In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005] Biomateriály



Podobné dokumenty
FUNKČNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY

Zdroj: Bioceramics: Propertie s, Characterization, and applications (Biokeramika: Vlastnosti, charakterizace a aplikace) Překlad: Václav Petrák

Vodní hospodářství jaderných energetických zařízení

Studentská vědecká konference Sekce: ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY II

Hydrofilní BIO povrch. První bioaktivní povrchová úprava implantátu na trhu Bezpečné časné a okamžité zatížení Urychluje dobu hojení

3 Acidobazické reakce

Kyselina fosforečná Suroviny: Výroba: termický způsob extrakční způsob

Teorie kyselin a zásad poznámky 5.A GVN

Vplyv aniónov na sorpciu

Soli. ph roztoků solí - hydrolýza

Anorganické sloučeniny opakování Smart Board

Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty

Analýza magnetických mikročástic mikroskopií atomárních sil

PROTOLYTICKÉ ROVNOVÁHY

Alexandra Kloužková 1 Martina Mrázová 2 Martina Kohoutková 2 Vladimír Šatava 2

Získávání lithia a rubidia z cinvalditových odpadů po těžbě Sn-W rud na Cínovci

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Reakčně transportní modelování podmínek v horninovém prostředí. Die reaktive Transportmodellierung in Bedingungen des Grundgesteins

KOMBINOVANÁ METODA NZVI S ELEKTROCHEMICKOU PODPOROU PRO IN-SITU SANACI CHLOROVANÝCH ETYLENŮ

Základy analýzy potravin Přednáška 1

(a) Fosfátové minerály mohou být děleny na hydroxy(l)apatity, fluorapatity a chlorapatity [Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl)]. Zdroj:

Materiálově neagresivní činidla pro. dekontaminaci. citlivých komponent techniky

Příprava vrstev metodou sol - gel

Struktura. Velikost ionexových perliček Katex. Iontová výměna. Ionex (ion exchanger) Iontoměnič Měnič iontů. Katex (cation exchanger) Měnič kationtů

JEMNOZRNNÉ BETONY S ČÁSTEČNOU NÁHRADOU CEMENTU PŘÍRODNÍM ZEOLITEM

Vodní hospodářství jaderných energetických zařízení


Elektrická dvojvrstva

Plasma a většina extracelulární

Elektrotermické procesy

Chemické výpočty II. Vladimíra Kvasnicová

ANODA KATODA elektrolyt:

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_12_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

Jana Fauknerová Matějčková

BEZCEMENTOVÝ BETON S POJIVEM Z ÚLETOVÉHO POPÍLKU

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: tercie. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák: Průřezová témata

ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

PROUDĚNÍ PODZEMNÍ VODY. V = k. I

3 Acidobazické reakce

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Archeologické sklo. Dana Rohanová Ústav skla a keramiky Vysoká škola chemicko-technologická Praha

Chemické výpočty I. Vladimíra Kvasnicová

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

HYDROSFÉRA 0,6% 2,14% 97,2%

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

Chemie povrchů verze 2013

Anorganické látky v buňkách - seminář. Petr Tůma některé slidy převzaty od V. Kvasnicové

Masarykova střední škola zemědělská a Vyšší odborná škola, Opava, příspěvková organizace

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Chemické názvosloví anorganických sloučenin 1

Technologie pro úpravu bazénové vody

Metodický postup stanovení kovů v půdách volných hracích ploch metodou RTG.

) se ve vodě ihned rozpouští za tvorby amonných solí (iontová, disociovaná forma NH 4+ ). Vzájemný poměr obou forem závisí na ph a teplotě.

Biochemie kosti. Anatomie kosti. Kostní buňky. Podpůrná funkce. Udržování homeostasy minerálů. Sídlo krvetvorného systému

Zvýšení osteointegrace kostních implantátů pomocí jejich pokrytí elektroaktivními vrstvami

Operaèní postup Døík TEP necementovaný revizní - typ SF

Izolace nukleových kyselin

Fosfor a sloučeniny fosforu. Suroviny. Sloučeniny. kalcinace pro oddělení organických. Kyselina trihydrogenfosforečná H3PO4

Název: Stanovení železa ve vzorcích krve pomocí diferenční pulzní voltametrie

2 Roztoky elektrolytů. Osmotický tlak

Některé poznatky z charakterizace nano železa. Marek Šváb Tereza Nováková Martina Müllerová Jan Šubrt Karel Závěta Eva Gregorová

Číslo a název klíčové aktivity: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

OPTIMALIZACE PROCESU KULTIVACE ZELENÝCH ŘAS S VYUŽITÍM DIGESČNÍCH ZBYTKŮ ZE ZEMĚDĚLSKÝCH BIOPLYNOVÝCH STANIC. Ing. Pavla Hrychová

Fouling a biofouling membrán při provozu MBR, metody potlačení Mgr. Ing. Bc. Lukáš Dvořák, Ph.D.

Acidobazické děje - maturitní otázka z chemie

Tavení skel proces na míru?

Institucionální program pro veřejné vysoké školy pro rok 2016 Cíl: Kvalitní a relevantní výzkum, vývoj a inovace. Název projektu:

HYDROXIDY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Aplikace nano-sorbentů pro stabilizaci Pb a Zn v kontaminované půdě

Studentská vědecká konference 2004

CALCIUM CARBONATE PARTICLES AND THEIR APPLICATIONS VÁPENATÉHO A JEJICH APLIKACE

ROZDĚLENÍ A POŽADAVKY NA KATEGORIE FUNKCE VÝROBKU, KATEGORIE SLOŽKOVÝCH MATERIÁLŮ. Jana Meitská Sekce zemědělských vstupů ÚKZÚZ Brno

ZÁKLADNÍ ANALYTICKÉ METODY Vážková analýza, gravimetrie. Jana Sobotníková VÁŽKOVÁ ANALÝZA, GRAVIMETRIE

Syntéza zeolitů v geopolymerech využitelných v ekologii. Koloušek D.; Doušová B. Slavík R.; Urbanová-Čubová, M.

MODELOVÁNÍ MIGRAČNÍCH SCHOPNOSTÍ ŽELEZNÝCH NANOČÁSTIC A OVĚŘENÍ MODELU PŘI PILOTNÍ APLIKACI

Glass temperature history

ABR a iontového hospodářství

TLUMIVÁ KAPACITA (ústojnost vody)

POLYFOSFÁTY NOVÝ POHLED NA VÝŽIVU ROSTLIN FOSFOREM. Georgi Kostov Tel:

Chemické výpočty I (koncentrace, ředění)

Soli. Vznik solí. Názvosloví solí

Použití: méně významná ruda mědi, šperkařství.

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ TÉMATA PŘEDNÁŠEK

3 Acidobazické reakce

Transportně-reakční model vývoje důlních vod na uranovém ložisku

Chemikálie pro úpravu bazénové vody, privátní a veřejná správa. GHC Invest, s.r.o. Korunovační Praha 7

Stanovení koncentrace Ca 2+ a tvrdost vody

Křemík a jeho sloučeniny

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název projektu: Investice do vzdělání - příslib do budoucnosti

VY_32_INOVACE_06A_07 Teorie kyselina zásad ANOTACE

Název: Školitel: Datum:

VALIDACE GEOCHEMICKÝCH MODELŮ POROVNÁNÍM VÝSLEDKŮ TEORETICKÝCH VÝPOČTŮ S VÝSLEDKY MINERALOGICKÝCH A CHEMICKÝCH ZKOUŠEK.

Zpracování průsakových vod z popílkoviště pomocí reverzní osmózy

Seminář projektu Rozvoj řešitelských týmů projektů VaV na Technické univerzitě v Liberci. Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.3.00/30.

ABR a iontového hospodářství

DUM VY_52_INOVACE_12CH01

čistírnách odpadních vod (PČOV) hl. m. Praha


Transkript:

Bioaktivní materiály in vivo, in vitro Aleš Helebrant Ústav skla a keramiky Fakulta chemické technologie VŠCHT Praha

OBSAH Úvod definice biomateriálu, biomateriály v lidském těle bioaktivní x bioinertní materiály In vivo a in vitro testy Vývoj testů in vitro, simulace tělního prostředí Kinetika interakce, parametry charakterizující bioaktivitu Mechanismy interakce bioaktivních materiálů se simulovanou tělní tekutinou (SBF) Příprava nových biomateriálů a bioaktivních vrstev

In vivo definice biomateriálů biomateriál biologický materiál 1. Neživý materiál použitý v lékařských přípravcích určený k interakci s biologickými systémy [ESB Consensus Conference I] 2. Materiál určený k ochraně, posílení nebo náhradě tkání, orgánů nebo tělesných funkcí, používaný v těsném kontaktu s biologickými systémy [ESB Consensus Conference II] 3. (V chirurgii) syntetický materiál určený k náhradě části živého systému nebo k funkci v těsném kontaktu s živou tkání [Wikipedia] [Ratner, 2005]

In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005]

In vivo příklady anorganických biomateriálů

In vivo - základní dělení biomateriálů bioinertní mechanická morfologická fixace bioaktivní vznik pevné vazby resorbovatelné

In vivo bioaktivní x bioinertní Bioaktivní Bioinertní ní Bioglas SiO 2, Na 2 O, CaO, P 2 O 5 HAp Ti Měkká tkáň + - Tvorba přímé pevné vazby s obklopující tkání přes vrstvu HAp Mechanické vlastnosti - + Zapouzdření implantátu měkkou tkání Mechanické vlastnosti HAp - Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2

Princip bioaktivního chování skel přesycení + gelová struktura Na + Ca 2+ SiO 2 gel vrstva sklo Bioaktivní sklo (Na 2 O-CaO-SiO 2 ) [Hench;1977, 1993]

In vivo Buňky In vivo a in vitro testy Krev Plasma 45% 55% blood plasma [mmol/l] SBF [mmol/l] Na + 137-147,0 142,0 K + 3,8-5,1 5,0 Ca 2+ 2,25-2,75 2,5 Mg 2+ 0,75-1,25 1,5 Cl - 98-106 147,8 - HCO 3 24-35 4,2 2- HPO 4 0,65-1,62 1,0 2- SO 4 0,5 0,5 Organická část Anorganická část In vitro SBF Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Cl - HCO 3 2- PO 4 3- SO 4 2- [Jonášová, Helebrant, Šanda; 1999, 2002] [Kokubo 1995; Takadama et al. 2004]

In vivo a in vitro testy rozhraní kost-implantát Sklokeramika HA povrch implantátu v SBF HAp kost HAp - Ca10(PO4)6(OH)2 [Strnad, Helebrant, Hamáčková, Maryška, 2000]

In vitro testy statické x dynamické Spektrofotometr OM, SEM/EDS, ESCA Roztok SBF Peristaltické čerpadlo 0,04 ml/min Cela Vzorek Termostat 37 C [Strnad, Skrčená, Protivínský, Helebrant; 2002]

100 Analýza roztoku porovnání bioaktivních a bioinertních materiálů 120 c (PO 4 3- ) [mg/l] 90 80 70 60 50 Ca=6,7 at.% P=0,7 at.% Ca= 67,9 = 65,2at% at.% P=35,8 P=35.8 at.% at% bioaktivní Ti c (PO 4 3- ) [mg/l] 100 80 60 40 20 bioinertní Ti (c.p.) 40 0 20 40 60 80 0 0 20 40 60 80 Čas [h] Čas [h] 120 120 100 100 c (PO 4 3- ) [mg/l] 80 60 40 bioaktivní sklo c (PO 4 3- ) [mg/l] 80 60 40 bioinertní sklo 20 20 0 0 0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 50 Čas [min] Čas [min]

Analýza roztoku charakteristické parametry interakce c (PO 4 3- ) [mg/l] 100 90 80 70 60 50 Indukční čas ADSORPCE Růst krystalů Ustálený stav m (PO4 3- ) mg 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Ti bioaktivní t ind = 25,6 h 40 0 20 40 60 80 0,0 0 20 40 60 80 Čas [h] Čas [h] [Strnad, Skrčená, Protivínský, Helebrant; 2002]

Analýza povrchu rtg difrakce, SEM-EDS Intensity [arb. units] Synt. HA 16-Sep-1998 8:50:52 HA Plasma Auto-VS Preset=Off Vert=3712 counts Disp=1 Comp=3 Elapsed=57 sec Ca 20um at. mol.ca/p=1.58 P precipitate Bone apatite (pig femur) P Ca 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,000 Range = 10.230 kev Integral 0 = 83557 10.110 2Θ, CuK α [deg] defektní kostní apatit

Analýza povrchu - kvantitativní parametry pro určení míry bioaktivity Hodnocené parametry: průměr sférolitů max. průměr sférolitů (10 částic) podíl pokrytého povrchu počet částic na jednotce povrchu

Analýza povrchu kvantitativní parametry pro určení míry bioaktivity area fraction [%], max.diameter [um] 14 12 10 8 6 4 2 80 70 60 50 40 30 20 10 area fraction max. diameter num ber of objects analýza na 5 místech 1 vzorku 0 1 2 3 4 5 location 0 area fraction [%], max. diameter [um] 12 10 8 6 4 2 0 sample 1 sample 2 sample 3 sample 4 100 80 60 40 20 0 area fraction max. diameter number of objects 4 vzorky v SBF loužené za stejných podmínek Max. průměr [Strnad, Helebrant, Hamáčková; 2000]

ln R -9-9.5-10 -10.5-11 R 2 = 0.95 Určení řídícího mechanismu interakce 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 ln (S-1) I K AP = k 18 1 solution roztok supersaturation přesycení IAP/K growth R [um/h] rate ind. induction čas [h] Regression R 2 (IP/K s ) [um/hour] time [hours] coefficient [R 2 ] 1 SBF 4.1. 10 21 0.15 26.0 0.98 1.2 SBF 2.8. 10 23 0.19 13.6 0.99 1.5 SBF 4.0. 10 24 0.20 11.1 0.99 1.6 SBF 8.7. 10 24 0.21 9.2 0.97 R n řídící mechanismus n: 0<n<1.2 - adsorpce nebo transport iontů n 2 spirálový růst n > 2.5 - nukleace [Nancollas 1989] max. diameter (um). 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1.6 SBF 1.5 SBF 1.2 SBF 1 SBF n 0.72 0 20 40 60 80 100 120 time (hours) weight [mg] 14 12 10 8 6 4 2 0 n 2.8 0 0 50 100 150 200 250 300 time [hours] 25 20 15 10 5 supersaturation (S-1) [Strnad, Helebrant, Hamáčková; 2000]

Návrh nových materiálů osseoindukční faktory přesycení + gelová struktura přesycení [Strnad, Helebrant, Hamáčková; 2000] gelová struktura Na + Ca 2+ Na + Ca 2+ Na + Ca 2+ SiO 2 gel SiO 2 gel SiO 2 sklo sklo Bioaktivní sklo (Na 2 O-CaO-SiO 2 ) SiO 2 sklo v 1.8 SBF vzorek pokrytý gelem SiO 2 v SBF

Návrh nových materiálů osseoindukční faktory bioaktivní Ti křemenné sklo po 48, 70, 94 hod v SBF po 48, 72, 120 křemenné sklo pokryté gelem SiO2 hod v 1.8 SBF. po 120 a 168 hod v SBF.

Chemické úpravy bioaktivní Ti Ti + HCl Čistý Ti kost kost Ti + HCl + NaOH kost Měkká tkáň Měkká tkáň 5 týdnů 12 týdnů pískovaný obrobený 5 týdnů [Kokubo et al. 1996] [Jonášová, Hlaváč; 2000] [Strnad, Helebrant; 2000] [Jonášová, Müller, Helebrant, Strnad, Greil; 2004]

Chemické úpravy bioaktivní Ti gel TiO 2 +Na + TiO 2 HCl NaOH Ti Inert.atm Ti Ca 2+ (PO 4 ) 3- Ca 2+ (CO 3 ) 2- (PO 4 ) 3- Ca 2+ Na + CaO-P 2 O 5 (CO 3 ) 2- tělní tekutina rekryst. hydroxyapatit

Návrh nových materiálů zvyšování rychlosti srážení HAp slinutý HAp vysoce porézní HAp [Protivínský, Veselý; 2002]

Chemické úpravy bioaktivní Ti gel TiO 2 +Na + TiO 2 HCl NaOH Ti Inert.atm Ti Ca 2+ (PO 4 ) 3- Ca 2+ (CO 3 ) 2- (PO 4 ) 3- Ca 2+ Na + CaO-P 2 O 5 (CO 3 ) 2- tělní tekutina rekryst. hydroxyapatit

Návrh nových materiálů použití prekalcifikačních roztoků roztok SCS1 SCS2 Ca 2+ koncentrace [mmol.dm -3 ] H HCO - 2 PO - 4 3 5,0 5,0 1,5 5,0 2,5 1,5 Podíl Ca/P [at%/at%] krystal SCS spodní vrstva krystal SCS1 2,47 1,60 1,85 SCS2 2,47 2,65 1,77 SCS3 0,63 0,45 1,29 SCS3 10,0 2,5 1,5 SCS+SBF spodní vrstva 1,88 1,32 1,37 SCS1 +SBF SCS2 +SBF SCS3 +SBF [Skrčená, Heide, Helebrant; 2005]

Návrh nových materiálů použití prekalcifikačních roztoků chem upravený Ti bez prekalcifikace + SBF chem. upravený Ti + SCS + SBF [Horváthová, Rohanová, Calvez, Helebrant 2005]

Děkuji Vám za pozornost