Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

BIOKOMPATIBILIS ANYAGOK Dr. prof. Nagy József. Biokompatibilis anyagok és a biofunkcionalitás. Biokompatibilitás A szervezet és a beépített anyag közti.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "BIOKOMPATIBILIS ANYAGOK Dr. prof. Nagy József. Biokompatibilis anyagok és a biofunkcionalitás. Biokompatibilitás A szervezet és a beépített anyag közti."— Előadás másolata:

1 BIOKOMPATIBILIS ANYAGOK Dr. prof. Nagy József

2 Biokompatibilis anyagok és a biofunkcionalitás. Biokompatibilitás A szervezet és a beépített anyag közti kölcsönhatás. Ez lehet a.) fizikai b.) kémiai C.) biológiai Biofunkcionalitás Anyag betölti a kívánt szerepet, rendelkezik megfelelő mechanikai és reológiai tulajdonságokkal. Anyagcsaládok: Fémek, ötvözetek, kerámiák, polimerek (duromerek, elasztomerek), gélek, kompozitok. Az anyag biokompatibilitását befolyásoló tényezők: Az anyag felületi tulajdonsága, kémiai stabilitás, bomlástermékek. Az eszköz mérete és alakja és fizikai tulajdonsága.

3 Biokompatibilis anyagok Protézis, külső pót-testrész (műláb, műkéz, stb.) Implantátum. Humán szövetek és csontok közé épített eszköz, vagy funkcionális anyag. (pacemaker, műfogsor, ujjizület stb.). 1. ultra rövid idejű, 2. rövid idejű, 3. tartós használati implantátumok. Bioanyagok (biomateriálok). Orvosi segédanyagok, orvosi eszközök. Mesterséges szervek. (pacemaker, műszív, testfolyadékot szállító shunt-ok.)

4 ANYAGCSALÁDPÉLDÁK FémekAu, Ti, Pt ÖtvözetekCoCrMo, CoCrNi FeCrNi (ausztines saválló acél) PtRh KerámiákAl 2 O 3 Porcelán Pirolitikus grafit MűanyagokPE, PP, PTFE PMMA ElasztomerekSzilikonkaucsuk PUR Természetes és mesterséges gumi KompozitFémbetétes műfogsor Szénszálas csípőízület BiopolimerekTenyésztett bőrszövet

5 Biokompatibilis osztályok Hisztokompatibilitás: implantátum - szövet kölcsönhatás Hemokompatibilitás: a vérrel érintkező eszköz nem lehet trombogén, trombusképző Cellurális kompatibilitás: összeférhetőség az élő sejttel

6 Hisztokompatibilitás Implantátum tulajdonságokSzöveti reakciók Toxikus (mérgező)Szövetelhalás (nekrózis) Inert (közömbös)A szövet betokozza az implantátumot (nem ismeri fel idegenként, csak mintegy körülveszi) BioaktívA környező szövetek hozzákötődnek, tapadnak az implantátumhoz Degradábilis (lebomló, felszívódó)A szövet (idővel) pótolja az implantátumot. Átveszi annak szerepét.

7 Biokompatibilitást befolyásoló tényezők AnyagKémiai tulajdonság Felületi kémiai tulajdonság Felületi érdesség, símasság Felületi töltésállapot Kémiai stabilitás Kémiai bomlástermékek Bomlás termékek fizikai tulajdonságai Az eszközMéret Alak (geometria) Mechanikai tulajdonságok A befogadó testszövetek ill. személy reakciója Szövet helye tipusa és helyzete Életkor Nem Egészségügyi állapot Gyógyszerfogyasztás A rendszerMűtéti technika Hisztokompatibilitás Fertőzés veszély

8

9

10 Határfelületek közti kölcsönhatás fizikája Dimenzió: Nm -1 vagy Jm -2 FkFk FaFa  =90°

11 A kohéziós és adhéziós erők nem egyenlők Hidrofób (higany  =435 mN/m és Hidrofil (víz  = 72.5 mN/m) FkFk FaFa  >90° FaFa FkFk  < 90°

12 Eötvös Loránd törvénye ahol  =Felületi feszültség, V= térfogat  = konstans,  = T k - T, a kritikus hőmérséklet és T hőmérséklet különbsége t°C   

13 Határfelületi energia A és B anyag között kölcsönhatás lép fel. A keletkező többletenergiát határfelületi energiának nevezzük (  A/B ) A.) „felületi feszültség” (surface tension) kizárólag folyadék/gőz határfelületre, B.)„felületi energia” (surface energy) szilárd/gőz határfelületre, C.)„határfelületi energia”(interfacial energy) kondenzált/ kondenzált fázisok között. Szabadentalpia többlet  G A/B [J/mol) Ahol  A/B = moláris felület ( m 2 /mol)

14 Két felület közti nedvesítés feltétele  sg = szilárd/gőz határfelületi energia. Ez a cseppet széthúzza.  sf = szilárd/folyadék határfelületi energia. Ez a cseppet összehúzza.  fg = folyadék/gőz határfelületi energia. Csepp felszínének érintője irányában hat. sz foly gőz   sf  sg  fg

15  peremszög Felszíni munkacsökkenéshez tartozó szabadentalpia, lehet Ha  = 0°akkor  G = 2.  sg Ha  = 90°akkor  G =  sg Ha  = 180°akkor  G = 0 Ha a felület érdes, ezt legegyszerűbben úgy vehetjük figyelembe, hogy a látszólagos egységnyi, (1 m 2 ) felület r - szeresére nő,

16

17

18 Ozmózis jelenség Van’t Hoff-Pfeffer törvény :

19

20

21 V. Mikroheterogén (kolloid) rendszerek. Felületek fizikája Kohéziós energia  G =  G b +  G f ÉlekDiszperzió fokÖssz.felület  G f J 1 cm16 cm 2 4.6, mm cm mm cm mm cm m1m m  m m  m m nm m 2 460

22 Diszperzitásfok Diszperz rendszer két részből áll: Diszperz közeg és diszperz fázis Részecskeméret szerint felosztás: Heterogén (makroheterogén) 500nm-nél nagyobb. Pl. durva diszperzió: homok/víz, finom diszperzió: TiO 2 /viz Kolloid (mikroheterogén): 500 nm részecskeméret alatt. Molekula aggregátumok. Pl. enyv oldat, Homogén: 1nm körüli, valódi oldatok

23 Diszperz rendszer felosztás halmazállapot szerint Diszperziós közeg Diszperziós rész Rendszer neve Gáz FolyadékKöd Gáz SzilárdPor, Füst Folyadék GázHabok Folyadék FolyadékEmulzoid Folyadék SzilárdKolloid szol Szilárd GázSzilárd habok Szilárd FolyadékGélek Szilárd SzilárdÖtvözetek, Üvegek

24 Diszperz rendszerek előállítása I Fizikai úton Aprítással (diszpergálással). Ívfénnyel Ag, Au szolok. Oldószercserével. Plazmaszórással. Kolloid malommal való őrlés. II Kémiai úton AuCl 3 red CH 2 O  Au kolloid szol FeCl H 2 O = Fe(OH) 3 + 3HCl Termikus úton égetéssel: korom, fehér korom (pirogén kovasav) SiCl 4 + O 2 + H 2  SiO x (OH) y + HCl x= 1,9 – 2 Ormosil (Organically Modified Silica) nanoszilikát gyógyszerhordozó kolloid szolok 4 Si(OC 2 H 5 ) H 2 O = Si 8 O 12 (OH) C 2 H 5 OH Használják daganatterápiára és diagnosztikára, géntranszfekcióra

25 Kolloid oldatok fizikai tulajdonságai Brown mozgás Tyndall effektus. Fényszórás. (Ultramikroszkóp) Elektroforézis (kataforézis, anaforézis) Abszorptív töltés (  potenciál V -ban mérjük) Pl. AgCl szol: Ag + felesleg akkor pozitív, HCl negatív . Ha  = 0 veszélyes négyszögbe jut, koagulál

26 Gélek és kocsonyák. Liogél, xerogél állapot A gélek vagy kocsonyák olyan rendszerek, amelyek átmenetet képeznek a szilárd és a folyékony halmazállapotú anyagok között. Alaktartók és könnyen deformálhatók, nagy folyadéktartalmúak, fizika tulajdonságaik az oldatokéhoz hasonlóak. Géleket szervetlen és szerves polimerek, biopolimerek, képezhetnek. A növényi és állati sejtek, az izom stb. gélállapotban vannak. A szemgolyó üvegteste 99.9% -os kocsonyás, víztartalmú gél. Enyv: kolloid oldat. Ha besűrítjük, gélé alakul. Lioszféra veszi körül, a mozgás befagy. Liogél állapot áll be. Ha a vízréteget teljesen eltávolítjuk, xerogél állapotba jutunk. Peptizálás xerogél oldása segédanyagokkal. Az enyv oldással peptizálható !!!!

27 Fizikai és kémiai gélek fizikai tulajdonságai Fizikai gélek (pl. enyv) instabilak, melegre a H-kötések bomlanak, folyóssá válik. A szol - gél állapot reverzibilis. Kémiai gélek: háromdimenziós, stabil térhálós szerkezetűek. Oldószerben csak duzzadnak. Pl. Szilikagél, szilikongél. Preciziós öntés TES –el.

28 Határfelületi feszültség oldatokban. Amfifil rendszerek Fázisok között határfelületi feszültség lép fel. Hajszál effektus A víz nedvesít: emelkedő szint, a higany nem nedvesít: depresszió. Oldatban a felület feszültsége függ a koncentrációtól. Gibbs egyenlet, ahol a 2 = oldott anyag aktivitása,  2 = oldatban és felületen levő koncentrációk különbsége. Anyagt °C  mPa/m Víz H2O21876 Benzol Hexán17 Kén14188 Kősó Glicerin HCOOH Etanol

29 Határfelületi feszültség oldatokban. Amfifil rendszerek II Azokat az anyagokat, amelyek a felületi feszültséget határfelületen nagymértékben megváltoztatják kapilláraktív anyagoknak (  2 >0 d  /da 2 csökken) ellenkező esetben kapillárinaktív anyagoknak (  2 <0 d  /da 2 nő), nevezzük. c  =f(c) d  =f(c)

30 Kapilláraktív anyagok gyakorlati szerepe Mosó és tisztítószerek Habstabilizátorok poliuretán hab (szilikon tenzídek) Habzásgátlók (Fermentáció, Permetező anyagok mesterséges szív vér habtalanitása, ) Emulgátorok víz –olaj emulziók. Gyógykenőcsök, ápolószerek. Molekula szerkezeti szempont szerint a felületaktív anyagok akkor aktívak, ha vízben jól oldódó karboxil, szulfát anionokat stb. tartalmazó hosszú szénhidrogén láncú vegyületek, vagyis hidrofil és hidrofób csoportokból épülnek fel. A moltömeggel a hatékonyságuk növelhető

31 Amfifil kapilláraktív anyagok Körülményektől függően hol hidrofil, hol hidrofób anyagként viselkednek. Ezek közé, tartoznak a szappanok, detergensek, koleszterin, a zsírsavak, vagy a foszfolipidek is, amelyek a biológiai membránok fő komponensei. Foszfolipidek: zsírsav láncból, glicerinből, foszforsavból aminnal képezett biomolekulák.

32 Molekula, halmazok Le kvark e= -1/3, fel kvark e=+2/3 Z. p + + N-Z n = Atommag Atommag + Z e - = Atom Molekula

33

34

35

36

37 Kristályrácsok Rácsok

38 Molekularács. Van der Waals erők Molekularácsot összetartó erők: diszperziós orientációs Indukciós Van der Waals Ha nincs dipólusmomentum akkor csak diszperzió rész van. Igen kicsi a Van der Waals energia, 1-7 kcal/mol. Szoros illeszkedésű rács

39 IONRÁCS Coulomb erők tartják össze a rácsot. Nagy a rácsenergia. Nagy az op. NaCl, KCl, CaCl 2, Na 2 SO 4 stb. oldódnak vízben és olvadékban, ill. oldatban vezetik az áramot. BaSO 4, PbCl 2, AgCl stb. oldhatatlan. Szekunder vezetők. n= 9 –12

40 Atomrács Az atomrácsot kovalens kötések kötik össze, Ezért igen nagy a rácserő. Nagy az olvadáspontjuk. Ide tartoznak az orvosi gyakorlatban a kerámiák és a porcelán Modern ipari tűzálló kerámia: sűrűsége 2,5 g/cm 3 Si 3 N °C-ig használható (RAKÉTATETECHNIKA) ACÉL: 370°C –n lágyul és sűrűsége 7,5 g/cm 3. Korrózió, vezeti az áramot, mágnesezhető.

41 - 715,05 kJ.mol -1 vezető J/.mol szigetelő -468,77 kJ.mol -1 félvezető kJ.mol -1 félvezető -318,59 kJ. kJ.mol -1 félvezető kJmol -1 szigetelő --289,28 kJmol -1

42

43 Fémes rács

44 Fémes rács II Térben centrált Lapon centráltHexagonális Au szublimációs energiája 365,26 KJ/mol Fémek gőzben 2, 3, 4 stb. atomos molekulákat alkotnak. Lehűtve szoros illeszkedés elve alapján a fém kationokat delokalizált elektronfelhő veszi körül. A 96 elem közül döntő többség fémes állapotban van. Igen nagy nyomáson minden anyag fémes állapotú lesz, H atm. nyomáson fémes rácsú kristályt alkot.

45 Hidrogén (Proton) Híd H N, O, F atomokkal kötést létesít, akkor H-kötés alakul ki molekulák között és (HF) n, (H 2 O) n, (NH 3 ) n aszociátumok keletkeznek.

46 Néhány elem,vegyület op., fp., és M adatai Op. °CFp. °CMoltömeg H2H F2F O2O H2OH2O HF

47 H- hidas vegyületek Nemcsak a víz és az ammónia, hanem az őket felépítő -OH és NH 2 -, NH= csoportokat tartalmazó szerves vegyületek aminosavak, fehérjék, dezoxi-ribonukleinsavak, keményítő, cellulóz, stb., mind protonhidas asszociátumok. Ugyancsak protonhidas szerkezettel rendelkeznek az oxosavak (H 2 SO 4, H 3 PO 4 stb.), bázisok (NaOH, KOH stb.), alkoholok, fenolok (ROH), karbonsavak (RCOOH), aminok (RNH 2. R 2 NH, R 3 N), és poliamid típusú műanyagok. Autoprotolízis 2 H 2 O = H 3 O + + OH - K v = NH 3 = NH NH 2 - Víz bioanyag szerepe. Víz sűrűsége +4°C =1.  =72 N/m. (25°) Dielektromos áll. = 80,1. Elektrolitek jó oldószere.

48 7 kristályrendszer, 32 osztály

49 Kristályrendszer II Köbös a= b = c  =  =  = 90° Kősó NaCl Tetragonális a =b  c  =  =  = 90° Ón (Sn) Romboéderes a = b = c  =  =   90° Dolomit Hexagonális a =b  c  =  = 90°,  =120° grafit Rombos a  b  c  =  =  = 90° BaSO 4 Monoklin a  b  c  =  = 90°,   90° Gipsz Triklin a  b  c    Cu(OH 2 ) 4.SO 4.H 2 O

50 Bragg (1912) törvénye  d

51 Nem kristályos, amorf (üveges) halmazok.

52 Kvarc kristály és kvarc üveg Kvarc kristály,rombos tridimit, négyzetes krisztobalit, hatszöges  -kvarc, és trigonális trapezoéderes  -kvarc kristályokat alkot, 1700°C-on olvad Hűtéskor nem kristályos, amorf, ún. kvarcüveg, keletkezik, amely pl. az uv fényt átengedi. (kvarclámpa).

53

54 Kristályos és amorf anyagok Szintetikus szervetlen és szerves polimerek, különböző polimerizációs fokú polimerek halmaza. Kristályosak, amorfak vagy kétfázisú rendszerek A természetes polimerek viszont homogén,kristályosítható halmazt képezhetnek, Pl. dohánymozaik vírus, amely nukleinsavból áll csak, kristályosítható, dohánylevélre jutva, azonnal élősdi, gyilkos vírussá válik. Polimerek lineárisak, elágazott vagy három dimenziós (kvarc üveg) térhálós szerkezetek. Ha lineáris termikus mozgást végez és átlagos gomolyag szerkezetét adja meg

55 A polimerláncok közti kapcsolat

56 SÁVELMÉLET. Szilárd testek elektronszerkezete ………………………………n→ ∞ II sáv P-sáv Vezető sáv Tiltott sáv Vegyérték sáv S-sáv

57 Vezető, szigetelő, félvezető Sávok

58 Áramvezetés, szigetelés, átlátszóság. Widemann-Franz szabály Rendezetlen hőmozgás Áramvezetés (rendezett vezetés)

59 Félvezetők tulajdonságai C0,90 aJGe0,12 aJ Si0,18 aJSn(  ) 0,02 aJ Csak a IR –re van ablakuk Hőmérséklettel nő a vezetés

60 Intriszk, n és p - vezetés Informatika: félvezetők alkalmazása tette lehetővé. Intriszkn-vezetésp-vezetés

61 SZERVETLEN ÉS SZERVES POLIMEREK ELEKTRON- VEZETÉSE

62 Biopolimerek: Félvezetők ?

63 Fehérje típusok tiltott sávszélessége (eV) Watson – Crick (1953 ) Thymus nukleoprotein 2.57 Trombin2,59 Citokróm C2,60 Lizozim2,62 Fibrinogén2,69 Sertés inzulin2,91 Globin2,97 Kollagén2,73 Poliglicin2,99

64


Letölteni ppt "BIOKOMPATIBILIS ANYAGOK Dr. prof. Nagy József. Biokompatibilis anyagok és a biofunkcionalitás. Biokompatibilitás A szervezet és a beépített anyag közti."

Hasonló előadás


Google Hirdetések