаллической структуры могут образовываться различные примеси, неровности и другие дефекты. Эти дефекты могут образовываться в результате деформации твердого тела, быстрого охлаждения или высокоэнергетического излучения. [55] Типы дефектов включают точечные дефекты, линейные дефекты, а также краевые дислокации.

Макроструктура

Макроструктура относится к общим геометрическим свойствам, которые будут влиять на силу при разрушении, жесткость, изгиб, распределение напряжений и вес материала. Для выявления макроструктуры материала требуется небольшое увеличение или его отсутствие. Наблюдение за макроструктурой выявляет такие свойства, как полости, пористость , газовые пузырьки, расслоение и трещины . [56] Прочность и модуль упругости материала не зависят от макроструктуры.

Натуральные биоматериалы

Биоматериалы могут быть созданы только с использованием материалов, полученных из растений и животных, для изменения, замены или восстановления человеческих тканей/органов. Использование природных биоматериалов использовалось еще в Древнем Египте, где коренные народы использовали кожу животных в качестве швов. Более современным примером является замена тазобедренного сустава с использованием материала из слоновой кости, которая была впервые зарегистрирована в Германии в 1891 году. [57]

Ценные критерии жизнеспособности природных биоматериалов:

Примеры природных биоматериалов:

Биополимеры

Биополимеры — это полимеры , вырабатываемые живыми организмами. Целлюлоза и крахмал , белки и пептиды , а также ДНК и РНК — все это примеры биополимеров, в которых мономерными единицами являются сахара , аминокислоты и нуклеотиды . [60] Целлюлоза — это как самый распространенный биополимер, так и самое распространенное органическое соединение на Земле. Около 33% всего растительного материала составляет целлюлоза. [61] [62] Аналогичным образом, шелк (белковый биополимер) привлек огромный исследовательский интерес во множестве областей, включая тканевую инженерию и регенеративную медицину, микрофлюидику, доставку лекарств. [63] [64]

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Понятие эксплуатации включает в себя полезность для приложений и фундаментальных исследований для понимания взаимных возмущений. [2]
  2. ^ Определение «нежизнеспособный материал, используемый в медицинском устройстве, предназначенном для взаимодействия с биологическими системами», рекомендованное в [3], не может быть распространено на область окружающей среды, где люди подразумевают «материал природного происхождения». [2]
  3. ^ Этот общий термин не следует путать с терминами биополимер или биомакромолекула . ​​Использование «полимерного биоматериала» рекомендуется, когда речь идет о полимере или полимерном устройстве терапевтического или биологического интереса. [2]

Ссылки

  1. ^ Шмальц, Г.; Аренхольдт-Биндслев, Д. (2008). «Глава 1: Основные аспекты». Биосовместимость стоматологических материалов . Берлин: Springer-Verlag. стр. 1–12. ISBN 9783540777823. Архивировано из оригинала 9 декабря 2017 . Получено 29 февраля 2016 .
  2. ^ abcd Vert, M.; Doi, Y.; Hellwich, KH; Hess, M.; Hodge, P.; Kubisa, P.; Rinaudo, M.; Schué, FO (2012). "Терминология для биосвязанных полимеров и приложений (Рекомендации IUPAC 2012)". Pure and Applied Chemistry . 84 (2): 377. doi : 10.1351/PAC-REC-10-12-04 . S2CID  98107080.
  3. ^ Уильямс, Д. Ф., ред. (2004). Определения в биоматериалах, Труды согласительной конференции Европейского общества по биоматериалам . Амстердам: Elsevier.
  4. ^ Цао, Ваньпэн; Хенч, Ларри (1996). «Биоактивные материалы». Ceramics International . 22 (6): 493–507. doi :10.1016/0272-8842(95)00126-3.
  5. ^ Чжу, Х.; и др. (2018). «Наноструктурные исследования поведения растворения гидроксиапатита, легированного стронцием». Журнал Европейского керамического общества . 38 (16): 5554–5562. arXiv : 1910.10610 . doi : 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.07.056. S2CID  105932012.
  6. ^ Феррейра, Марсель; Милано, Ренато; Ранхель, Элидиано; Пеппеленбош, Майкель; Замбуцци, Виллиан (2020). «OsteoBLAST: вычислительная процедура глобального молекулярного анализа, применяемая к разработке биоматериалов». Frontiers in Bioengineering and Biotechnology . 8 : 565901. doi : 10.3389/fbioe.2020.565901 . PMC 7578266. PMID  33117780 . 
  7. ^ Уайтсайдс, Г.; Матиас, Дж.; Сето, К. (1991). «Молекулярная самосборка и нанохимия: химическая стратегия синтеза наноструктур». Science . 254 (5036): 1312–9. Bibcode :1991Sci...254.1312W. doi :10.1126/science.1962191. PMID  1962191.
  8. ^ Dabbs, DM; Aksay, IA (2000). "Самоорганизующаяся керамика, произведенная методом комплексного флюидного темплейта". Annual Review of Physical Chemistry . 51 : 601–22. Bibcode : 2000ARPC...51..601D. doi : 10.1146/annurev.physchem.51.1.601. PMID  11031294.
  9. ^ Ariga, K.; Hill, JP; Lee, MV; Vinu, A.; Charvet, R.; Acharya, S. (2008). «Проблемы и прорывы в недавних исследованиях самосборки». Science and Technology of Advanced Materials . 9 (1): 014109. Bibcode : 2008STAdM...9a4109A. doi : 10.1088/1468-6996/9/1/014109. PMC 5099804. PMID  27877935. 
  10. ^ Непал, Дхрити; Кан, Сэвон; Адстедт, Катарина М.; Канхайя, Кришан; Боксталлер, Майкл Р.; Бринсон, Л. Кэтрин; Бюлер, Маркус Дж.; Ковени, Питер В.; Даял, Кошик; Эль-Авади, Джаафар А.; Хендерсон, Люк К.; Каплан, Дэвид Л .; Кетен, Синан; Котов, Николай А.; Шац, Джордж К. (28 ноября 2022 г.). «Иерархически структурированные биоинспирированные нанокомпозиты» (PDF) . Природные материалы . 22 (1): 18–35. дои : 10.1038/s41563-022-01384-1. ISSN  1476-1122. PMID  36446962. S2CID  254094123.
  11. ^ Страуд, Р. М. (2006). «Присутствие при потопе: как возникла структурная биология, Ричард Э. Дикерсон». Protein Science . 16 (1): 135–136. doi :10.1110/ps.062627807. PMC 2222831 . 
  12. ^ Мейерс, Марк А. (2014-07-31). Биологическое материаловедение: биологические материалы, биоинспирированные материалы и биоматериалы . Чен, По-Ю. Нью-Йорк. ISBN 978-1-107-01045-1. OCLC  869269337.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  13. ^ Пал, Субрата (2013-08-31). Проектирование искусственных человеческих суставов и органов. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4614-6255-2.
  14. ^ Ибрагим, Х.; Эсфахани, С. Н.; Порганджи, Б.; Дин, Д.; Элахиния, М. (январь 2017 г.). «Рассасывающиеся сплавы для фиксации костей, формовка и пост-изготовление». Materials Science and Engineering: C . 70 (1): 870–888. doi : 10.1016/j.msec.2016.09.069 . PMID  27770965.
  15. ^ Pillai, CKS; Sharma, CP (2010). «Обзорная статья: Рассасывающиеся полимерные хирургические шовные материалы: химия, производство, свойства, биоразлагаемость и производительность». Journal of Biomaterials Applications . 25 (4): 291–366. CiteSeerX 10.1.1.1013.5873 . doi :10.1177/0885328210384890. PMID  20971780. S2CID  20278355. 
  16. ^ Варис, Э; Ашаммахи, Н; Каарела, О; Раатикайнен, Т; Васениус, Дж. (декабрь 2004 г.). «Применение биорассасывающихся устройств остеофиксации в руке». Журнал хирургии рук (Эдинбург, Шотландия) . 29 (6): 590–8. дои : 10.1016/j.jhsb.2004.02.005. PMID  15542222. S2CID  24385943.
  17. ^ Deasis, FJ; Lapin, B; Gitelis, ME; Ujiki, MB (2015). «Современное состояние лапароскопической парастомальной грыжесечения: метаанализ». World Journal of Gastroenterology . 21 (28): 8670–7. doi : 10.3748/wjg.v21.i28.8670 . PMC 4524825. PMID  26229409. 
  18. ^ Баньярд, ДА; Буржуа, ДЖМ; Виджероу, А.Д.; Эванс, ГР (2015). «Регенеративные биоматериалы: обзор». Пластическая и реконструктивная хирургия . 135 (6): 1740–8. doi :10.1097/PRS.00000000000001272. PMID  26017603. S2CID  33728690.
  19. ^ Мейерс, МА; Чен, PY; Лин, AYM; Секи, Y. (2008). «Биологические материалы: структура и механические свойства». Progress in Materials Science . 53 : 1–206. CiteSeerX 10.1.1.466.3753 . doi :10.1016/j.pmatsci.2007.05.002. 
  20. ^ Эспиноза, HD; Рим, JE; Бартелат, F.; Бюлер, MJ (2009). «Слияние структуры и материала в перламутре и кости – Перспективы новых биомиметических материалов». Прогресс в материаловедении . 54 (8): 1059–1100. doi :10.1016/j.pmatsci.2009.05.001.
  21. ^ Чжао, Русин; Ян, Руйцзя; Купер, Пол Р.; Куршид, Зохаиб; Шаванди, Амин; Ратнаяке, Джитендра (18.05.2021). «Костные трансплантаты и заменители в стоматологии: обзор современных тенденций и разработок». Molecules . 26 (10): 3007. doi : 10.3390/molecules26103007 . ISSN  1420-3049. PMC 8158510 . PMID  34070157. 
  22. ^ Томас, Марк В.; Пулео, Дэвид А.; Аль-Саббах, Моханад (2005). «Сульфат кальция: обзор». Журнал долгосрочных эффектов медицинских имплантатов . 15 (6): 599–607. doi :10.1615/jlongtermeffmedimplants.v15.i6.30. ISSN  1050-6934. PMID  16393128.
  23. ^ ab Brown, Theodore L.; LeMay, H. Eugene, Jr.; Bursten, Bruce E. (2000). "12.3 Биоматериалы". Химия: Центральная наука (Аннотированное инструкторское 8-е изд.). Prentice-Hall, Inc. стр. 452. ISBN 978-0-13-084090-5.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  24. ^ "Глава 4: Биоматериалы: основные принципы". Введение в науку и инженерию биоматериалов . WORLD SCIENTIFIC. Май 2021. стр. 82–93. doi :10.1142/9789811228186_0004. ISBN 978-981-12-2817-9. S2CID  240851982.
  25. ^ ab Badylak, Stephen F. (2015-05-08). Реакция хозяина на биоматериалы: влияние реакции хозяина на выбор биоматериала. Academic Press. ISBN 978-0-12-800500-2.
  26. ^ Уильямс, Дэвид Ф. (2008-07-01). «О механизмах биосовместимости». Биоматериалы . 29 (20): 2941–2953. doi :10.1016/j.biomaterials.2008.04.023. ISSN  0142-9612. PMID  18440630.
  27. ^ Мораис, Жаклин (2010). «Взаимодействие биоматериалов и тканей: возможные решения для преодоления реакции на инородное тело». Журнал AAPS . 12 (2): 188–196. doi :10.1208/s12248-010-9175-3. PMC 2844517. PMID  20143194 . 
  28. ^ "Экссудат: Медицинская энциклопедия MedlinePlus". Национальная медицинская библиотека США . Получено 11 июля 2023 г.
  29. ^ ab Rn, Mitchell (2003). «Острое и хроническое воспаление». Robbins Basic Pathology .
  30. ^ Джонстон, РБ (1988-03-24). «Современные концепции: иммунология. Моноциты и макрофаги». The New England Journal of Medicine . 318 (12): 747–752. doi :10.1056/NEJM198803243181205. ISSN  0028-4793. PMID  3279314.
  31. ^ Kovacs, EJ (январь 1991). «Фиброгенные цитокины: роль иммунных медиаторов в развитии рубцовой ткани». Immunology Today . 12 (1): 17–23. doi :10.1016/0167-5699(91)90107-5. ISSN  0167-5699. PMID  2015044.
  32. ^ Шридхаран, Рукмани; Каванаг, Брентон; Кэмерон, Эндрю Р.; Келли, Дэниел Дж.; О'Брайен, Фергал Дж. (февраль 2019 г.). «Жесткость материала влияет на состояние поляризации, функцию и режим миграции макрофагов». Acta Biomaterialia . 89 : 47–59. doi :10.1016/j.actbio.2019.02.048. PMID  30826478. S2CID  73489194.
  33. ^ Каммула, Раджу Г.; Моррис, Джанин М. (1 мая 2001 г.). «Вопросы оценки биосовместимости медицинских устройств». Медицинская промышленность и диагностические устройства .
  34. ^ Велнар, Томаз; Бунц, Горазд; Клобукар, Роберт; Градишник, Лидия (2016). «Биоматериалы и реакция хозяина против трансплантата: краткий обзор». Bosnian Journal of Basic Medical Sciences . 16 (2): 82–90. doi :10.17305/bjbms.2016.525. ISSN  1840-4812. PMC 4853000. PMID 26894284  . 
  35. ^ Томас, Сабу; Гроэнс, Ив; Нинан, Ниту (8 января 2015 г.). Применение нанотехнологий в тканевой инженерии. Elsevier Science. ISBN 9780323328890. Получено 2022-05-06 .
  36. ^ Гу, Луо; Муни, Дэвид Дж. (январь 2016 г.). «Биоматериалы и новые противораковые терапевтические средства: проектирование микросреды». Nature Reviews. Рак . 16 (1): 56–66. doi :10.1038/nrc.2015.3. ISSN  1474-1768. PMC 4790726. PMID 26694936  . 
  37. ^ Ян, Фань; Ши, Кун; Цзя, Янь-пэн; Хао, Ин; Пэн, Цзинь-жун; Цянь, Чжи Юн (июль 2020 г.). «Передовые биоматериалы для иммунотерапии рака». Акта Фармакологика Синика . 41 (7): 911–927. дои : 10.1038/s41401-020-0372-z. ISSN  1745-7254. ПМЦ 7468530 . ПМИД  32123302. 
  38. ^ ab Song, Richard; Murphy, Maxwell; Li, Chenshuang; Ting, Kang; Soo, Chia; Zheng, Zhong (2018-09-24). «Современная разработка биоразлагаемых полимерных материалов для биомедицинских применений». Drug Design, Development and Therapy . 12 : 3117–3145. doi : 10.2147/DDDT.S165440 . ISSN  1177-8881. PMC 6161720. PMID 30288019  . 
  39. ^ Сонг, Ричард; Мерфи, Максвелл; Ли, Чэншуан; Тин, Канг; Су, Чиа; Чжэн, Чжун (2018-09-24). «Текущая разработка биоразлагаемых полимерных материалов для биомедицинских применений». Drug Design, Development and Therapy . 12 : 3117–3145. doi : 10.2147/DDDT.S165440 . ISSN  1177-8881. PMC 6161720. PMID 30288019  . 
  40. ^ Гад, Шейн Кокс; Гад-Макдональд, Саманта (2015-12-01). Биоматериалы, медицинские приборы и комбинированные продукты: испытания на биосовместимость и оценка безопасности. CRC Press. ISBN 978-1-4822-4838-8.
  41. ^ "что такое поверхность, почему важен анализ поверхности". www.kratos.com . Получено 2022-05-06 .
  42. ^ Чжан, Гуйген; Виней, Кристофер (2020-01-01). «1.2.3 - Объемные свойства материалов». В Вагнер, Уильям Р.; Сакияма-Элберт, Шелли Э .; Чжан, Гуйген; Ясемски, Майкл Дж. (ред.). Биоматериалы (четвертое изд.). Academic Press. стр. 41–51. ISBN 978-0-12-816137-1. Получено 2022-07-26 .
  43. ^ Роач, Пол; Эглин, Дэвид; Роде, Кирсти; Перри, Кэрол К. (2007). «Современные биоматериалы: обзор — Объемные свойства и последствия поверхностных модификаций». Журнал материаловедения: Материалы в медицине . 18 (7): 1263–1277. doi :10.1007/s10856-006-0064-3. PMID  17443395. S2CID  46254118.
  44. ^ Vogler, Erwin A. (2013). «Глава 8 — Модификация поверхности для биосовместимости». В Lakhtakia, Akhlesh; Martín-Palma, Raúl J. (ред.). Engineered Biomimicry . Boston: Elsevier. стр. 189–220. ISBN 978-0-12-415995-2.
  45. ^ «Как шероховатость поверхности и смачиваемость влияют на биосовместимость». www.biolinscientific.com . Получено 2022-05-06 .
  46. ^ ab Saini, Monika; Singh, Yashpal; Arora, Pooja; Arora, Vipin; Jain, Krati (январь 2015 г.). «Биоматериалы для имплантации: всесторонний обзор». World Journal of Clinical Cases . 3 (1): 52–7. doi : 10.12998/wjcc.v3.i1.52 . ISSN  2307-8960. PMC 4295219. PMID 25610850  . 
  47. ^ Лакур, Стефани П.; Куртин, Грегуар; Гук, Йохен (2016). «Материалы и технологии для мягких имплантируемых нейропротезов» (PDF) . Материалы обзоров природы . 1 (10): 16063. Бибкод : 2016NatRM...116063L. дои :10.1038/natrevmats.2016.63. ISSN  2058-8437. S2CID  10104005.
  48. ^ Чой, Суджи; Ли, Хёндже; Гаффари, Рузбех; Хён, Тэгван; Ким, Дэ-Хён (июнь 2016 г.). «Последние достижения в области гибких и растягиваемых биоэлектронных устройств, интегрированных с наноматериалами». Advanced Materials . 28 (22): 4203–4218. Bibcode :2016AdM....28.4203C. doi :10.1002/adma.201504150. ISSN  0935-9648. PMID  26779680. S2CID  205264592.
  49. ^ Kuhn, Liisa T. (2005-01-01). "Глава 6 - БИОМАТЕРИАЛЫ". В Enderle, John D.; Blanchard, Susan M.; Bronzino, Joseph D. (ред.). Введение в биомедицинскую инженерию (2-е изд.). Boston: Academic Press. стр. 255–312. ISBN 978-0-12-238662-6.
  50. ^ Партлоу, Уильям (2022-03-13). "1 - Биоматериалы". Beyond Discovery . Получено 2022-05-06 .
  51. ^ "Микроструктура". CES Information Guide - Materials Science Engineering . depts.washington.edu . Получено 2022-05-06 .
  52. ^ Мерсье, Жан-Пьер; Замбелли, Жеральд; Курц, Вильфрид (2002). Введение в материаловедение. Эльзевир. ISBN 9782842992866. Получено 2022-05-06 .
  53. ^ "Кристаллическая структура: определение, структура и связь". Study.com . Получено 2022-05-06 .
  54. ^ "10.6 Решетчатые структуры в кристаллических твердых телах – Химия". opentextbc.ca . Получено 2022-05-06 .
  55. ^ "дефект кристалла | Определение, типы и факты | Britannica". www.britannica.com . Получено 2022-05-06 .
  56. ^ "Макроструктура". TheFreeDictionary.com . Получено 2022-05-06 .
  57. ^ "Natural Biomaterials by Isabel Hand - OpenWetWare". openwetware.org . Получено 2022-05-06 .
  58. ^ "Ламинария (Laminaria digitata) – ирландские водоросли" . Получено 2022-05-06 .
  59. ^ Рейс, Льюис А.; Чиу, Лорейн LY; Ферик, Николь; Фу, Лара; Радисик, Милика (январь 2016 г.). «Биоматериалы в инженерии тканей миокарда». Журнал тканевой инженерии и регенеративной медицины . 10 (1): 11–28. doi :10.1002/term.1944. ISSN  1932-7005. PMC 4933503. PMID  25066525 . 
  60. ^ Buehler, MJ; Yung, YC (2009). «Деформация и разрушение белковых материалов в физиологически экстремальных условиях и заболеваниях». Nature Materials . 8 (3): 175–88. Bibcode :2009NatMa...8..175B. doi :10.1038/nmat2387. PMID  19229265.
  61. ^ Stupp, SI; Braun, PV (1997). «Молекулярная манипуляция микроструктурами: биоматериалы, керамика и полупроводники». Science . 277 (5330): 1242–8. ​​doi :10.1126/science.277.5330.1242. PMID  9271562.
  62. ^ Клемм, Д.; Хойблейн, Б.; Финк, Х.П.; Бон, А. (2005). «Целлюлоза: увлекательный биополимер и устойчивое сырье». Angewandte Chemie International Edition . 44 (22): 3358–93. doi :10.1002/anie.200460587. PMID  15861454.
  63. ^ Konwarh, Rocktotpal (2019). «Может ли почитаемый шелк стать нанобиоматериалом следующего поколения для проектирования биомедицинских устройств, регенеративной медицины и доставки лекарств? Перспективы и заминки». Bio-Design and Manufacturing . 2 (4): 278–286. doi :10.1007/s42242-019-00052-9. S2CID  208833880.
  64. ^ Mehrotra, Shreya (2019). «Комплексный обзор шелка в наномасштабе для регенеративной медицины и смежных применений». ACS Biomater. Sci. Eng . 5 (5): 2054–2078. doi :10.1021/acsbiomaterials.8b01560. PMID  33405710. S2CID  132470283.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Биоматериалы» .