13 Дәріс Тақырып. Бионанотехнологияға және медицинаға арналған материалдар

жүктеу 314,83 Kb.

бет	1/6
Дата	30.11.2023
өлшемі	314,83 Kb.
	#44517

1 2 3 4 5 6

№13 Дәріс

Медицинаға арналған құрылма наноматериалдар.

№13 Дәріс

Тақырып. Бионанотехнологияға және медицинаға арналған материалдар

Медицинаға арналған құрылма наноматериалдар
Нанофармакология мен нанодәрілер
Медицинадағы магнитті наноматериалдар
Нанокапсулалар
Нанодәрілер мен наномедицина
Микробиология мен медицинаға арналған наноаспаптар

Қазіргі заманғы бионанотехнологиялар жаңа жүйелерді жасауға биологиялық та, нанотехнологиялық та тәсілдерді, яғни биологияны, химияны, физиканы және материалтануды бірге қолданады. Бионано технологиялар биологиялық молекулалар, тірі жасуша жүйелері мен адам қолымен жасалған наноқұрылымдарды қосарландыруды білдіреді. Табиғи объектілер бірегейлігі әрқашанда адамды шабыттандырып , құрылымдар мен механизмдер мүлтіксіздігін жасанды түрде жасалған жүйелерде қайталау мақсаты қойылды. Наноматериалдар табиғатта кеңінен таралған. Наноқұрылымдар биологиялық құрылмалар мен қорғағыш жамылғылар негізін құрайды. Бірегей ұйымдастырылуы есебінен олар ерекше механикалық қасиеттер көрсетеді және химиялық құрамы ұқсас жасанды түрде жасалған құрылма материалдардан (өрмекші өрмегі, ұлулар сауыттары, інжу, сүйек ұлпасы, ағаш) асып түседі. Мұндай материалдарды зертханалык жағдайларда синтездеуді үйренуге ұмтылыс нанотехнологиядағы жаңа бағыттың - биомиметиканың пайда болуына әкелді .

Медицинаға арналған құрылма наноматериалдар. Табиғаттың кешенді наножүйелерді жасауға ұмтылысын табиғи нанокомпозит сүйек ұлпасының мысалында көрсетуге болады. Сүйек бірегей табиғи материал. Оның құрамына сүйек майы, жүйке және қан тамырлары кіреді. Сүйек ұлпасының құрылымдық ұйымдастырылуының жеті деңгейі бар. Сүйектің остеон деп аталатын негізгі «Құрылысының» бірлігі сақиналы қабаттары белгілі бір бағыты бар тығыз орналасқан пластиналардан тұратын цилиндрлі түзіліс (10-15 мкм) болып табылады (13.1 - сурет). Көршілес қабаттар пластиналары бір - біріне қатысты белгілі бір бұрышпен орналасқан және кальций фосфаттарының (гидроксилапатит, ГАП ) нанокристалиттерімен беріктелген коллаген фибрилдерінен тұрады. ГАП кристалдары сүйек кұрамында коллагенді талшықтар бойына ұзын жағымен орналасқан пластиналар (95 %) немесе инелер түрінде болады. Архитектура табиғи композиттің жоғары беріктілік сипаттамаларын қамтамасыз етеді .

13.1- сурет . Адам сүйек ұлпасы остеондары мен сүйек ұлпасының неорганикалық құрамды бөлігінің құрылымы

Сүйек ұлпасының құрамына кіретін коллагендер адам ағзасындағы ең көп таралған ақуыздар ( жалпы мөлшердің 30 % -ы ) болып табылады. Олар ұлпаларға иілгіштік пен механикалық беріктікті береді. Коллагендер молекулалары үш спиральді оралған полипептидті жіптерден тұрады. Коллаген молекулалары диаметрі 100-2000 нм фибрилдерге жиналуға қабілетті. Сонымен, сүйек «минералды құрамдас бөлік - бионимдер» құрамды күрделі ұйымдасқан композит болып табылады. Сүйек ұлпасының механикалық сипаттамалары сүйек типіне, күш сипатына, адамның жас шамасы мен жынысына байланысты өзгереді. Сүйектің механикалық касиеттері анизотропты (түтікті сүйек бойына және оған перпендикулярлы өлшенген қасиеттер ерекшеленеді ).

Қазіргі заманғы медицина жасанды импланттантарсыз - зақымдалған ұшалар мен мүшелердің орнын басатын биоматериалсыз мүмкін емес . Ұлпа инженериясына арналған материалдарды жасау мәселесі әлем халықтарының қарқынды қартаюын ескергенде, әсіресе өзекті болып табылады. Қазіргі кезде қажет биоматериалдар мөлшері ондаған тон на деңгейінде бағаланады, соның ішінде сүйек ұлпасының ақауларын қалпына келтіруге арналған имплантанттар көп үлеске ие. Сүйек имплантанттарына қойылатын талаптар өте күрделі және қарама - қайшы екенін ескеру қажет: материал жоғары беріктілікке, аз 10 юнг модуліне (~ 20 гПа); оптималды кеуектілікке (қуыстар диаметрі 150-200 мкм, сүйек ұлпасының жетілуін және тез резорбцияны қамтамасыз ету үшін) ие болуы тиіс, ол ағза ұлпаларымен биохимиялық және механикалық үйлесімді болуы қажет, ал идеалды жағдайда сүйектің табиғи түрде қалпына келу үдерістерін – остеосинтезді, материалдың тез биодеграциясын және оның өсіп келе жатқан сүйек ұлпасымен алмасуын қамтамасыз ету арқылы, ынталандыруы тиіс. Биоматериалдар мен сүйек минералының химиялық және морфологиялық сәйкестігі биомедициналық мақсаттағы жаңа материалдарды құрастырудың негізінде жатқан негізгі принциптерінің бірі болып табылуына негіз бар деп санауға болады.
Биоматериалдар нарығында алғашқылардың бірі болып ГАП/полиэтилен композиті ұсынылды. Бұл материал жарықшаға беріктігі (жарықшалар таралуына кедергісі ) бойынша сүйектен кем түспейді (ГАП мөлшері ~ 50 %) және оған Юнг модулінің ұқсас мәндеріне 1-8 гПа ие. Мұндай композит кемшілігі оның аз биодеградирленуі, ал полиэтилен сүйекке жетілуін нашарлатады. Сонымен қатар материалдың біртіндеп деградациялануы улы өнімдердің түзілуіне әкелуі мүмкін. Биоүйлесімді материалдар ретінде көбіне коллаген (және оның жартылай денатурленген формасы - желатин), хитозан, полиантиденелер мен полигликолидтер қолданылады. Коллагенді фибрилдердін реттелу периоды қуыстарда өсетін кристаллиттер мөлшерін анықтайды. Коллагенді қолдану арқылы резорбциясы бақыланатын материалдар ды жасауға болады . Сонымен қатар, коллаген пролонгирлеуші әсерлі дәрілік препараттардың тасымалдағышы ретінде болуы мүмкін .
ГАП/коллаген композиттері химиялық құрамы бойынша сәйкес құрылымдық ұйымдасуға ие болмаса да шынайы сүйекке сәйкес болады. Мұндай материал аз мөлшерлі ақауларды емдеу үшін өте тиімді: Композиттер көбінесе гидроксилапатит ұнтағын коллаген ерітіндісімен қарапайым араластыру арқылы алынады. Мұндай композиттердің қысуға беріктігі 6,5 МПа, Юнг модулі 2 ГПа, бұл керамикалық имплантанттар талаптарын қанағаттандырады. ГАП / коллаген композиттерін алуға деген биомиметикалық тәсіл ұлпааралық сұйықтық құрамын кайталайтын коллаген талшыктарына SBF ерітінділерінен (Simulated bоdу fluids) ГАП нанокристалдарын тұндыруға негізделген. Биомиметикалық түрде алынған ГАП/коллаген композиттері механикалық беріктіліктің жоғары мәндерін көрсетеді, бұл мұндай материал компоненттерінің өзара интеграциясының жоғары дәрежесіне байланысты. Өкінішке орай, сүйек ұлпасының құрылымын жасанды түрде биомиметика мен бионанотехнологияның жаңа әдістерін қолдану арқылы да ГАП/коллаген композиттері химиялық құрамы бойынша сәйкес құрылымдық ұйымдасуға ие болмаса да шынайы сүйекке сәйкес болады. Мұндай материал аз мөлшерлі ақауларды емдеу үшін өте тиімді: Композиттер көбінесе гидроксилапатит ұнтағын коллаген ерітіндісімен қарапайым араластыру арқылы алынады. Мұндай композиттердің қысуға беріктігі 6,5 МПа, Юнг модулі 2 ГПа, бұл керамикалық имплантанттар талаптарын қанағаттандырады. ГАП / коллаген композиттерін алуға деген биомиметикалық тәсіл ұлпааралық сұйықтық құрамын қайталайтын коллаген талшықтарын SBF ерітінділерінен (Simulated bоdу fluids) ГАП нанокристалдарын тұндыруға негізделген. Биомиметикалық түрде алынған ГАП / коллаген композиттері механикалық беріктіліктің жоғары мәндерін көрсетеді, бұл мұндай материал компоненттерінің өзара интеграциясының жоғары дәрежесіне байланысты. Өкінішке орай, сүйек ұлпасының құрылымын жасанды түрде биомиметика мен бионанотехнологияның жаңа әдістерін қолдану арқылы да кайталау мүмкін емес. Бірақ бұл саладағы ғылыми және технологиялық даму биорезорбцияланушы нанокомпозиттердің қазіргі медицина талаптарын толық қанағаттандыратын сүйек ұлпасының алмастырушысының жуық арада жасалуына негіз береді .

жүктеу 314,83 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6