(Microsoft PowerPoint - wyk\263ad 1 wprowadzenie.ppt)

Biomateriały 

Materiały dla Medycyny 

Wykład 1 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Transplantologia 

Transplanty 

(przeszczep) 

Autografty 

Allografty 

Izografty 

Ksenografty 

Materiały dla 

medycyny 

Inżynieria 

Tkankowa 

Podłoża/skafoldy 

Biomateriały 

Medycyna 

regeneracyjna 

inteligentne bio 

-materiały 

BIOMATERIAŁY 

Implantologia 

Implanty 

(wszczep) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

! 

¦�� 

��

TRANSPLANTACJA 

• Czyli przeszczepienie tkanki lub organu w 

obrębie tego samego organizmu lub dwóch 

różnych 

• Konieczna w przypadku niewydolności 

nerek, serca, wątroby, uszkodzenia szpiku, 

wrodzonych niedoborów odporności, 

niektórych nowotworach 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implantacja 

Czyli wszczepienie sztucznego tworzywa 

(biomateriał) w obręb tkanki w celu jej 

zastąpienia, przywrócenia ciągłości 

(zespolenia), przejęcia funkcji, wywołania 

procesu jej regeneracji lub wywołania 

innych procesów mających na celu 

ratowanie zdrowia, życia lub poprawę jego 

komfortu. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ze względu na różnice genetyczne 

wyróżniamy przeszczepy: 

• autologiczny – dawca i biorca to te same 

osoby 

• izogeniczny – identyczne genetycznie 

osobniki tego samego gatunku np. 

bliźnięta monozygotyczne 

• allogeniczny – różne genetycznie osobniki 

tego samego gatunku 

• ksenogeniczny – osobniki różnych 

gatunków 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty – wszczepy 

z czego je się wykonuje? 

• Metali i ich stopów (stal, tytan, stopy) 

• Polimerów; sztuczne i biopolimery 

(resorbowalne, trwałe, hydrożele) 

• Ceramiki (spiekane tlenki, HAp, bioszkło) 

• Węgla (pokrycia, włókna, węgiel aktywny) 

• Kompozytów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Inżynieria Biomateriałów 

Podstawowe definicje 

Rys historyczny 

Czasopisma naukowe 

Podstawowe instytucje, stowarzyszenia 

Podział biomateriałów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Inżynieria Biomateriałów 

Interdyscyplinarna dziedzina wiedzy 

zajmująca się projektowaniem, 

wytwarzaniem i optymalizacją materiałów 

dla medycyny. 

Inżynieria materiałów, medycyna, biologia, 

immunologia, histologia, cytobiologia i inne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Inżynieria Biomateriałów- Biomaterialy 

Zapotrzebowanie kliniczne- 

Projekt biomateriału 

Badania materiału; fizyczne, chemiczne, 

biologiczne (in vitro, in vivo). 

Wytworzenie biomateriału, badania; 

fizyczne, chemiczne, biologiczne 

(in vitro, in vivo) 

Badania kliniczne 

Atest 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Definicje 

Biomateriał to każda substancja, inna niż lek lub 

kombinacja substancji syntetycznych i 

naturalnych, która może być użyta w 

dowolnym okresie, a której zadaniem jest 

uzupełnienie lub zastąpienie narządu, albo jego 

części lub przejęcie czasowe lub na stałe jego 

funkcji. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty – wszczepy 

jakie stawia się im wymagania? 

• Biozgodność (biokompatybilność) 

• Biofunkcyjność 

• Biozgodność mechaniczna, biozgodność 

mikrostrukturalna, biozgodność 

chemiczna, elektryczna, magnetyczna… 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biozgodność definicje 

• Biomateriał jest biozgodny jeżeli nie 

wywołuje w tkankach działania: 

• drażniącego 

• immunologicznego 

• alergicznego 

• kancerogennego 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biozgodność i Biofunkcyjność 

Biozgodność to zdolność materiału do 

wywoływania odpowiedzi gospodarza, zgodnej 

z przeznaczeniem implantu. 

Charakter odpowiedzi środ. biol. decyduje o 

biozgodności materiału 

Biofunkcyjność to zdolność materiału do 

przejmowania funkcji tkanek i narządów, do 

leczenia których został zastosowany 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Przyczyny rozwoju 

Przyczyny rozwoju - wzrastające 

zapotrzebowanie na materiały 

implantacyjne 

„urazowość” życia (rozwój cywilizacji, klęski żywiołowe) 

wydłużenie ludzkiego życia 

ograniczenia transplantologii 

choroby cywilizacyjne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Niektóre czasopisma dotyczące tematyki biomateriałów 

Advanced Drug Delivery Reviews (Elsevier) 

American Journal of Drug Delivery (Adis International) 

American Society of Artificial Internal Organs Transactions 

Annals of Biomedical Engineering (Blackwell - Official Publication of the Biomedical Engineering 

Society) 

Annual reviews of Biomedical Engineering 

Artificial Organs (Raven Press) 

Biomedical Engineering OnLine (electronic - http://www.biomedical-engineering-online.com/start.asp) 

Bio-medical Materials and Engineering (ed. T. Yokobori, Pergamon Press) 

Biomaterial-Living System Interactions (BioMir; Sevastianov, ed) 

Biomaterials (including Clinical Materials) (Elsevier) 

Biomaterials, Artificial Cells and Artificial Organs - (Ed., T.M.S. Chang) 

Cells and Materials (Scanning Microscopy International) 

Cell Transplantation (Pergamon) 

Clinical Biomechanics 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Dental Materials 

Drug Delivery Systems & Sciences (Euromed Scientific) 

Drug Targeting and Delivery (Academic Press) 

European Cells and Materials (http://www.ecmjournal.org/) 

IEEE Transactions on Biomedical Engineering 

International Journal of Artificial Organs (Wichtig Editore) 

Journal of Bioactive and Compatible Polymers (Technomics) 

Journal of Biomaterials Applications (Technomics) 

Journal of Biomaterials Science: Polymer Edition (VSP Publishers) 

Journal of Biomedical Materials Research (Wiley- Official Publication of the Society for Biomaterials) 

Journal of Biomedical Materials Research: Applied Biomaterials (Wiley) 

Journal of Controlled Release (Elsevier) 

Journal of Drug Targeting (Harwood Academic Publishers) 

Journal of Engineering in Medicine (Institution of Mechanical Engineers) 

Journal of Long Term Effects of Medical Implants (CRC Press) 

Materials in Medicine (Chapman and Hall - Official Publication of the European Society for 

Biomaterials) 

Medical Device and Diagnostics Industry (Canon Publications) 

Regenerative Medicine 

Tissue Engineering (Mary Ann Liebert, Inc.) 

Trends in Biomaterials & Artificial Organs (Society For Biomaterials And Artificial Organs – India) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rys historyczny 

• 2500pne Egipcjanie, Rzymianie, Chińczycy 

i Aztekowie 

• Drzewo, złoto, kość słoniowa, kamienie 

szlachetne – zastępowanie i uzupełnianie 

ubytków w tkance kostnej 

• Nici lniane i pochodzenia zwierzęcego, 

srebrne, metalowe, również 

rozpowszechnione w średniowieczu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rys historyczny c.d. 

• Leonardo Da Vinci 1508-opracowanie idei 

soczewek kontaktowych, Adolf Fick 1860 – 

pierwsze eksperymenty na zwierzętach i 

próby z zastosowaniem u ludzi 

• Hallowell 1759 – połączenie zranionej 

arterii przy pomocy drzewa i nici 

• Wprowadzenie aseptyki do praktyki 

klinicznej-1860 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Początek XX wieku wprowadzenie sztucznych materiałów 

do leczenia ludzkiego organizmu 

• 1904 – 1926 –stalowe śruby , druty , płytki do łączenia 

kości 

Po II wojnie światowej – epoka chirurgów bohaterów 

• Sir Harold Ridley – soczewki wewnątrzgałkowe 

• T.Gluck, M.N. Smith-Petersen, J.Charnley – protezy stawu 

biodrowego 

• A.Carrel, Blackmore pierwsze protezy naczyń – 1942 

• J.Hopps rozrusznik serca – 1949 

• C.Hufnagel zastawka serca – 1952 

• W. Kloff sztuczne serce – 1957 (w Rosji 1930) 

• J.Gibbon płuco serce - 1964 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Sześćdziesiąte lata XX – powstanie 

dziedziny inżynieria biomateriałów 

• Wprowadzenie oprócz metali i ich stopów 

materiałów polimerowych, ceramicznych, 

węglowych i ich kompozytów do 

konstrukcji materiałów medycznych 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biomateriały – pierwsza generacja 

• Materiały dobierane przypadkowo 

• Sukcesy przypadkowe a nie planowane 

• Przykłady; 

Drewno, złoto, stal, kość słoniowa, sztuczne 

naczynia krwionośne wykonane z 

materiałów, przeznaczonych na 

spadochrony np.nylon. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biomateriały – druga generacja 

• Zaawansowane materiały zapożyczone z innych 

dziedzin 

• Implanty, projektowane dla medycyny 

• Współpraca lekarzy i inżynierów 

Przykłady; 

Stopy tytanu, kobalt- chrom, molibden, polietylen 

wysoko-cząsteczkowy, bioceramika, sztuczny 

staw biodrowy, rozrusznik serca. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biomateriały – trzecia generacja 

sterowana regeneracja tkanek 

Bioinżynieria materiałów, materiały projektowane w 

celu wywoływania określonej reakcji 

komórkowej, bioinżynieria powierzchni, 

biomimetyczna mikrostruktura. 

Przykłady; 

Integra – sztuczna skóra, resorbowalny cement 

kostny, technika GBR w stomatologii i leczeniu 

ubytków chrząstki i kości. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biomaterialy – najnowszej generacji 

• Narządy hybrydowe, immunoizolacja 

komórek 

• Biosensory, nośniki leków i genów 

• Podłoża 3D do hodowli tkanek – inżynieria 

tkankowa 

• Nanotechnologie, nowe materiały i 

technologie, nanomedycyna, medycyna 

regeneracyjna. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Organizacje 

The European Society for Biomaterials 1975 

American Society for Artificial Internal 

Organs 1954 

Japanese Society of Biomaterials 1978 

i wiele innych 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów 

(zostało wprowadzone do struktur europejskich w 2004 roku) 

http://www.biomat.krakow.pl/ 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Organizacje regulujące aspekty prawne, normy, procedury 

dot. badań i wprowadzania wyrobów na rynek 

• Food and Drug Administration USA 

• The European Agency for the Evaluation of 

Medical Products 

• Polski Komitet Normalizacji - tłumaczenie 

norm ISO 

• Norma pt. Biologiczna ocena Wyrobów 

Medycznych tożsama z ISO 10993 

• Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego 

• Zakład Badania Biomateriałów AM Wrocław 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Klasyfikacja i podział biomateriałów 

ze względu na; 

• Rodzaj tkanek do jakich są przeznaczone ( kość, 

chrząstka..) 

• Reakcję pomiędzy tkanką i biomateriałem (inertne, 

resorbowalne, degradowalne) 

• Dziedzina medycyny (implanty dla okulistyki, 

laryngologii, stomatologii, chirurgii kostnej, 

kardiochirurgii…) 

• Czas kontaktu z tkankami (czasowe, permanentne) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kliniczny podział biomateriałów 

• Implanty mechaniczne 

• Materiały do zespalania tkanek 

• Implanty przeznaczone do kontaktu z krwią 

• Materiały do leczenia ubytków tkanek 

• Nośniki leków, materiały do enkapsulacji komórek 

• Podłoża dla inżynierii tkankowej i terapii genowej, 

materiały dla medycyny regeneracyjnej. 

• Sztuczne narządy 

• Sprzęt rehabilitacyjny 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

BIOMATERIAŁY 

IMPLANTY 

Przykłady zastosowań 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Implanty mechaniczne – endoprotezy 

stawów, płytki, śruby gwoździe, 

stabilizatory dla osteosyntezy kości. 

• Materiały do zespalania tkanek – nici 

chirurgiczne, cementy i kleje tkankowe. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Implanty przeznaczone do kontaktu z krwi 

– stenty, zastawki serca, sztuczne naczynia 

krwionośne. 

• Materiały do leczenia ubytków tkanek – 

implanty w formie gąbek lub włóknin, 

przeznaczone do wypełniania ubytków. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Nośniki leków, materiały do enkapsulacji komórek – 

ceramiczne lub polimerowe kształtki zawierające lek 

umieszczane w chorej tkance pozwalające na miejscowe 

dostarczanie leku do tkanki. Polimerowe porowate 

struktury odizolowujące zdrowe komórki (wprowadzane 

do chorego narządu) przed działaniem obronnym komórek 

gospodarza. 

• Podłoża dla inżynierii tkankowej i terapii genowej, 

materiały dla medycyny regeneracyjnej – 

trójwymiarowe podłoża, zaopatrzone w bioaktywne 

czynniki, zasiedlane przez komórki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Pytania dotyczące wykładu 1; 

• Inżynieria biomateriałów – charakterystyka, 

obszar tematyczny, podstawowe definicje. 

• Klasyfikacja, podział, rodzaje biomateriałów. 

• Wszczep – przeszczep, implanty- transplanty; 

wyjaśnić różnicę podać definicje. 

• Biomateriały w klinice – rodzaje zastosowań. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zdolność do wywoływania przez materiał 

odpowiedzi gospodarza, adekwatnej do jego 

(implantu) przeznaczenia. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biozgodność – jako oddziaływań 

implant –żywy organizm 

implant 

Degradacjaprodukty 

degradacji 

Środowisko 

biologiczne 

Odpowiedź tkanek 

komórek,- odpowiedź 

organizmu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Aby przekonać się o tym czy 

materiał jest biozgodny trzeba 

zbadać odpowiedź żywego 

organizmu na materiał i jego 

produkty degradacji czyli odpowiedź 

biologiczna i odpowiedź materiału 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biozgodność materiału 

implantacyjnego 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biozgodność materiału implantacyjnego – 

wynik reakcji implant - tkanka 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Materiały witalne i niewitalne (syntetyczne) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Czynniki pochodzące od macierzy zewnątrz -komórkowej i komórek 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

IMPLANT – TKANKA 

oddziaływanie 

Reakcja materiału na działanie środowiska biologicznego 

(odpowiedź implantu) 

Degradacja; fragmentacja, erozja, zmiana 

parametrów fizycznych i chemicznych 

materiału. 

Utlenianie, korozja 

Depolimeryzacja 

Przebudowa chemicznej struktury powierzchni 

– adhezja biomolekuł, tworzenie wiązań 

chemicznych z otaczająca tkanką 

Rozpuszczanie, hydroliza 

Degradacja enzymatyczna 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

IMPLANT – TKANKA 

oddziaływanie 

Syntetyczny materiał wpływa na środowisko 

biologiczne 

Zmienia środowisko komórek; 

Warunki chemiczne (skład chemiczny) 

Pole elektryczne, magnetyczne 

Naprężenia (ekranowanie) 

I inne parametry środ .biol biol. 

Zakłóca transport; energii, informacji,masy w 

układzie tkanka – komórka. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Reakcja środowiska biologicznego na implantacje 

materiału (odpowiedź komórkowa, tkankowa) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Proces leczenia rany (normalny) 

Krzepnięcie krwi 

Stan zapalny 

Tkanka ziarninowa, naczynia krwionośne 

Napływ komórek i przebudowa (remodeling) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Proces naprawczy- 

tkanka miękka 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Faza rekcji zapalnej i ziarninowania 

Faza rozplemowa 

Faza wytwarzania kostniny twardej 

Faza przebudowy (remodeling) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Lokalna reakcja tkanek na implantacje 

(elementy) 

Foreign body reaction) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Reakcja środowiska biologicznego na implant 

zależy od; 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

FBR 

Foreign Body Reaction) 

fagocytoza 

wielojądrzaste komórki około ciała obcego 

otoczka (torebka) włóknista 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Komórka olbrzymia około ciała obcego 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Otoczka włóknista wokół implantu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kancerogenność biomateriałów 

Zmiany w metabolizmie, replikacji komórek kom rek 

prowadzące prowadz ce do mutagenizacji mogą mog 

następowa 

nast pować w wyniku działania: dzia ania: 

Chemicznego – substancje uwalniane przez 

implant 

Obecności Obecno ci ciała cia a obcego – wpływ wp yw materiału materia u na 

ograniczenie transportu w tkankach, na zmiany 

pola elektrycznego i magnetycznego 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

(infekcja) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

BIOMATERIAŁY 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Degradacja materiałów w środowisku 

biologicznym - definicja 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Projektowanie badań degradacji materiału – 

określenie warunków termicznych, 

chemicznych i mechanicznych 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania degradacji materiałów w warunkach 

sztucznego środowiska biologicznego. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania biomateriałów – rodzaje badań 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biomateriały – badania 

rola powierzchni w badaniach biomateriałów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania biomateriałów – rodzaje badań 

powierzchni 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Słynne porażki inżynierii biomateriałów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Dlaczego biozgodne implanty ulegają 

niszczeniu lub są toksyczne dla tkanek? 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kliniczne przyczyny niszczenia biomateriałów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania odpowiedzi biologicznej na materiał 

(implant) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania odpowiedzi biologicznej na 

materiał (implant) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Modele komórkowe stosowane w badaniach 

in vitro 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania in vivo 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badnia in vivo – badania tkanek otaczających 

implant (odpowiedź tkanek na implant) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania mikroskopowe struktury tkanek – 

badania histologiczne 

Barwienie: 

- MGG 

hematoksylina & eozyna 

trichromatyczne metodą Massona 

(Massona – Goldnera) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Badania struktury i metabolizmu tkanki – 

badania histochemiczne. 

Zbiór metod pozwalających na 

umiejscowienie w komórkach i tkankach 

określonych substancji chemicznych oraz 

enzymów. Stanowi połączenie metodyki 

histologicznej i reakcji chemicznych. 

Reakcje histochemiczne prowadzą do uwidocznienia w preparacie 

mikroskopowym jedynie ściśle określonych substancji lub grup 

chemicznych, będących przedmiotem badań. Cechuje je zatem 

specyficzność (swoistość) stanowiąca podstawową cechę metodyki 

histochemicznej. Struktura tkanki pozostaje zachowana 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

IDEA 

⇓ 

⇓ 

PACJENT 

Zapotrzebowanie; zdrowie, 

poprawa kondycji, zastąpienie 

chorej tkanki lub organu 

Nowy rodzaj implantu 

Materiał - metoda wytwarzania 

Badania materiału – biozgodność 

in vitro, in vivo, degradacja 

materiału 

Produkcja 

Sterylizacja, konfekcjonowanie 

Badania wyrobu (implantu), 

biofunkcyjność, biozgodność 

badania in vitro, in vivo. 

Badania kliniczne 

Badania implantów po 

zastosowaniu w klinice i 

badaniach z wykorzystaniem 

zwierząt doświadczalnych 

Atesty, regulacje prawne, 

Lekarz, naukowiec, wynalazca, 

inżynier biomedyczny 

Lekarz, inżynier 

Ceramik, chemik, metalurg 

Inżynier biomedyczny, inżynier 

mechanik, chemik, biochemik, 

weterynarz, biolog, immunolog. 

Inżynier, ekonomista 

Inżynier biomedyczny 

Inżynier biomedyczny, lekarz, biolog. 

Lekarz, nadzór i organizacja badań 

klinicznych 

Lekarz, patolog, inżynier biomedyczny 

Urzędnicy instytucji wydających atest, 

zgoda na wprowadzenie wyrobu 

medycznego na rynek 

¢£ ¤¥ ¦§ ¨¥ ¡ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Metal jako biomateriał 

Wykład 4 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Metal jako biomateriał 

• Zastosowania kliniczne metali i ich stopów 

• Charakterystyka biomateriałów 

metalicznych (fizyczna, chemiczna i 

biologiczna) 

• Degradacja metali w środowisku 

biologicznym – korozja 

• Metale z pamięcią kształtu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty metaliczne 

� 40% z 3.6 miliona rocznie wykonywanych operacji ortopedycznych 

� Rynek implantów metalicznych - 6 miliardów $ 

� 5 na 100 Amerykanów nosi w sobie kawałek metalu! 

Zastosowania: 

Chirurgia kostna: 

� Wewnętrzna fiksacja (śruby, płytki, gwoździe, klamry) 

� Endoprotezoplastyka stawu biodrowego, kolanowego i barkowego 

� Stomatologia, chirurgia szczękowo-twarzowa 

(implanty stomatologiczne, ortodontyczne, fiksacja wewnętrzna) 

Kardiochirurgia: 

� Stenty 

� Zastawki serca 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Metale i ich stopy w medycynie 

Rodzaje metali i stopów 

wykorzystywanych w medycynie 

• Stale austenityczne, kwasoodporne o 

ustalonym składzie chemicznym 

zawierające nikiel, molibden i chrom, bez 

faz ferromagnetycznych – instrumentarium 

chirurgiczne, płytki do osteosyntezy 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Stopy na osnowie kobaltu z chromem i 

molibdenem lub niklem Co-Cr-Mo, Co-Ni, 

Cr-Mo; elementy endoprotez, zastawki 

serca 

• Stopy na osnowie tytanu,Ti-Al-V, Ti–Al-Nb, 

Ti-Mo-Zr-Fe; osteosynteza (stabilizatory), 

elementy endoprotez, implanty 

dentystyczne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Stopy złota; protetyka stomatologiczna 

• Srebro; dodatki antybakteryjne 

• Tantal; klamry chirurgiczne, druty i folie do 

zespalania nerwów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty z tytanu i jego stopów 

• Tytan 

• Dwie odmiany alotropowe heksagonalna trwała do 820 0 C α regularna 

trwała do 1668 0 C β 

• Dobra odporność na korozje 

• Stopy tytanu Ti – 6Al. – 4V 

• Stopy tytanu nowej generacji o niskim module sprężystości to stopy 

zawierające 

• Molibden, cyrkon, żelazo 

• Molibden, cyrkon, glin 

• Niob, tantal i pallad 

• Niob i cyrkon. 

• Wysoka biotolerancja i duża odporność zmęczeniowa, dobra odporność na 

ścieranie 

• Stopy tytanu z niklem i kobaltem - implanty z pamięcią kształtu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Czym wyróżnia się tytan 

wśród innych metali? 

Biozgodność, związana z wysoką odpornością na korozję zwłaszcza 

wżerowo – szczelinową 

Zdolność do samorzutnej i szybkiej repasywacji uszkodzeń 

powierzchniowych w środowisku wilgotnym i zawierającym tlen 

Dobre właściwości mechaniczne przy stosunkowo niskiej gęstości 

Wyższa od stali elastyczność (dwukrotnie niższy moduł 

sprężystości) 

Zdolność warstw tlenkowych na tytanie do stymulacji procesów 

osteointegracji 

Możliwość diagnozowania i rehabilitacji pacjentów za pomocą 

rezonansowych technik diagnostyczno-terapeutycznych 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Parametry mechaniczne tkanki kostnej i metali 

- porównanie 

Implanty z metali i ich stopów właściwości 

mechaniczne; 

• Wytrzymałość na rozciąganie; 400 - 900 MPa 

• Moduł sprężystości; 60 -150 GPa 

Kość zbita 

• Wytrzymałość na rozciąganie; 80 - 100MPa 

• Moduł sprężystości; 15 - 20 GPa 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Wielkość cyklicznych naprężeń a 

metabolizm tkanki kostnej 

• Cykliczne naprężenia o fizjologicznej wielkości – 

prawidłowy przepływ substancji odżywczych – 

równowaga w procesach budowy i zaniku kości 

• Cykliczne naprężenia większe od fizjologicznej wielkości 

– nadmierna stymulacja w procesach tworzenia kości 

(nowotworzona tkanka przywraca fizjologiczny poziom 

naprężeń) 

• Cykliczne naprężenia niższe od fizjologicznychuruchomienie 

czynników kościogubnych, obniżony 

transport substancji odżywczych – zanik kości 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty metaliczne - osteoliza 

• Brak biozgodności parametrów mechanicznych, 

tkanki kostnej i implantu może powodować zmiany w 

wielkościach obciążeń docierających do tkanek. 

• Materiał o wyższej sztywności przenosi większe 

obciążenia 

• Następstwem braku kompatybilności parametrów 

fizycznych implantu i tkanki kostnej może być 

osteoliza 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Chemiczne właściwości implantów metalicznych 

degradacja chemiczna w środowisku tkanek - korozja 

Metale ulegają w środowisku biologicznym korozji 

jony metali, produkty degradacji dostają się do 

tkanek 

Rodzaje korozji metali w środowisku 

biologicznym; 

• Wżerowa 

• Naprężeniowa 

• Szczelinowa 

• Zmęczeniowa 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Korozja implantów 

• Czynniki wpływające na tworzenie się ogniw 

(korozyjne, stężeniowe) w obszarze implantu; 

• Niejednorodność chemiczna stopu 

• Złożone kształty implantów 

• Nieciągłości warstwy pasywacyjnej 

• Szczeliny i rysy na powierzchni implantów 

• Naprężenia cykliczne 

• Właściwości środowiska biologicznego (płyny 

ustrojowe, bioprądy) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zależno Zale ność ść pomiędzy pomi dzy szybkości szybko cią korozji 

a potencjałem potencja em anodowym metali i stopów stop 

Biomateriały Jan Marciniak, Wyd..P..Ś Gliwice 2002 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biologiczne właściwości metali 

• Podstawowe pierwiastki biologiczne; węgiel, wodór, tlen, azot, siarka, 

wapń, fosfor, potas, sód, chlor i magnez. 

• 15 biopierwiastków śladowych; żelazo, cynk, miedź, mangan, nikiel, 

kobalt, molibden, selen, chrom, jod, fluor, cyna, krzem, wanad, arsen 

• aluminium, tytan, bor, ołów, rtęć, kadm, srebro, beryl, i złoto – nie 

biorą udziału w reakcjach metabolicznych 

Pierwiastki bio pobudzają lub hamują czynność białek enzymów 

Stężenia biopierwiastków w tkankach posiadają ściśle określone zakresy 

ilości. Wg. Prawa Bertranda ..od stężenia pierwiastków bio zależy ich 

oddziaływanie z żywym organizmem; 

niedobór, zakres prawidłowy , toksyczny 

Stężenie biopierwiastka 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Prawo Bertranda 

- oddziaływanie stężenia pierwiastków śladowych 

na reakcje procesów życiowych 

Biomateriały Jan Marciniak, Wyd..P..Ś Gliwice 2002 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Opór polaryzacyjny (ohm/cm 2) 

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA W ZALEŻNOŚCI OD REAKCJI TKANEK 

NA MATERIAŁY METALICZNE 

Toksyczne 

Obojętne Witalne 

ODDZIAŁYWANIE NA TKANKI 

Biomateriały, Jan Marciniak, Wyd..P..Ś Gliwice 2002 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Biologiczne właściwości implantów 

metalicznych 

• Nadmiar żelaza gromadzący się w tkankach utrudnia dyfuzje 

enzymów przez błony może niszczyć lizosomy w komórkach, 

miażdżyca, marskość wątroby, uszkodzenia DNA 

• Nadmiar chromu; uszkodzenie wątroby, nerek, guzy płuc. 

• Nadmiar niklu; kancerogenne działanie na tkanki 

• Nadmiar kobaltu; alergie 

• Nadmiar aluminium; uszkodzenie komórek nerwowych, drogi 

oddechowe, kości, naczynia. 

Korozja prowadzi do zmian patologicznych w organizmie, 

spowodowanych przez zmianę składu chemicznego tkanek. 

Metaloza – toksyczne działanie implantu na tkanki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Degradacja metalicznych implantów w środowisku 

biologicznym 

Przyczyny nie związane z korozją 

• Zużycie użytkowe; trybologiczne 

• Zużycie mechaniczne, przeciążeniowe, 

przedoperacyjne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Stopy z pamięcią kształtu 

• Stopy z pamięcią kształtu to materiały które 

zapamiętują swoje kształty i po zdeformowaniu, 

na skutek działania temperatury wracają do nich 

ponownie 

• Odmiana martenzytyczna - kształt 1, przechodzi 

w odmianę austenityczną pod wpływem 

temperatury – kształt 2. 

• Przemiana martenzytu w austenit – przemiana 

termosprężysta, bezdyfuzyjna, siłą napędową 

przemiany – naprężenia termosprężyste 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Stopy z pamięcią kształtu 

• Trwale zdeformowany materiał po podgrzaniu 

odzyskuje swój pierwotny kształt (odkształcenia 

5- 10%) – stopy z pamięcią kształtu 

• Materiały pseudosprężyste to takie, które na 

skutek przekroczenia naprężenia krytycznego 

ulęgają odkształceniu i po odjęciu tego 

odkształcenia wracają do wymiaru wyjściowego 

– cykl obciążenie odciążenie przebiega po pętli 

histerezy 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Pamięć kształtu 

Spontaniczna zmiana kształtu obserwowana podczas chłodzenia i ogrzewania 

bez udziału naprężeń zewnętrznych. 

Pamięć kształtu wysokotemperaturowej fazy macierzystej i niskotemperaturowej 

fazy martenzytycznej (odwracalny przebieg zmian w zakresie temperatur M f i A f ) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Główne problemy dotyczące implantów 

metalicznych 

• Brak podobieństwa właściwości fizycznych 

implant /tkanka (osteoliza) 

• Korozja implantów w środowisku 

biologicznym (metaloza, alergie) 

• Zużycie cierne –produkty degradacji; 

osteoliza - obluzowania implantów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zalety implantów metalicznych 

• Przetwórstwo, koszty, dostępność. 

• Wiedza w zakresie oddziaływań z żywym 

organizmem poparta wieloletnim 

doświadczeniem 

• Stopy z pamięcią kształtu 

• Nowoczesne warstwy antykorozyjne 

• Stopy pozwalające na stosowanie 

nowoczesnych narzędzi diagnostycznych. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Przykłady implantów znaleźć można poniżej wymienionych stronach; 

• http://www.mikromed.pl/katalog/ao_pl/wkrety.htm 

• www.medgal.com 

• www.stryker.pl 

• http://www.aofoundation.org/portal/wps/portal/ 

• http://www.acumed.net/product-detail.php?productID=6 

Literatura 

• Biomateriały, Jan Marciniak Wydawnictwo politechniki Śląskiej Gliwice 2002. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Pytania wykład 4; 

• Zastosowania metali i ich stopów w medycynie. 

• Implanty do osteosyntezy kości – stabilizatory 

wewnętrzne i zewnętrzne. 

• Charakterystyka implantów, wytwarzanych z tytanu i 

jego stopów. 

• Wpływ wielkości obciążeń na metabolizm tkanki kostnej. 

• Stopy z pamięcią kształtu – charakterystyka zjawiska, 

praktyczne zastosowania. 

• Biologiczne właściwości metali, szereg biotolerancji. 

• Korozja wszczepów metalicznych w środowisku 

biologicznym. 

• Wady i zalety biomateriałów, wykonanych z metali i ich 

stopów. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery jako biomateriały 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

otrzymane z 

naturalnych 

źródeł 

Biomateriały polimerowe 

Naturalne* Sztuczne 

(Biopolimery) 

wytwarzane w złożonym 

procesie technologicznym z 

surowców organicznych lub 

nieorganicznych 

*wiele polimerów identycznych do naturalnych, można 

także otrzymać na drodze syntezy chemicznej. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Niedegradowalne 

biostabilne 

Sztuczne 

Degradowalne 

resorbowalne 

Oba rodzaje polimerów ulegają degradacji w środowisku biologicznym, jednakże 

w przypadku polimerów niedegradowalnych proces ten nie jest pożądany a produkty 

degradacji są zazwyczaj toksyczne, natomiast polimery degradowalne ulegają 

całkowitemu zanikowi a produkty degradacji są biozgodne. Resorbcja polimerów 

degradowalnych jest zjawiskiem bardzo pożądanym i sprawia że materiały te są 

bardzo atrakcyjne dla zastosowań medycznych. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Mechaniczne parametry materiałów i tkanek 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery w medycynie - zastosowania 

• Ortopedia; elementy endoprotez, cementy kostne, materiały do 

uzupełnienia ubytków kości, więzadła i ścięgna 

• Kardiochirurgia; protezy naczyń, elementy zastawek serca, 

elementy sztucznego serca, membrany obudowy pomp serca 

• Okulistyka; soczewki kontaktowe i wewnątrz- gałkowe implanty 

rogówki 

• Implanty stomatologiczne, laryngologiczne, nici chirurgiczne, kleje 

tkankowe, materiały dla inżynierii tkankowej i medycyny 

regeneracyjnej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery 

Etylen 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Polietylen 

¦�� 

��

• Łańcuchowe 

• Rozgałęzione 

• Sieciowane 

• Sieciowane 3D 

Polimery 

• Masa cząsteczkowa 

• Stopień krystaliczności 

• Temperatura zeszklenia 

• Punkt mięknięcia 

• Właściwości zależne od 

temperatury 

• Mechanizm niszczenia; 

kruche lub ciągliwy 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery 

• T g Temperatura zeszklenia – temperatura w której zachodzi 

przemiana stanu sprężystego kruchego w stan wysokoplastyczny 

• T m Temperatura płynięcia – temperatura w której zachodzi 

przemiana stanu wysokoplastycznego w plastyczny 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Masa cząsteczkowa polimeru – współczynnik dyspersji 

• Poszczególne jednostki polimeru mają różne ilości monomerów 

• Współczynnik dyspersji zależy od sposobu otrzymywania polimeru 

• Współczynnik dyspersji wpływa na właściwości polimeru 

wytrzymałość 

Masa cząsteczkowa 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Krystaliczny semikrystaliczny amorficzny 

Polimery mogą się składać z fazy 

amorficznej i krystalicznej. Faza 

krystaliczna jest sztywna i ma wyższy 

moduł sprężystości od fazy amorficznej. 

Zwiększając udział fazy krystalicznej 

zwiększamy moduł sprężystości 

materiału. 

Moduł E 

T g T m 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kopolimery i Homopolimery 

• Homopolimer – te same jednostki 

strukturalne (mery), np. PE, PTFE, PMMA 

• Kopolimery –zawierają dwa lub więcej 

rodzajów merów w łańcuchu, np. PAN 

• Rodzaje kopolimerów 

nieregularny 

regularny 

blokowy 

szczepiony 

A A B B A B A A A B B A B A B A A B B A B A B B 

A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B 

B B B B B A A A A A B B B B B A A A A A B B B B 

A A A A A A A A A A A A 

B B B 

B B B 

B B B 

B B 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery w medycynie 

+ 

• Łatwe w produkcji 

• Duże możliwości sterowania 

właściwościami 

• Duże możliwości w zakresie 

modyfikacji powierzchni 

• Polimery resorbowalne 

• Parametry fizyczne zbliżone do 

parametrów tkanek 

• Otrzymywane w postaci włókien 

włóknin, porowatych gąbek, 

membran, siatek, plecionek 

• Poręczne chirurgiczne 

- 

• Trudne do sterylizacji 

• Nieodporne na działanie 

temperatury – zmiana parametrów 

fizycznych wraz z temperatura 

• Toksyczne produkty degradacji 

(polimery trwałe, 

niedegradowalne) 

• Zużycie cierne 

• Niskie parametry mechaniczne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery niedegradowalne 

• Polimery charakteryzujące się wysoką odpornością na działanie środowiska 

biologicznego 

• Żaden z tych polimerów nie jest całkowicie odporny na działanie środowiska 

biologicznego 

• Najczęściej stosowanymi w medycynie polimerami niedegradowalnymi są; 

• polietylen - PE, 

• polipropylen- PP, 

• politetrafluoroetylen -PTFE, 

• poliamidy, 

• poliuretany - PU, 

• poliwęglany- PC, 

• silikony, 

• polimery akrylowe. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery degradowalne (resorbowalne) 

Poliglikold 

Polilaktyd 

Koplimer 

Laktyd/glkolid 

Polidioksan 

Polikaprolakton 

Polimery w całości zastępowane przez tkanki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polietylen 

• Dostępny w postaci nisko, wysoko i ultra 

wysokiej masie cząsteczkowej 

• Faza krystaliczna ok. 50% 

• Odporny na działanie środowiska 

biologicznego 

• Wysoka odporność na ścieranie 

• Posiada parametry mechaniczne znacznie 

wyższe w porównaniu z innymi polimerami 

medyczny 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Materiał 

Moduł 

sprężystości 

(GPa) 

Wytrzymałość 

na rozciąganie 

(MPa) 

Stal medyczna 190 480 

CoCrMo 200 650 

Ti6Al4V 110 860 

UHMWPE 4 - 15 20 - 35 

Kość zbita 10-20 100-200 

Kość gąbczasta 0.2-0.5 

10-20 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zastosowanie polietylenu wysokocząsteczkowego – UHMWPE, w ortopedii 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

www.zimmer.com 

Typy endoprotez; 

Kondylarna 

Półzwiązana 

Zawiasowa 

Problemy; 

Produkty tarcia 

Sposób fiksacji 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Połowicza proteza stawu kolanowego 

Problemy; 

Współczynnik tarcia – zużycie cierne 

Parametry mechaniczne – optymalny transfer naprężeń 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polietylen MEDPOR – porowaty materiał wykorzystywany 

w chirurgii twarzo-czaszki 

Porowatość otwarta ok.. 50% 

Wielkość porów 100- 200um 

Kość wrasta do wnętrza implantu 

Materiał przycinany i formowany 

przed zabiegiem chirurgicznym 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery akrylowe 

polimetakrylan metylu PMMA 

• Twarde, przeźroczyste 

• Amorficzne 

• Odporne chemicznie 

• Biozgodne 

• Wytrzymałe 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Cement kostny PMMA 

• Dwa składniki; proszek PMMA i ciekły 

monomer, 2 : 1 

• Inicjator polimeryzacji 

• Czas wiązania 10 minut 

• Siarczan baru – wizualizacja 

• Antybiotyk 

• Sterylizowany promieniowaniem 

radiacyjnym 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Cement kostny PMMA 

• PMMA – cement 

Problemy; 

• Wytrzymałość/porowatość 

• Niska adhezja zaprawy 

• Reakcja egzotermiczna 

• Obecność monomerów 

• Skurcz polimeryzacji 

• Reakcje alergiczne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

PMMA - zastosowania 

• Stomatologia 

• Okulistyka – np. implanty soczewek 

wewnątrzgałkowych 

• Ortopedia i chirurgia kostna 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Politetrafluoroetylen PTFE 

• Zbudowany z powtarzających się jednostek CF 2 

• Bardzo wysoka odporność chemiczna 

• Biozgodny 

• Niski współczynnik tarcia 

• Krystaliczny 

• Wysokie parametry mechaniczne 

• Ortopedia, chirurgia kostna (protezy więzadeł), 

kardiochirurgia (protezy naczyń krwionośnych) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Poliuretan 

• Polimer blokowy zbudowany z jednostek giętkich 

(poliole) i sztywnych (diizocjaniany, diole, diaminy) 

grupujących się w domeny 

• Łańcuch zbudowane z dwóch typów segmentów 

połączone są pomiędzy sobą wiązaniami wodorowymi 

• Niska temperatura zeszklenia, wysokie wydłużenie – 

segmenty giętkie 

• Wysoki moduł sprężystości, wytrzymałość – segmenty 

sztywne 

• Polimery bezpostaciowe 

• Zastosowania – kardiochirurgia (np. protezy naczyń, 

cewniki) ortopedia, chirurgia kostna. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery bioresorbowalne w medycynie 

Nici chirurgiczne 

resorbowalne 

(wchłanialne) 

Zastosowanie 

Nici 

chirurgiczne 

Nazwa 

rynkowa 

Dexon 

Vicryl 

Monocryl 

Polysorb 

PGA Suture 

Sysorb 

Endofix 

Arthrex 

Skład 

PGA 

PGA-PLLA 

PGA-PCL 

PGA-PLLA 

PGA 

PDLLA 

PGA-PLLA 

PLLA 

Producent 

Davis and 

Geck 

Ethicon 

Ethicon 

U. S. Surgical 

Luckens 

Synos 

Acufex 

Arthrex 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery resorbowalne w medycynie 

Bioscrew SmartNail-96L_4D-PLAImplant SmartScrewACL 

Zastosowanie 

Śruby 

interferencyjne 

Nazwa rynkowa 

Bioscrew 

Phusiline 

Biologically 

Quiet 

Skład 

PLLA 

PLLA-PDLLA 

PGA-PDLLA 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Producent 

Linvatec, 

Phusis 

Instrument 

Makar 

¦�� 

��


Resorbowalne 

śruby i płytki 

dla chirurgii 

twarzowo-szczękowej 

SmartNail-96L_4D-PLAImplant 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


Stenty do plastyki 

naczyniowej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery resorbowalne dla chirurgii i ortopedii 

(PLLA) (PGLA) 

Resorbowalne śruby i płytki 

dla chirurgii twarzowo-szczękowej 

(zaprojektowane i wytworzone Katedrze Biomateriałów) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery resorbowalne dla inżynierii tkankowej 

600 µm 200 µm 

40 µm 

Mikrostruktura podłoży z 

PGLA (mikroskop 

skaningowy, pow. 50x) 

(zaprojektowane i wytworzone Katedrze Biomateriałów) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Czynniki wpływające na degradację polimerów 

1. Krystaliczność 

2. Masa cząsteczkowa i jej rozkład (polidyspersja) 

3. Właściwości hydrofilowe / hydrofobowe 

4. Obecność składników o niskiej masie cząsteczkowej (oligomery, 

monomery, rozpuszczalniki, inicjatory, lekarstwa) 

5. Proces sterylizacji 

6. Miejsce implantacji 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rodzaje czynników powodujących rozpad implantu w środowisku 

biologicznym 

• Czynniki biologiczne – enzymy, lipidy, makrofagi, komórki olbrzymie 

około ciała obcego – biodegradacja 

(Biodegradacja - proces zachodzący w środowisku biologicznym najczęściej 

związany z reakcjami biochemicznymi, katalizowanymi przez enzymy. 

Enzymy (białka wytwarzane przez organizm człowieka, zwierząt wyższych, niektóre 

bakterie, grzyby, oraz algi) klasyfikowane są zależnie od rodzaju reakcji, którą 

katalizują: hydralaza - reakcje hydrolizy, 

esteraza - reakcje estryfikacji, 

ligaza - reakcje kondensacji). 

• Czynniki niebiologiczne – woda, elektrolity, aktywne postacie tlenu, 

wolne rodniki – degradacja 

• Produkty biodegradacji i degradacji polimerów w żywym organizmie 

- mery, oligomery, związki niskocząsteczkowe pozostałości 

katalizatorów, rozpuszczalników, pozostałości sterylizacyjne. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Degradacja polimerów 

• Chemiczna degradacja następuje w wyniku 

hydrolizy lub reakcji enzymatycznej co powoduje 

fizyczna erozje polimeru 

• Wyróżnia się degradacje; 

• 1. powierzchniową (heterogeniczną) 

• 2. objętościową (homogeniczną) 

• Szybkość dyfuzji oraz szybkość hydrolizy 

decyduje o mechanizmie degradacji. 

• Biodegradacja i degradacja polimerów w 

środowisku biologicznym. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Mechanizmy degradacji polimerów 

Degradacja w masie (objętościowa) 

• Adsorpcja cieczy na powierzchni, dyfuzja do 

wnętrza – zrywanie wiązań wodorowych i Van 

der Walsa 

• Zrywanie wiązań kowalencyjnych w łańcuchu 

polimeru –spadek masy cząsteczkowej polimeru 

• Dyfuzja produktów degradacji na powierzchnię 

polimeru – fagocytoza cząstek, reakcja z 

enzymami małocząsteczkowych produktów 

degradacji. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Mechanizmy degradacji polimerów 

Degradacja na powierzchni 

• Adsorpcja cieczy na powierzchni 

• Reakcja z niestabilnymi wiązaniami 

kowalencyjnymi 

• Produkty degradacji na powierzchni 

polimeru - fagocytoza 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Mechanizm degradacji i bioresorpcji poliestrów alifatycznych 

Reakcja hydrolizy – rozrywanie łańcuchów 

poliestrowych, wydzielanie kwasów 

Poliglikolid (polikwas glikolowy) – PGA 

- [ - O - CH2 – CO - ] n - + n H2O � n HO-CH2-COOH kwas glikolowy 

Polilaktyd (polikwas mlekowy) - PLA 

O 

- [ - O - CH - C - ] n - + n H2O � n HO–CH(CH3 )-COOH 

CH3 kwas mlekowy 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Hydroliza > dyfuzja 

Czas erozji 

Dyfuzja> Hydroliza 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Mechanizm degradacji i resorpcji poliestrów alifatycznych 

Zjawisko autokatalitycznej hydrolizy poliestrów: 

-oligomery zakończone grupą karboksylową, powstałe w wyniku 

reakcji hydrolizy wewnątrz próbki, pozostają w niej uwięzione 

-powodują one przyspieszenie procesu rozrywania łańcuchów 

poliestrowych 

-oligomery z warstw przypowierzchniowych są bez problemu 

wymywane przed całkowitą degradacją 

-w wyniku różnicy koncentracji grup kwasowych tworzy się 

zewnętrzna powłoka, która jest mniej zdegradowana niż 

wnętrze materiału. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Mechanizm degradacji i bioresorpcji poliestrów alifatycznych 

Eliminacja kwasu glikolowego, mlekowego i hydroksyheksanowego w 

cyklu Krebsa 

Kwasy: glikolowy, mlekowy są nietoksyczne; występują w cyklach wielu 

przemian metabolicznych, zachodzących w organizmie człowieka. 

Kwasy są eliminowane w cyklu przemian Krebsa (kwasu cytrynowego, 

kwasu trójkarboksylowego). 

Kołowy, wieloetapowy ciąg reakcji enzymatycznych w mitochondriach, który 

stanowi podstawę oddychania komórkowego i dostarcza energii w postaci 

kwasu adenozynotrójfosforowego (ATP) i substancji dla dalszych przemian 

metabolicznych (np. białek, kwasów tłuszczowych). W wyniku tego procesu 

wydzielają się: energia, CO 2 i H 2 O 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Pytania wykład 5: 

• Zastosowania polimerów w medycynie. 

• Polimery stabilne, niedegradowalne i polimery 

degradowalne. 

• Jakie parametry budowy polimerów wpływają na 

ich właściwości, istotne z punktu widzenia 

zastosowań w medycynie. 

• Degradacja polimerów w medycynie. 

• Rodzaje i zastosowania polimerów 

resorbowalnych w medycynie. 

• Polimery w chirurgii kostnej i ortopedii. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery jako biomateriały 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery w medycynie cz. 2 

• Polimery pochodzenia naturalnego – 

biopolimery 

• Włókna polimerowe w zastosowaniach 

medycznych 

• Hydrożele w medycynie 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polimery pochodzenia naturalnego 

Biopolimery 

Białka Polisacharydy 

(wielocukry) 

Kolagen Kwas hialuronowy 

Soja Kwas alginowy i alginiany 

Chityna i chitozan 

Celuloza 

Właściwości: 

Budują naturalną substancję międzykomórkową (ECM) ( 

Pochodzenia obcogatunkowego 

Utrudnione przetwórstwo 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kolagen 

Białko fibrylarne - prawoskrętna spirala (helisa), zbudowana z trzech 

lewoskrętnych łańcuchów polipeptydowych 

Skład aminokwasów: 35% Gly, 11% Ala, 21% a 

także Pro (hydroxyprolina), Lys (hydroksylizyna) i 

inne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kolagen - właściwości 

-Kolagen jest polimerem bioresorbowalnym, nierozpuszczalnym 

w wodzie. 

Ulega denaturacji pod działaniem podwyższonych temperatur, 

detergentów, roztworów soli, rozpuszczalników 

organicznych, ultradźwięków, stężonych kwasów i zasad. 

Umożliwia to uzyskania materiału o pożądanej masie 

cząsteczkowej, rozpuszczalnego w wodzie lub innych 

rozpuszczalnikach organicznych. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kolagen – zastosowanie w medycynie 

nici chirurgiczne 

kleje tkankowe 

porowate struktury dla inżynierii 

tkankowej i medycyny 

regeneracyjnej 

wypełniacze ubytków kostnych i 

ubytków tkanki miękkiej dla 

celów kosmetycznych 

Catgut 

Catgut chromowany 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Polisacharydy (wielocukry) 

Są to cykliczno-liniowe polietery powstałe w wyniku reakcji 

kondensacji cząsteczek cukrów prostych z odszczepieniem 

wody. Łańcuchy polisacharydów składają się z wielu 

jednostek monosacharydów połączonych wiązaniami 

H glikozydowymi. 

HO HO 

HO 

A CHOH 

CHOH 

O 

B 

CHOH 

CHOH 

HO 

HO 

H 

H 

2 

H 

OH 

OH 

OH 

OH 

H 

A.α-D-glukoza B. β-D-glukoza 

(α-D-glukopyranoza) (β-D-glukopyranoza) 

izomeryczne cykliczne formy glukozy 

HO HO 

HO 

H 

HO 

HO 

H 

H 

2 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

H 

OH 

OH 

O 

H 

OH 

OH 

¦�� 

��


2 

Celuloza 

H 

H 

-jest zbudowana tylko 

HO 

HO 

z jednego rodzaju monosacharydu, H 

α-D-glukozy: 

- łańcuchy celulozy są zgrupowane w wiązki i 

związane ze sobą wiązaniami wodorowymi 

utworzonymi między sąsiednimi grupami 

hydroksylowymi. 

- silne wiązania międzycząsteczkowe a także 

regularna struktura łańcucha powodują, że 

celuloza ma: 

- bardzo wysoki stopień krystaliczności, 

- temperaturę topnienia przewyższającą 

temperaturę rozkładu 

- bardzo niewielką rozpuszczalność. 

Zastosowanie w medycynie: 

Membrany do dializy - Kuprophan 

O 

H 

CH CH OH 

OH 

O 

HO OH OH 

OH 

H 

O 

HO HO 

HO 

H 

H 

H 

CH CH OH 

OH 

2 

H 

OH OH 

OH 

O 

H 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

O 

H 

HO 

HO 

H 

CH CH OH 

OH 

2 

H 

H 

O 

OH 

OH 

H 

O 

¦�� 

��


Alginiany 

- to biodegradowalne polisacharydy otrzymywany przemysłowo z 

brązowych alg morskich 

- kwas alginowy jest liniowym blokowym kopolimerem kwasu β-Dmanuronowego 

(M) i α-L-guluronowego (G) połączonych wiązaniami 

glikozydowymi; 

- poszczególne łańcuchy polimeru mogą zawierać segmenty typu MM, 

GG, oraz MG i są powiązane ze sobą wiązaniami wodorowymi. 

M G 

M G 

Struktura M-G-M-G kwasu alginowego 

Alginiany mają zdolność tworzenia trwałych żeli w wyniku reakcji z solami wapnia. 

Żelowanie alginianów to wynik grupowania się segmentów kwasu poliguluronowego w agregaty, 

w których jony wapnia są rozmieszczone w przestrzeniach między-łańcuchowych 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


Alginiany 

Właściwości 

Alginian sodu - rozpuszczalny w wodzie, alginian wapnia - 

nierozpuszczalny w wodzie. Przez dobór odpowiednich proporcji między 

alginianem sodu i wapnia można kontrolować ich rozpuszczalność i 

degradację in vivo. 

Zastosowanie w medycynie 

- materiały opatrunkowe w postaci włóknin, tkanin, dzianin 

nie przylegają do ran z wysiękiem, 

absorbują wysięk, utrzymują wilgoć 

i przyśpieszają gojenie ran skóry 

(właściwości hydrofilowe), 

- nośniki do kontrolowanego uwalniania leków 

- materiały podłożowe w inżynierii tkankowej 

- bioenkapsulacja komórek 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


Chityna 

Struktura chityny przypomina celulozę z tym wyjątkiem, że grupy 

hydroksylowe w pozycji 2 zostały zastąpione przez grupy acetyloaminowe. 

O 

H 

HO 

HO 

H 

H 

CH CH OH 

OH 

H 

2 

H 

NH 

NH 

O 

COCH COCH3 

O 

CH CH2 OH 

OH 

H 

H 

O 

HO HO 

OH OH 

OH 

H 

H 

H 

O 

O 

HO HO 

HO 

H 

HO 

HO 

H 

H 

H 

H 

CH CH OH 

OH 

2 

H 

CH CH OH 

OH 

H 

2 

OH 

OH 

O 

COCH COCH3 

H 

NH 

NH 

H 

O 

O 

H 

H 

HO 

HO 

O 

H 

H 

HO 

HO 

CH CH OH 

OH 

2 

H 

H 

H 

CH CH OH 

OH 

O 

OH 

OH 

2 

H 

H 

H 

O 

O 

NH 

NH 

H 

COCH 

COCH 

COCH 3 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

chityna 

O 

celuloza 

¦�� 

��


Chitozan 

- jest pochodną chityny otrzymywaną przez jej deacetylację (hydrolizę grup 

N-acetyloaminowych), 

-jednostką podstawową łańcucha polimeru jest β (1-4) 2-amino-2-deoksy-Dglukoza 

(lub D-glukozamina). 

- w większości przypadków deacetylacja obejmuje około 80% grup Nacetyloaminowych, 

pozostałe 20% nie ulegają zmianie. 

O 

H 

HO 

HO 

H 

CH CH OH 

OH 

O 

H 

H 

2 

HO 

HO 

H 

H 

O 

NH NH2 

CH CH OH 

OH 

H 

2 

H 

O 

H 

NH 

NH 

H 

COCH 

COCH 

COCH 3 

O 

O 

HO 

HO 

H 

H 

HO HO 

HO 

H 

H 

H 

CH CH OH 

OH 

H 

CH CH OH OH 

OH 

2 

H 

2 

O 

NH NH2 

H 

COCH COCH3 

NH 

NH 

H 

O 

O 

H 

H 

HO 

HO 

H 

O 

H 

CH CH OH 

OH 

2 

H 

HO 

HO 

H 

O 

H 

NH 

NH 

H 

COCH 

COCH 

COCH 3 

CH CH OH 

OH 

2 

H 

O 

H 

O 

NH NH2 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

H 

O 

chityna 

chitozan 

¦�� 

��

kraby 

Źródła chityny/chitozanu 

HO 

CH2OH 

O 

HO 

O 

NH-C-CH3 

O 

NH 2 

O 

CH2OH 

O 

HO 

1. Adheruje do ujemnie naładowanych powierzchni 

2. Łatwo poddaje się modyfikacji powierzchniowej 

3. Posiada zdolność tworzenia żeli 

CH2OH 

O 

NH2 

O 

x 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

krewetki 

• nierozpuszczalny w wodzie 

• niektóre rodzaje tych polimerów rozpuszczają się w 1% wodnym roztworze 

kwasu octowego, co wykorzystano do ich przetwarzania, np. na włókna, 

• polimery biodegradowalne. 

¦�� 

��

Właściwości biologiczne chityny i 

chitozanu 

• Degraduje do normalnych metabolitów 

• Nietoksyczny 

• Posiada właściwości; 

• 1. hemostatyczne 

• 2. bakteriostatyczne 

• 3. antynowotworowe 

• 4. antygrzybicze 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


Chityna / Chitozan 

Zastosowanie w medycynie: 

�gąbki do tamowania krwi 

�protezy naczyniowe 

�membrany do plazmaforezy 

�folie do pokrywania ran powstałych w wyniku oparzeń skóry 

�sztuczna skóra 

�pokrycia soczewek kontaktowych 

�struktury porowate w inżynierii tkankowej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ograniczenia w wykorzystaniu chityny i 

chitozanu w medycynie 

1. Wysokie koszty przetwórstwa – 

wysokie koszty materiału 

2. Brak stałych źródeł materiału o 

powtarzalnych właściwościach 

3. Wysoka cena powodująca niski 

rynek nie pokrywający kosztów 

otrzymywania materiału 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


Kwas hialuronowy 

- liniowy, nie rozgałęziony polisacharyd z grupy proteoglikanów, 

- zbudowany z dwusacharydu kwasu D-glukoronowego i N-acetylo 

glukozaminy, powiązanych przemiennie wiązaniami glikozydowymi AB 

COO 

COO 

OH 

OH 

CH CH OH 

OH 

O 

O 

H H 

H 

H 

O O 

O 

OH 

OH H 

H 

H HO 

HO 

H 

H 

- 

Struktura kwasu hialuronowego 

(A. Kwas D-glukoronowy; B. N-acetyloglukozamina) 

- jest składnikiem matrycy zewnątrzkomórkowej tkanki łącznej, 

-występuje w cieczach szklistej i wodnistej oka, płynie maziowym, skórze i 

pępowinie 

-posiada unikalne własności wiązania i zatrzymywania wody, co wynika ze 

zdolności tworzenia wiązań wodorowych między grupami karboksylowymi i 

N-acetylowymi kwasu hialuronowego a cząsteczkami wody 

H 

A B 

2 

NHCOCH NHCOCH3 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Włókna w tkankach 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty polimerowe 

włókniste 

Włókna w medycynie’ 

Włókna 

Plecionki 

Tkaniny 

Włókniny 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Włókniste implanty 

Implant rogówki 

Tkaniny dla kardiochirurgii 

Implant łąkotki 

Siatki powięziowe 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implanty włókniste; plecionki siatki, włókniny, 

tkaniny 

Polipropylen, poliuretan, 

poliestry 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Elektrospinning - zalety metody 

Otrzymywanie włókien o małych średnicach (nanowłókna) 

Włókna o dużym rozwinięciu powierzchni 

Włókna o wysokiej wytrzymałości 

Elektrospining – parametry metody decydujące o właściwościach 

włókien; 

Masa cząsteczkowa polimeru, współczynnik dyspersji, struktura 

Właściwości roztworu (lepkość, przewodnictwo) 

Gradient pola elektrycznego 

Temperatura, wilgotność, szybkość przepływu powietrza 

Szybkość ruchu podłoża 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Hydrożele 

• Hydrożel to usieciowany, hydrofilowy polimer, który 

posiada zdolność do absorbcji dużych ilości wody, 

pęcznienia i tworzenia struktur 3D. 

• Hydrożele posiadają zdolność 

• pochłaniania wody jej wydzielania 

• Proces ten sterowany być może 

czynnikami zewnętrznymi takim jak; 

temperatura, pH, pole magnetyczne, 

impulsy elektryczne. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Hydrożele jako biomateriały 

• Wchiterle, Lim 1960 – soczewki z 2hydroksyetylometakrylanu 

–PHEMA 

• Hydrożele – wysoka zawartość wody, 

miękkie, elastyczne, zbliżone parametrami 

mechanicznymi do tkanek miękkich 

• Niskie napięcie powierzchniowe, znikoma 

adhezja w środowisku biologicznym 

• Wysoka zdolność do dyfuzji z wnętrza i do 

wnętrza struktury hydrożelu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Woda w hydrożelu – struktura wody 

• Woda podstawowa- uwodnienie 

hydrofilowych grup polarnych 

• Woda drugorzędowa- rozwijanie 

łańcuchów, oddziaływania z grupami 

hydrofobowymi 

• Wolna woda – wypełnia pory i puste 

przestrzenie 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Hydrożele 

• Woda w hydrożelu stanowi medium 

transportowe dla dyfuzji substancji, a stopień 

sieciowania matrycy polimerowej wpływa na 

własności ich transportu przez materiał. 

• Zmieniając masę cząsteczkową polimeru 

pomiędzy wiązaniami poprzecznymi w sieci 

hydrożelu można otrzymać materiał będący 

rodzajem selektywnego sita molekularnego, 

stanowiącego barierę dla dużych cząsteczek np. 

immunoglobulin, a umożliwiającego dyfuzję 

mniejszych cząsteczek tj. glukoza czy insulina. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rodzaje hydrożeli 

- 

• Hydrożele stałe (chemiczne) – to takie w 

których pomiędzy łańcuchami polimeru 

występują wiązania chemiczne i osiągana 

jest równowaga w stanie pęcznienia (ilość 

wody wprowadzana do wnętrza polimeru 

ściśle określona) 

• Hydrożele odwracalne (fizyczne) – 

wiązania wodorowe pomiędzy łańcuchami 

polimeru 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

�� 

¡¢ 

£¤¥¦§ 

¨¦¥¦ 

©��¦ 

�¥�§ 

�¤ 

��¥ 

©� 

©�§�¥�§ 

��¡ 

�¤¢�� 

�� 

� 

��¥ 

©� 

©�§�¥��¡ 

�¤¢�� 

�¦ 

©��¦ 

�¥��¡ 

�¤¢�� 

¤¤§ 

��¡§ 

�¡ 

�¥� 

�¡ 

��¦ 

¨�¡ 

�¤¢�� Zastosowania hydrożeli medycynie 

Przezskórne 

dozowanie leków 

Soczewki kontaktowe 

Opatrunki

Właściwości hydrożeli istotne dla 

zastosowań medycznych 

• Współczynnik dyfuzji w obrębie hydrożelu 

• Właściwości powierzchniowe, niska 

energia powierzchniowa 

• Właściwości optyczne (ważne w 

soczewkach kontaktowych) 

• Właściwości mechaniczne 

• Trwałość, odporność na degradacje 

• Biozgodność 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Hydrożele jako systemy uwalniania leków 

• Lek wprowadzany jest do hydrożelu w procesie 

polimeryzacji 

• Lek wprowadzany jest wraz z woda w procesie 

pęcznienia 

• Uwalnianie leku obserwowane jest podczas 

pęcznienia hydrożelu lub w trakcie synerezy 

• Leki uwalniane są na skutek działania 

określonego czynnika (temperatura, pH, 

stężenie określonych substancji) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Pytania wykład 6 i 7; 

• Polimery pochodzenia naturalnego w 

medycynie- rodzaje, właściwości, zastosowania 

• Włóknista forma implantów – wykorzystanie 

włókien w inżynierii biomateriałów, przykłady 

implantów włóknistych. 

• Biomimetyczna forma implantów włóknistych. 

• Hydrożele- budowa, właściwości, zastosowania 

medyczne w okulistyce i transporcie leków. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika jako biomateriał 

Wykład 8 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rodzaj 

biomateriału 

Metale i 

stopy 

Polimery 

Ceramika 

Biozgodno 

ść 

produktów 

degradacji 

brak 

brak 

słaba 

lub 

b. dobra 

(resorbowalne) 

? 

Biozgodność 

właściwości 

mechanicznych 

słaba 

dobra 

? 

Reakcja z 

żywym 

organizmem 

Torebka 

łącznotkankowa, 

komórki około 

ciała obcego 

Torebka 



ciała obcego 

Zastąpienie 

implantu przez 

tkankę 

? 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Zakres 

zastosowań 

Ortopedia 

Kardiochirurgia 

stoamatologia 

Wszystkie 

dziedziny 

medycyny 

? 

¦�� 

��

Co to jest ceramika? 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika 

• Czyli nie metal, nie polimer 

• Krystaliczna lub amorficzna 

• Stechiometryczna lub niestechiometryczna 

• Lita lub porowata 

• Odporna chemicznie 

• Odporna termicznie 

• Twarda 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Parametry mechaniczne ceramiki 

• Wysoka granica plastyczności 

• Mechanizm niszczenia – tworzywo kruche 

• Szczeliny Griffithsa 

• Wysoki moduł sprężystości 

• Niski moduł Weibula 

• Nisk wytrzymałość na rozciąganie 

• Niska energia pękania 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioceramika 

• Ceramika tlenkowa lita i porowata 

• Fosforany 

• Bioszkła 

Formy implantów ceramicznych; 

Kształtki lite i porowate 

Granule 

Proszki 

Warstwy 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioceramika 

• Ceramika tlenkowa lita – inertna (torebka z 

tkanki łącznej, brak wiązania pomiędzy 

torebką i materiałem) 

• Ceramika tlenkowa porowata – 

osteokonduktywna, kość wrastająca w pory 

materiału 

• Fosforany - bioaktywna, osteoinduktywna 

• Bioszkła – bioaktywna, osteoinduktywna 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika tlenkowa- spieki nieporowate 

bioinertna ! biozgodna ! 

Ceramika korundowa – 99.5% Al 2O 3 

• Wytrzymałość na: 

• Zginanie 150 – 250MPa 

• Ściskanie 4000 – 5000 MPa 

• Moduł Younga 380 GPa 

• Odporność na ścieranie < 0.001 mm 3 /h 

• Współczynnik tarcia korund/korund – 0.05 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Al 2 O 3 -charakterystyka 

Powierzchnia - zwilżalna /hydrofilowa – kąt 

zwilżania

Nieporowata ceramika tlenkowa 

w ortopedii 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika korundowa w ortopedii 

Mikrostruktura ceramiki korundowej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Osteoliza 

(przypomnienie) 

• Tarcie 

• Produkty tarcia 

• Aktywacja makrofagów 

• Aktywacja ostoklastów 

• Osteoliza – zanik kości 

• Obluzowanie protezy 

• UHMPE – cząstki toksyczne 

• PE zużycie cierne: 50-200µm/rok; 

10 8 -10 10 cz stek /rok = 25mg/rok 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Porównanie zużycia ciernego 

w endoprotezach 

Zużycie cierne powierzchniowe 

metal/ PE – 75 -150 µm/rok 

metal/metal – 2.5 - 3.0 µm/rok 

ceramika/PE 30 -70 µm/rok 

korund/korund 0.5- 1.5 µm/rok 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika tlenkowa-spieki nieporowate 

• Ceramika cyrkonowa ZrO 2 

• Wytrzymałość na; 

• Zginanie 800- 1000MPa (korund 250 MPa) 

• Ściskanie 1800-2000MPa 

• Moduł Younga 150 GPa (korund 380 GPa) 

• Odporność na kruche pękanie 2X lepsza 

od korundu 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zastosowanie w medycynie 

ceramika nieporowate spieki 

• Protezy stawów 

• Implanty dentystyczne 

• Kosteczki słuchowe 

• Implanty do rekonstrukcji czaszki 

• Implanty do stabilizacji kręgów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Porowata ceramika tlenkowa 

Ceramika tlenkowa porowata – osteokonduktywna, 

kość wrastająca w pory materiału 

• Porowatość otwarta 60 –75% 

• Wytrzymałość (zgin.)10 – 20 MPa 

• Biomimetyczny układ porów 

• Pory kanalikowe i okrągłe 100 –500um 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Porowata ceramika tlenkowa 

w medycynie 

• Wrastanie tkanki kostnej do wnętrza 

implantu 

• Zmiana parametrów mechanicznych 

wzrost wytrzymałości (do 70%), obniżenie 

modułu sprężystości ⇒⇒ parametry 

mechaniczne kości zbitej 

• Ubytki tkanki kostnej – implanty dobrze 

zespolone z tkanką kostną 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioceramika 

• Klasa A - materiały osteoproduktywne – 

(osteoinduktywne) reakcja komórkowa i 

pozakomórkowa – trwałe połączenie; kość 

implant 

• Klasa B - materiały osteoprzewodzące 

(porowate) – reakcje komórkowe 

porowate materiały ceramiczne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika fosforanowa – 

fosforany wapnia 

Fosforany - bioaktywna osteoinduktywna 

ß TCP –Ca 3(PO 4) 2 

Bioceramika HAp, Bioceramika TCP 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Fosforany wapnia 

• Hydroksyapatyt ortofosforan wapnia o stosunku molowym Ca/P = 1.667, należy do 

grupy apatytów 

• Stechiometryczny hydroksyapatyt: Ca 10(PO 4) 6OH 2 

• Apatyty izomorficzna grupa bezwodnych fosforanów wapnia; apatyt fluorowy, 

chlorowy, węglanowy i inne. 

• Apatyty biologiczne – hydroksyapatyt niestechiometryczny 

• Apatyt kostny Ca 10-x/2(PO 4) 6-x(CO 3) x(OH) 2 

• 1% of Na, Mg, K, Sr, Zn, Ba, Cu, Al, Fe, F, Cl and Si…. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioaktywność 

• Bezpośredni kontakt tkanka – kość (bez 

włóknistej otoczki) 

• Wiązanie o charakterze chemicznym 

• Tworzenie na powierzchni implantu 

aktywnej biologicznie warstwy apatytu – 

osteoinduktywność 

• Materiały bioaktywne (leczenie tkanki 

kostnej) są osteoinduktywne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika fosforanowa – materiały 

osteoinduktywne - bioaktywne 

Materiał, który posiada zdolność pokrywania się 

warstwą hydroksyapatytu o właściwościach 

zbliżonych do apatytu biologicznego nazywa 

się materiałem osteoinduktywnym 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Ceramika fosforanowa 

ceramika resorbowalna 

• Β – TCP – whitlockit (odpowiednik 

mineralny) 

• Ceramika rozpuszczalna w środowisku in 

vivo 

• Materiał przyspieszający odbudowę tkanki 

kostnej 

• Składnik kompozytów bioaktywnych. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zastosowanie hydroksyapatytu w medycynie 

Wypełnianie ubytków kostnych; 

• Powypadkowych 

• Po resekcji nowotworów 

• W żuchwie i twarzo-czaszce 

• W kręgosłupie 

• Warstwy i pokrycia na implantach metalicznych 

• Składnik kompozytów 

• Materiał modyfikujący właściwości podłoży dla 

inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Właściwości biologiczne hydroksyapatytu 

• Biozgodność z wieloma typami komórek 

• Powierzchnia o właściwościach sprzyjających 

adhezji i proliferacji komórek 

• Właściwości bioaktywne – tworzenie wiązań 

chemicznych pomiędzy tkanką a implantem 

(brak torebki łącznotkankowej) 

• Biozgodne produkty degradacji – szybkość 

degradacji zależna od mikrostruktury materiału, 

wielkości ziaren, stopnia krystaliczności, składu 

chemicznego. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Warstwy HAp, nanoszone plazmo 

SEM 10000x 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Coatings 

seem To 

have Good 

mechanical 

stability and 

adherence 

to substrates 

¦�� 

��

(Niska gęstość) 

usuwanie nadmiaru masy 

suszenie, wypalanie 

Gąbka polimerowa 

Napełnianie gąbki 

masą ceramiczną 

(Wysoka gęstość) 

suszenie 

wypalanie 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioceramika węglanowa 

• Węglan wapnia w przyrodzie – koralowce, 

rafy koralowe i produkty ich wietrzenia 

• Koralowce – 99% aragonit, biozgodny z 

kością, stymulujący proces odbudowy 

kości 

• Syntetyczny węglan wapnia,węglan 

wapnia z dodatkiem fosforanu wapnia, 

porowaty i lity, obiecujący w 

zastosowaniach dla chirurgii kostnej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Cementy ceramiczne 

• Cementy wapniowo- fosforanowe 

(rozpuszczanie i strącanie fosforanów 

wapnia),długi czas wiązania, niska wytrzymałość 

• Cementy szkło-ceramiczne (szkła fosforanowowapniowe 

i wodny roztwór kwasu fosforowego) 

• Cementy bioaktywne wzmacniane włóknami 

węglowymi i hydroksyapatytem 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Szkła i szkłopochodne tworzywa 

szkła bioaktywne 

• Na 2 O – CaO – SiO 2 – P 2 O 5 

• Szkła zawierające; 

• Apatyt 

• Fluoroapatyt 

• Wolastonit 

• Berlinit 

• Flogopit 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Stan szklisty 

• Ciała stałe – krystaliczne, bezpostaciowe 

(amorficzne) 

• Bezpostaciowe- żele, smoły, szkła 

nieorganiczne, szkliste polimery organiczne 

• Brak uporządkowania dalekiego zasięgu, 

izotropia właściwości – ciecz o bardzo dużej 

lepkości 

• Stopniowe przejście od postaci ciała kruchego 

do wysokolepkiego - ciągła zmiana właściwości 

• Zamrożona wysokotemperaturowa struktura – z 

nadmiarem energii reaktywność szkieł 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

SKŁADNIKI SZKIEŁCERAMICZNYCH: 

A. Tlenki szkłotwórcze: tlenki Si, B, Ge, P, As, Zn - tworzą więźbę szkła 

B. Tlenki modyfikujące: tlenki Na, K, Ca, Mg* zrywają wiązania między elementami 

więźby osłabiając ją* wysycają lokalne niedobory ładunku lokując się w lukach 

więźby* łączą fragmenty więźby gdy nie jest ona w pełni przestrzennie 

spolimeryzowana 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Właściwości szkieł krzemianowych 

Substancja bezpostaciowa, tzn. nie ma uporządkowanej budowy wewnętrznej 

Nie posiada stałej temperatury topnienia 

Materiał izotropowy 

Słaby przewodnik elektryczności 

Materiał o dużej odporności chemicznej 

(nie jest odporny na działanie kwasu fluorowodorowego) 

Właściwości mechaniczne szkła : 

twardość w skali Mohsa 5-7 

wytrzymałość na zginanie 30-50 MPa 

wytrzymałość na ściskanie 800-1000 MPa 

moduł Younga 70 GPa 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioaktywność szkieł ceramicznych 

Bioszkła 

Skład bioaktywnego szkła; SiO 2, CaO,Na 2O i P 2O 5 

(L.Hench 1988r) Bioglass 

Bioaktywność zależy od ilości poszczególnych 

składników. 

Szkła rekrystalizowane o różnych ilościach fazy 

krystalicznej zawierające minerały; whitlokit, 

apatyt fluorowy, wolastonit, berlinit i inne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioaktywna ceramika 

bioszkło 

A 

SiO 2 

CaO Na 2 O 

A: Wiązane w ograniczonym zakresie 

B: brak wiązania; reaktywność za niska 

C: brak wiązania; reaktywność za wysoka 

D: Wiązanie pomiędzy tkanką kostną i implantem 

B 

D 

C 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Bioaktywność szkieł 

• Zjawisko wieloetapowe w wyniku którego 

powstaje połączenie pomiędzy implantem i 

tkanką kostną 

• Przebiega na poziomie poza- i 

wewnątrzkomórkowym 

• Zjawisko chemiczne pobudzające komórki do 

osteosyntezy (kościo-tworzenia) 

• Zjawisko przebiegające w środowisku in vitro, in 

vivo 

• Wykorzystywane w testowaniu właściwości 

implantów do integracji z tkanka kostną 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• I etap - wymiana jonowa pomiędzy 

powierzchnią szkła i otaczającą cieczą 

Si –O –Na + + OH - Si – OH + Na + + OH - 

• II etap – formowanie się międzyfazowego 

układu wiązań; 

Si – O – Si Si – OH Si – OH 

• III etap – powstanie warstwy 

uwodnionego żelu krzemionkowego 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• IV etap –migracja jonów wapnia i grup 

fosforanowych do wnętrza warstwy 

żelowej – powstanie warstwy bogatej w 

wapń i grupy fosforanowe, nukleacja 

apatytu 

• V etap – krystalizacja apatytu kostnego 

pomiędzy dwoma fazami (implant/tkanka), 

grupy hydroksylowe częściowo 

zastępowane grupami węglanowymi 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Apatyt tworzący się na granicy faz działa stymulująco na 

komórki kostne 

• Tworzenie matrycy organicznej i jej mineralizacja 

• Apatyt wydziela na powierzchniach organicznych – 

włókna kolagenowe 

• Pomiędzy materiałem syntetycznym i tkanka tworzy się 

naturalna kość 

• Składniki nieorganiczne, budujące warstwę apatytu 

pochodzą lub z rozpadu bioszkła lub z osocza krwi 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rodzaj 

jonów 

Na + 

K + 

Mg 2+ 

Ca 2+ 

Cl - 

HCO 3 - 

HPO 4 2- 

SO 4 2- 

St¡ 

Sztuczne osocze krwi (SBF) 

142.0 

5.0 

1.5 

2.5 

147.8 

4.2 

1.0 

0.5 

¢enie (mmol/dm3) 

Osocze krwi cz owieka 

142.0 

5.0 

1.5 

2.5 

103.0 

27.0 

1.0 

0.5 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Klasyfikacja bioceramiki 

rodzaj „fiksacji” czyli połączenia z tkanką 

• Nieporowata -fiksacja 

morfologiczna 

• Porowata – fiksacja 

biologiczna 

• Z aktywna powierzchnią 

– fiksacja bioaktywna 

• Resorbowalna – zastąpienie 

implantu tkanka kostna 

• Ceramika korundowa i 

cyrkonowa 

• Ceramika fosforanowa, 

korundowa, cyrkonowa 

• Bioszkła, szkło –ceramika, 

hydroksyapatyt 

• TCP, sole fosforanowowapniowe 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rodzaj 

biomateriału 

Metale i 

stopy 

Polimery 

Ceramika 

Biozgodność 

produktów 

degradacji 

brak 

brak 

słaba 

b. dobra 

(resorbowalne) 

umiarkowana 

lub b.dobra 

(resorbowalna) 

Biozgodność 

właściwości 

mechanicznych 

słaba 

dobra 

brak 

Reakcja z 

żywym 

organizmem 

Torebka 



ciała obcego 

Torebka 



ciała obcego 

Zastąpienie 

implantu przez 

tkankę 

Bezpośrednie 

połączenie z 

tkanka kostną 

Zastąpienie 

przez tkankę 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Zakres 

zastosowań 

Ortopedia 

stomatologia 

kardiochirurgia 

Wszystkie 

dziedziny 

medycyny 

Ortopedia 

Chirurgia 

kostna 

stomatologia 

¦�� 

��

Pytania wykład 8: 

• Charakterystyka właściwości fizycznych i chemicznych ceramiki. 

• Rodzaje ceramiki stosowanej w medycynie. 

• Ceramika inertna – rodzaje tworzyw, zastosowania, reakcja tkanek 

na porowate i lite materiały ceramiczne. 

• Ceramika na bazie hyroksyapatytu, właściwości biologiczne, 

zastosowania. 

• Bioszkła jako materiał implntacyjny – skład tlenkowy, reakcja 

bioszkieł z tkanką kostną. 

• Zjawisko bioaktywności implantow osteoinduktywnych. 

• Oddziaływanie ceramicznych implantów ostoindukcyjnych, 

osteoprzewodzących i resorbowalnych z tkanka kostną 

• Wady i zalety bioceramiki. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

1. Węgiel włóknisty 

2. Węgiel warstwowy 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

C 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

σ 

π 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

⇒ 

grafityzacja 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

↑ 

↓ 

⇓ 

↑ 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

↓ 

↑ 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

� 

� 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡¢ 

£¤¢¥ 

¡¢ 

£¤¢¥ 

¦§and�� 

�¤��¤¢ 

¦§¨et al© 

��¢¡ 

� 

¤¢ 

�� 

��© 

�� 

�� 

�� 

��¢¡ 

� 

¤¢ 

�� 

�� 

�� 

�� 

�� 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¨�¥ 

��¢ 

¢¥ 

��¢ 

�� 

�¤��¤¢© 

¡¡©�¥ 

�¡� 

¤¥ 

¦¥ 

¤¢�� 

� ��¥¡ 

¡et al. ��¢¡ 

£§et al. ¨�¤¥ 

� 

¤¢ 

�� 

��© 

�� 

�� 

�� 

¦¡¥§¥ 

¦�¡ 

¨�¡�§ 

�� 

�� 

�� 

synovitis 

¨¤�¥��¥� 

��¢ 

�¤��¡� 

�� 

�¤§� 

�� 

�� 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Różne opinie o włóknach, związane są ze stosowaniem w medycynie włókien 

różniących się strukturą a co za tym idzie właściwościami istotnymi dla 

zastosowań medycznych. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kwas hialuronowy – biopolimer obecny w tkankach 

młodych, substancja przyspieszająca leczenie 

chrząstki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Metody wytwarzania warstw DLC: 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

� 

� 

� 

� 

� 

Modyfikacje mają na celu: 

� 

� 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Otrzymywany w zakresie temperatur 1000-1500 st. C, do temp.pokojowej 

drogą rozkładu termicznego substancji węglonośnych, węglowodorów 

(inhibitor procesu zakrzepowego) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

1. Kompozyty 

2. Nanokompozyty 

Kompozyty i 

nanokompozyty 

jako biomateriały

Biomateriały 

� Metale istopy 

� Polimery 

� Ceramika 

� Węgiel 

� Kompozyty 

Udział poszczególnych grup 

New developments on polymers for tissue 

w zastosowaniach engineering: replacement medycznych and 

regeneration, Madeira, Portugal 2006 

(2006) 

Dr hab. inŜ. prof. AGH Marta BłaŜewicz, 2008

Co to jest kompozyt? 

� … to złoŜony materiał, który składa się z 

dwóch lub więcej faz o odmiennych 

właściwościach a którego właściwości 

stanowią wypadkową właściwości 

poszczególnych składników. 

� … to materiał, którego parametry moŜemy 

zaprojektować i obliczyć. 

� … to materiał w którym kaŜda z faz pełni 

określoną funkcje. 


Kompozyt 

Właściwości kompozytów zaleŜą od; 

� 1. właściwości faz składowych 

� 2. ilości i geometrii faz (włókna, cząstki) 

� 3. sposobu ich rozprowadzenia 

(architektura kompozytu) 

� 4. rodzaju więzi pomiędzy składnikami 

(chemiczna, elektrostatyczna, 

mechaniczna) 


Z wykładu profesora J.Lisa… 


Główne typy kompozytów 

Kompozyty to materiały w których osnowa; 

� 1. zawiera włókna ciągłe lub krótkie 

� 2. zawiera cząstki kuliste lub płytkowe 

� 3. pokryta jest warstwą innego materiału 

Czyli kompozyty; 

� Włókniste 

� Cząstkowe 

� Warstwowe 


Kompozyty w inŜynierii biomateriałów 

� śaden prosty materiał (metal lub stop, 

polimer, ceramika, węgiel) nie jest w 

stanie spełnić wymagań jakie stawia 

medycyna materiałom implantacyjnym. 

� Aby poprawić funkcjonalność lub/i 

biozgodność materiałów tworzy się 

kompozycje z dwóch lub więcej 

materiałów prostych - czyli KOMPOZYTY. 



Kompozyty projektuje się i wytwarza w celu; 

� 1. ograniczenia korozji implantów metalicznych 

� 2. nadania właściwości atrombogennych materiałom dla 

kardiochirurgii 

� 3. nadania materiałom właściwości bioaktywnych – bezpośrednie 

połączenie z tkanką kostną 

� 4. obniŜenia współczynnika tarcia i zuŜycia ciernego w materiałach 

dla ortopedii 

HAp lub 

Bioszkło 

To są kompozyty warstwowe czyli 

materiał + warstwa 

Implant 

DLC lub 

Węgiel 

pirolityczny 



Kompozyty projektuje się i wytwarza w celu; 

� Nadania implantom przenoszącym obciąŜenia odpowiednich 

parametrów mechanicznych w zakresie; 

� 1. modułu spręŜystości 

� 2. wytrzymałości 

� 3. biomimetycznej anizotropii 

parametrów mechanicznych 

To są kompozyty 

włókniste 


To.. 


..teŜ są.. 

…kompozyty 

włókniste 


Kompozyty w ortopedii – płytki stabilizatorów kostnych 

PEEK/Włókno węglowe 


Kompozyty w medycynie - 

włókniste, konstrukcyjne 

Właściwo ciwości ci mechaniczne 

• Projektowalne 

• Niezawodne 

• Powtarzalne 

• Biomimetycznie anizotropowe 

Transparentne dla promieni 

rentgenowskich 

Niska masa – wysoka wytrzymałość 

wytrzyma ść 


Trzpienie endoprotez 

kompozyt włóknisty i warstwowy 

Lekkie, wytrzymałe, parametry spręŜyste i fizyczne zbliŜone 

do tkanki kostnej, bioaktywne. 


Kompozyty włókniste – stabilizatory 

zewnętrzne złamań kostnych 


Kompozyty włókniste – ortezy 

http://www.ortomed.mielec.pl/oferta1.html 

http://www.stanley.poznan.pl/oferta.php?id=1&typ=5 

http://www.sol.nu/pol/orth_p.html 

http://www.ssomedort.com.pl/stawu_skokowego_i_stopy.php 

Elementy ortez wykonane z kompozytów z włóknem węglowym 


Protezy - kompozyty włókniste 

włókna węglowe 

http://www.ortocentrum.com.pl/html/pol/produkty/udo/stopy.html 

http://www.sol.nu/pol/2prost_p.html 

Oscar Pistorius, proteza firmy islandzkiej OSSUR 


Elementy protez wykonane z kompozytów z włóknami węglowymi 

Protezy z napędem hydraulicznymprotezy 

płynowe 

Proteza C-leg pełne sterowanie 

mikroprocesorowe 

Proteza Jasia Meli 

Proteza kończyny dolnej z 

mięśniami pneumatycznymi 


Kompozyty włókniste 

sprzęt rehabilitacyjny 


Kompozyty z cząstkami – zastosowania w inŜynierii biomateriałow 

Cząstki róŜnych kształtów i wielkości (w zakresie mikrometrów) 

Cząstki nieorganiczne rozprowadzone w polimerowych matrycach; 

degradowalnych lub biostabilnych 


Kompozyty z wypełniaczem w formie 

cząstek 

� Poprawa parametrów mechanicznych 

polimerów 

� Właściwości osteoindukcyjne kompozytów 

– cząstki bioaktywne; HAp, TCP, bioszkło 

� Właściwości bakteriobójcze – cząstki 

srebra 

� Kompozyty o matrycach resorbowalnych, 

zawierające mikrosfery, uwalniające 

bioaktywne molekuły lub leki 


Biomimetyczny kompozyt - kolagen i TCP 



Zalety; 

� Modyfikacja parametrów mechanicznych 

� Otrzymywanie tworzyw osteoindukcyjnych (bioaktywnych) 

� Materiały implantacyjne o wyŜszej biozgodności właściwości fizycznych w 

porównaniu z materiałami prostymi 

� Wysoko-funkcjonalne protezy i ortezy, sprzęt rehabilitacyjny 

Wady 

� Układy wielofazowe o słabo rozpoznanej degradacji – problemy związane z 

toksycznością produktów degradacji. 

� Wysoka cena 


Nanomateriały w biomateriałach 

� Nanokompozyty- polimery z 

wypełniaczami nieorganicznymi o 

wielkości w skali nano, polimery 

biostabilne i resorbowalne 

� Funkcjonalizacja powierzchni – 

topografia w skali nano - nanokompozyty 

warstwowe. 


Kompozyty z fazą nano 

� Nanofazy (włókna, cząstki)/ osnowa 

� Kompozyty nie stosujące się do klasycznej 

teorii tworzyw kompozytowych 

� Nanofaza – mikrofaza - ilość powierzchni 

rozdziału faz 

� Nanofaza – wysokie parametry mechaniczne 

(szacowane matematycznie) 


Włókna mikro i nano 

Porównanie właściwości; 

Wytrzymałość ? 

Powierzchnia rozwinięcia? 


1nm 3 

Czas rozpuszczania 

(woda, 25 0 C, pH 7) 

-34 miliony lat 

-1.1 sec 


Nanokompozyty w 

biomateriałach 

� Kompozyty; 

Nanocząstki, nanowłókna / osnowy polimerowe, 

węglowe 

� Kompozyty hybrydowe; 

nanocząstki (nanowłókna) / mikrocząstki (mikrowłókna) 

Modyfikacja parametrów, mechanicznych, 

biologicznych, elektrycznych, cieplnych, 

magnetycznych, procesu polimeryzacji (skurcz), 

czasu resorpcji… 


Przykłady nankompozytów dla potrzeb 

medycyny 

� Materiały opatrunkowe 

� Materiały implantacyjne dla chirurgii kostnej 

� PodłoŜa tkankowe dla inŜynierii tkanek i 

medycyny regeneracyjnej 

� Układy stosowane w dozowaniu leków 

� Bakteriobójczy sprzęt medyczny, wyposaŜenie 

sal operacyjnych szpitali, odzieŜ medyczna 


Nanocząstki w nanokompozytach dla 

zastosowań medycznych. Rodzaj cząstki i jej 

wpływa na poprawę właściwości (przykłady). 

� Krzemiany warstwowe (właściwości 

mechaniczne, wytrzymałość i moduł 

spręŜystości) 

� Hydroksyaptyt (właściwości bioaktywne) 

� Srebro (właściwości bakteriobójcze) 

� I inne ? 


Powierzchnie nanostrukturalne 

nankompozyty warstwowe 

� Nanocząstki bioaktywne na powierzchniach 

materiałów inertnych – właściwości 

bioaktywne (tkanka kostna) 

� Powierzchnie o chropowatości w skali nano 

- poprawa adhezji i proliferacji komórek 

� Nanowłókna, nanoszone na lite powierzchnie 

(polimerowe, ceramiczne) –lepsza adhezja i 

proliferacja komórek. 


Nanomodyfikacja powierzchni 

� Powierzchnie nanostrukturalne wykazują wyŜszą biozgodność 

z komórkami w porównaniu z powierzchniami 

mikrostrukturalnymi 

� Fibroblasty 

� Komórki nerwowe 

� Komórki mięśni gładkich 

� Komórki śródbłonka 

� Komórki kostne osteoblasty 

K. Fujihara et.al.. Biomaterials 26 2005,4139-4147. 


Nanotoografia powierzchni, płytka polistyrenowa po 

obróbce laserowej, kierunkowa adhezja komórek do 

powierzchni materiału. 


InŜynieria biomateriałów 

Funkcjonalizacja powierzchni tworzyw implantacyjnych 

fibroblast 

Wood J. “Nanotube scaffolds for tissue engineering”, Materials Today 7 (2004) 10. 

Nanowłókna na 

powierzchni 

materiału 


Pytania do wykładu; 

� Co to jest tworzywo kompozytowe i od czego zaleŜą jego 

właściwości? 

� Jakie są rodzaje tworzyw kompozytowych i które z nich znajdują 

zastosowanie w medycynie? 

� Jakie zastosowania w medycynie znajdują włókniste materiały 

kompozytowe? 

� W czym tkwi duŜy potencja tej grupy tworzyw dla zastosowań w 

medycynie? 

� Jakie parametry osnów polimerowych moŜna modyfikować przy 

zastosowaniu nanocząstek? 

� W jaki sposób inŜynieria biomateriałów wykorzystuje właściwości 

hydroksyapatytu, do wytwarzania materiałów kompozytowych? 

(rodzaje kompozytów z HAp)? 


Nanomedycyna 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nanomedycyna 

Jest to dziedzina, która zajmuje się 

diagnozowaniem, naprawą, konstrukcją 

(rozbudowa systemu obronnego) i analizą 

ludzkiego organizmu na poziomie molekularnym 

przy zastosowaniu nanorobotów i nanostruktur 

(Robert A. Freitas). 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nanomedycyna - definicja 

Nanomedycyna to jedna z dziedzin 

wchodzących w skład nanotechnologii, 

zajmująca się wysoko wyspecjalizowanymi 

działaniami medycznymi mającymi na celu 

leczenie lub regeneracje tkanek 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nanomedycyna obszary zastosowań 

• Analityka 

• Nanowizualizacja 

• Nanomateriały i nanourządzenia 

• Nowe rodzaje terapii 

• Systemy dozowania leków 

• Normy, badania toksyczności, związane z 

nanotechnologiami stosowanymi w 

medycynie. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Terapia i diagnostyka przy zastosowaniu 

nanocząstek 

Czynniki decydujące o atrakcyjności (przydatności) 

nanocząstek w medycynie to; 

• Rozmiar pozwalający na swobodną migracje 

przez membrany biologiczne (błona komórkowa) 

• Chemiczne właściwości powierzchni 

pozwalające na jej modyfikacje w szerokim 

zakresie, immobilizacja; leków, białek, genów… 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Rodzaje nanocząstek stosowanych w medycynie 

• Polimerowe, metaliczne, ceramiczne, 

węglowe 

• Płytki, cząstki kuliste, włókna 

• Biodegradowalne 

• Magnetyczne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nanomedycyna - stan aktualny 

Nośniki lek w nanocząstki jako urządzenia 

naprowadzające 

• Nanocząstki magnetyczne - hipertermia 

• Sensory 

• Kropki kwantowe – zastosowania analityczne 

• Nanostrukturalne implanty, podłoża dla inżynierii tkanek, 

materiały dla medycyny regeneracyjnej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nośniki leków; nanocząstki magnetyczne (Fe 2O 3), jako 

urządzenia „naprowadzające”, przy zastosowaniu 

zewnętrznego pola magnetycznego 

magnetycznych nośników 

leków 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nośniki leków – nanocząstki jako urządzenia 

„naprowadzające” 

Nanocząstki 

inhalacja 

Nanocząstki 

Nowotwór 

Pole 

Magnetyczne 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Magnetyt 

Tkanka 

Nośnik leku 

lek 

Magnetyczne nośniki leków 

Magnes 

Kapsułka polimerowa 

Naczynie krwionośne 

Linie pola magnetycznego 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Nanometryczne cząstki magnetyczne 

w terapii rakowej - hipertermia 

Metoda wykorzystuje dużą wrażliwość komórek nowotworowych 

na podwyższenie temperatury. Metoda składa się z 

następujących etapów; wprowadzenie bezpośrednio do chorej 

tkanki lub do krwiobiegu cząstek magnetycznych a następnie 

przyłożenie zmiennego pola magnetycznego o takiej 

amplitudzie i częstości by spowodować grzanie się cząstek. 

• Hipertermia – parametry terapii 

• Pacjent po iniekcji nanocząstek 

• Pole magnetyczne ~ 100 KHz ~ 30 minut 

• Temperatura 41-45 0 C 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Cząstki 

magnetyczne 

¡¢£ 

¤¥¦§¨© 

¥� 

��©� 

�¦¡��©�£¨ 

PEG 

Modyfikacja 

powierzchni 

Błona 

komórkowa 

Mechanizm transportu cząstek magnetycznych do wnętrza komórki 

�£ 

¤�©� 

�� 

¦�� 

¦� 

�¢�� 

Magnetyzm w medycynie 

Kwas 

foliowy 

¦¦� 

�� 

�¦�©� 

��¡�¡ 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

��©� 

¥�� 

�� 

¥��¢ 

¦�� 

��

Quantum Dot 

kropka kwantowa 

Nanokryształy zbudowane z dwóch warstw półprzewodnika; 

nanokryształ CdSe pokryty ZnS, otoczony TOPO 

(topotektanem). 

1. Wielkość strefy wzbronionej zależy do wielkości kropki 

kwantowej i wraz z jej spadkiem, rośnie 

2. Zdolność adsorpcji i emisji światła o różnej długości fali 

3. Fotostabilność większa od znaczników organicznych 100 

–200x. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kropki kwantowe 

Zdolność rozkodowywania dużej liczby biomolekuł 

przy użyciu kolorów i różnych ich poziomów intensywności 

Obserwacje zjawisk zachodzących w żywych tkankach 

w długich okresach czasu . 

Możliwości wykrywania komórek rakowych i śledzenia ich wędrówki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Kropki kwantowe wizualizacja in vivo 

Zdolność przyłączania biologicznych 

molekuł; białka, kwasy nukleinowe – 

nawigacja typu, przeciwciało -antygen 

Wielowymiarowa detekcja – emisja (dł. fali) 

zależy od wielkości cząstki 

Obojętne biologicznie 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Czynniki wpływające na właściwości 

biologiczne nanocząstek 

• Powierzchnia rozwinięcia 

• Chemia powierzchni 

• Rozmiar i kształt 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Przyczyny toksyczności nanocząstek 

Posiadają aktywną i dużą powierzchnie mogą oddziaływać 

z biomolekułami w warunkach in vivo i in vitro 

Mogą być nieprawidłowo rozpoznane przez system 

immunologiczny 

Mogą powodować ostry stan zapalny, który w końcowym 

efekcie prowadzić może do nowotworu. 

Mogą powodować pogorszenie w chorobach serca, 

arteriosklerozie i astmie. 

Mają rozmiar białek i mogą ingerować w przekazy 

informacji międzykomórkowej 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Inżynieria tkankowa 

Medycyna regeneracyjna 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Transplantologia 

Transplanty 

(przeszczep) 

Autografty 

Allografty 

Izografty 

Ksenografty 

Materiały dla 

medycyny 

Inżynieria 

Tkankowa 

Podłoża/skafoldy 

Biomateriały 

Medycyna 

regeneracyjna 

inteligentne bio 

-materiały 

BIOMATERIAŁY 

Implantologia 

Implanty 

(wszczep) 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

! 

¦�� 

��

Co to jest inżynieria tkankowa? 

skafold komórki 

Bioreaktor 

Bioaktywne 

molekuły 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Podłoże (scaffold) 

• Kształt zdefiniowany ubytkiem tkanki przeznaczonym 

do leczenia – tomografia komputerowa 

• Wysoka porowatość (otwarta), powierzchnia o 

chropowatości, pozwalającej na adhezje komórek 

• Formy nanostrukturalne poprawiające adhezje 

komórek 

Goldstein et al. Tissue Eng 5:421, 1999 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Podłoże (scaffold) 

Powierzchnia podłoża zaopatrzona w 

bioaktywne molekuły, stymulujące 

komórki do proliferacji i tworzenia tkanki 

(leki, geny, czynniki wzrostu..) 

Określony czas degradacji (resorbcji). 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Dynamiczny bioreaktor 

Medium, zawierające odżywki i tlen, dla 

komórek zasiedlających podłoże 

medium 

podłoże 

Goldstein et al Biomaterials 22:1279, 2001 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

tkanka 

komórki 

komórki 

Chrząstka 

konstrukt 

Namnażanie komórek 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Idea – biomimetyczna aktywacja procesu 

regeneracyjnego 

• Narzędzia – komórki, geny, komórki 

modyfikowane genetycznie, czynniki wzrostu, 

hormony, nanotechnologie w zakresie 

materiałów do enkapsulacji komórek i podłoży 

tkankowych 

• Cel – nowe metody leczenia 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


….powstała w oparciu o przekonanie że 

organizm ludzki posiada zdolność 

samoleczenia, jeżeli tylko przekazane 

zostaną mu odpowiednie sygnały… 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Metody regeneracji tkanek 

medycyna regeneracyjna 

• Iniekcja aktywnych czynników czynnik w do chorej tkanki – 

metody biomolekularne 

• Transplantacja komórek, kom rek, komórki kom rki mogą mog być by 

enkapsulowane, enkapsulowane, 

równie r wnież komórek kom rek 

modyfikowanych genetycznie – metody 

komórkowe 

kom rkowe 

• Wszczepienie podłoży pod y o biomimetycznej 

budowie zaopatrzonych w bioaktywne molekuły moleku y 

ew. w komórki kom rki- metody materiałowe 

materia owe 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Medycyna regeneracyjna – metody materiałowe 

Inżynieria 

tkankowa 

Bioreaktor 

komórki 

Biomimetyczny, inteligentny 

biomateriał 

Bioaktywne 

molekuły 

Medycyna 

regeneracyjna 

Ludzki organizm 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Medycyna regeneracyjna – metody materiałowe 


Biomateriał – założenia konstrukcyjne; 

1. Podłoże tkankowe o budowie 

inspirowanej strukturą macierzy zewnątrzkomórkowej (zastępowanej tkanki) 

(Funkcjonalizowane aktywnymi biomolekulami, zasiedlone komórkami) 

2.Membrana typu; 

komórki 


biomateriał 

Bioaktywne 

molekuły 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Wskazania do regeneracji nerwów 

• Nerwy układu obwodowego – przerwana 

ciągłość nerwu (urazy układu kostnego) 

• Ubytek nerwu większy niż 3-5 cm 

• Mniejsze ubytku- zszycie nerwu. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Sposoby leczenia przerwanych nerwów obwodowych 

• Terapia „materia materiałowa owa” – podłoża 

tkankowe -przewodniki nerwów (nerve 

guide) 

• Terapia biomolekularna – czynniki 

wzrostu, geny, czynniki antyapoptozowe 

• Terapia komórkowa 

kom rkowa; komórki Szwanna, 

genetycznie modyfikowane komórki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

1. Włókna otoczone 

tkanką – środnerwie 

2. Pęczki włókien 

otoczone 

tkanką- onerwie 

. 

3. Całość zamkniętą 

tkanka - nanerwie 

Budowa nerwu obwodowego. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Wymagania dotyczące materiałów na 

przewodniki nerwów, (nerve guides) – medycyna 

regeneracyjna 

• Biozgodność 

• Możliwość wszycia 

• Możliwość sterylizacji 

• Długi okres degradacji 

• Sztywność osiowa 

• Elastyczność wzdłużna 

• Biomimetyczna struktura, porowata rurka lub 

rurki 

• Właściwości elektryczne ? 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Proksymalny 

koniec nerwu 

Przewodnik nerwu 

Implant do regeneracji nerwu- idea 

Space maker 

(membrana) 

Podłoże 

Czynniki wspomagające regeneracje 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Dystalny 

koniec nerwu 

¦�� 

��

Budowa i funkcje skóry 

• Izolacja, ochrona 

• Termoregulacja 

• Odbiór bodźców 

• Gospodarka witaminowa, tłuszczowa, 

wodna 

• Wydzielanie dokrewne i inne funkcje 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Włókna kolagenowe w formie 

nieregularnego układu, ok.72% masy 

suchej 

• Włókna elastynowe wokół włókien 

kolagenowych 

• Matryca (matrix) kwas hialuronowy i 

chondroitynowy, białka, glikoproteiny 

• Trzy warstwy; tkanka podskórna, skóra 

właściwa, naskórek 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Tkanka podskórna; tkanka łączna właściwa 

luźna, tkanka tłuszczowa – zapas energii, 

umożliwia przesuwanie się skóry nad podłożem 

mięśniowo-chrzęstnym 

• Skóra właściwa; tkanka łączna zwarta – włókna 

kolagenowe i elastynowe, wysoka wytrzymałość 

na rozciąganie, naczynia krwionośne, receptory, 

torebki włosów 

• Naskórek wielowarstwowy; komórki 

nabłonkowate- keratynocyty 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��


• Skóra największy narząd w organizmie ludzkim 

do 2m 2 

• Skóra jako materiał – kompozyt o wysokiej 

hierarchii struktury, kompozyt włóknisty 

posiadający włókna różniące się właściwościami 

mechanicznymi i średnicą, budowa warstwowa 

• Skóra – kompozyt wielofunkcyjny 

• Skóra – kompozyt posiadający właściwości 

samo –leczenia, likwidacja defektów 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Wskazania do leczenia ubytków skóry 

• Rany oparzeniowe, różnego pochodzenia 

• Trudno-gojące się rany 

• Blizny ograniczające ruchomość kończyn 

• Blizny – kosmetyka 

Implanty skóry (sztuczna skóra), inżynieria 

tkankowa, implanty z naturalnych tkanek, 

autografty 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Implant INTEGRA – medycyna regeneracyjna; 

„metody materiałowe” 

podłoże o strukturze zbliżonej do budowy skóry 

właściwej, otoczone folią (space marker) 

• Implant dwuwarstwowy 

• Włókna kolagenowe (bydlęce), siarczan 

chondroityny z chrząstki rekina 

• Pory 20 –125 um 

• Silikonowa folia 

• Zatwierdzony przez FDA 1995 

• Yannas, Burk – USA 

• Koszt w Polsce 1m 2 

300 tys.PLN 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Integra –schemat leczenia tkanki 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

Space maker 

(membrana) 

Podłoże 

¦�� 

��

Pytania do wykładu; 

• Nanomedycyna – definicje, terapia i diagnostyka 

nanoczastkami – magnetyczne nośniki leków, 

hipertermia, opisy metod. 

• Nanokropki kwantowe i ich zastosowania w medycynie. 

• Nadzieje i zagrożenia; nanoczastka w żywym 

organizmie. 

• Idea inżynierii tkankowej – przykład zastosowania. 

• Co to jest medycyna regeneracyjna – metody 

biomolekularne, komórkowe i „materiałowe”. 

• Podłoże dla medycyny regeneracyjnej, jako materiał 

niosący informacje, regulujący i wspomagający 

regeneracje tkanek. 

¡ 

¢£ 

¤¥ 

¦§ 

¨¥ 

©¡� 

�¥ 

��£¡ 

�£ 

��£ 

¨�� 

¦�� 

��

Zagadnienia z Biomateriałów - seminaria 

1. Przyczyny rozwoju inżynierii biomateriałów. 

2. Endoproteza stawu biodrowego (rodzaje trzpieni, materiały wykorzystywane na 

poszczególne jej elementy, rodzaje komplikacji po implantacji). 

3. Macierz zewnątrzkomórkowa – budowa, funkcje. 

4. Jakie czynniki powierzchni materiału mają wpływ na odpowiedz komórkową. 

5. Porównanie właściwości mechanicznych, elektrycznych, strukturalnych, chemicznych 

i biologicznych podstawowych grup materiałowych (metale, ceramika, polimery, 

węgiel). 

6. Rola powierzchni w inżynierii biomateriałów. 

7. Rodzaje badań fizykochemicznych biomateriałów. 

8. Otrzymywanie linii komórkowych (hodowle komórek), rodzaje linii komórkowych 

9. Co możemy oznaczyć w badaniach biologicznych in vitro i in vivo. 

10. Porównanie metod badania biozgodności w warunkach in vitro i in vivo. 

11. Zastosowanie stopów z pamięcią kształtu w medycynie. 

12. Wymagania stawiane polimerom medycznym. 

13. Połączenia pomiędzy kością, a implantem. 

14. Materiały polimerowe wykorzystywane przy łączeniu tkanek miękkich (nici i kleje). 

15. Rodzaje sterylizacji. 

16. Metody formowania implantów ceramicznych. 

17. Ceramika resorbowalna i nieresorbowalna oparta na fosforanach wapnia. 

18. Metody nanoszenia pokryć ceramicznych na implanty metaliczne. 

19. Cechy biozgodnych włókien węglowych otrzymywanych z PAN-poliakrylonitryl. 

20. Rodzaje powłok węglowych stosowanych na pokrycia implantów w medycynie. 

21. Potencjalne możliwości zastosowania materiałów w skali nano w inżynierii 

biomateriałów. 

22. Niebezpieczeństwa związane z zastosowaniem nanomateriałów. 

23. Idea inżynierii tkankowej. 

24. Metody otrzymywania podłoży (skafoldów) dla potrzeb inżynierii tkankowej.

(Microsoft PowerPoint - wyk\263ad 1 wprowadzenie.ppt)

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?