Bioingegneria chimica: schemi riassuntivi

Biomateriali polimerici

Polimeri: un polimero è una macromolecola, ovvero una molecola con elevato peso molecolare, costituita da un gran numero di gruppi molecolari (unità ripetitive) uguali o diversi tra loro. Degli atomi presenti ci deve essere almeno un gruppo funzionale.

Possono essere variabili la forma, morfologia (cristallini, policristallini), amorfi, semicristallini.

Per polimeri organici l'atomo caratterizzante è il carbonio.

Materie plastiche

Materie plastiche: sono materiali organici. Si tratta di macromolecole costituite da polimeri puri o diversulate sensoridf aggiuntivi. In passato furono meno care e quelle già resistevano Paria una organizzazione dove ci sono sportate strettamente con la resina naturale.

I polimeri presentano lunghe catene (strutture policateniche) che determinano:

• Aggrovigliamenti (entanglements);
• Importanti interazioni molecolari;
• Movimenti lenti (rispetto a molecole piccole).

Proprietà e struttura chimica

Omopolimeri: tutti uguali o_o_o_o, es.: polistirene.

Copolimeri: più vite monomero. I copolimeri alternanti a random blocco graft: catena di un monomero si innesta su aaaaaaaa.

Altro esempio di omopolimero: polipropilene C_n + CH₃ ^{g'>-_y-propmenile}.

Configurazione: isumera rsteoreosiomerica ^-LCHB.

Configurazione: si-u&roniaco :romitulatstagliatarefractorfameita.

Polimeri termoplastici, termoindurenti ed elastomeri

Polimeri termoplastici: sono polimeri lineari o ramificati. Catene non legate tra loro (come nei reticolati). Aumentando la temperatura, diventano viscosi e possono essere alimentati (come nelle borace).

Polimeri termoindurenti: sono polimeri reticolati. Una volta formatesi, scaldati, vanno incontro a una poco saccia degradazione chimica (carbonizzazione); no garantolavorabili con calore.

Elastomeri: particolari tipi di poli meno reticolati che possono subire grandi deformazioni elastiche per ritornare a riposo, nelle condizioni iniziali.

Stereoisomeri: formandati da +a atomi, contenzifano), con, o diversa posizione spaziale (oc scurappoabilitata).

Conformazione: è disposizione unstazionale una catena di atoma in nello spazio. Conseguentemente ad alcuni piani diversi, conseguono sulla specenta permanentemente legate a questi, nei suoi involgieri. Pe esposuenza spaziale affattasi da compulre e riconomie estivi, pus modi di formazioni: risultano essere sia plurimetici di schiat kwenda numirsi attorno ai legami semplici. jLupupui sono di conformazione non naocudicionclee.

La conformazione di una catena policmica è legata alla possibilità di compiere rotazioni attorno ai legami semplici C-C.

Conformazione, entanglement e cristallinità

Entanglement: agirovigliamenti che creano una uscatena e catene difficili.

Cristallinità: le maggjarsi polati per il polin in compigano la sua tipicità:

• Pei calc molle curati dritti e forti dal sole il principag;
• Polimeri con compat板 nullela fincucianati, fatture di immovile;
• Polinoli effetairi di spaziacamento ai forso lunari;
• Pei gometoli adotati all aperti in cui sono effetti strudgevolle il technivc;
• Impolimeri con affinitabilipolani, quasi percertori, strutture tridimensionale più compiexie e con elevato cristallinita la gli spettri (organolicli e gliie microfigli).

I polimeri semi può essere costituiti in parte cristalliniti e parte e amorfi:

• Oomosar. due nodi puoi, fredi in inutile mai;
• Fequip r chi plastiche b tal nerchantia;
• Regioni basso compatiole.

Elementabili cimidearte per esprise su un polimeto attrattente cristallino a amore: ca foctrumi a du piegiosiordinatatoco nyle coseOle ((nd dna additi intri).

Biomateriali polimerici

I polimeri sono macromolecole, ovvero una molecola con elevato peso molecolare, costituito da un gran numero di gruppi molecolari (unità ripetitive) uguali e diversi tra loro. Eseguita dalla ripetizione delle stesse in uno spazio (centrale e secondario).

Possono avere varia morfologia: cristallini; policristallini; amorfi; semicristallini.

Per polimeri organici il monomero caratterizzante è il carbonio.

Materie plastiche: sono materiali organici. Si tratta di macromolecole costituite da polimeri forti di legami covalenti.

In passato il loro nome era quello di resine per la somiglianza dei polimeri spontanei ottenuti con la resina naturale.

I polimeri presentano lunghe catene (strutture polimeriche) che determinano:

• Aggrovigliamenti (entanglements);
• Importanti interazioni molecolari;
• Movimenti lenti (rispetto a molecole piccole).

Proprietà, struttura chimica e chimico-fisica

Omopolimero: catene uguali.

Esempio: polistirene.

Copolimero: più unità monomero.

• I copolimeri alberati;
• Copolimeri a random;
• Copolimeri alternati (omopolimero e blocco);
• Copolimero graft.

Alto vince un omopolimero: polipropilene.

Configurazione: (stereoisomeri lineari).

Elastomero: particolari tipi di polimeri non reticolati che possono subire grandi deformazioni elastiche, per tornare a poco a poco nelle condizioni iniziali.

Stereoisomeria: stessa posizione nello spazio.

La conformazione si ottiene con una rotazione attorno al carbonio.

Entanglement: aggiustamenti che creano una catena a catene differenti.

I polimeri mai pure), contenitori una parte cristallina e parte amorfa.

Polimeri altamente cristallini

• Polipropilene;
• Polistirene sindiotattico;
• Aramidi (Nomex (poliammide), Kevlar (poliammide));
• Poliacetalica;
• Poliuretano aromatico.

Polimeri altamente amorfi

• Poliuretano elastico;
• Polistirene atattico;
• Poliacrilato;
• Poliestere;
• Policarbonato;
• Polisolfone.

Transizioni termiche

Fusione: passaggio da intenzzo solido cristallino a liquido (impulso, riorientazione).

Transizione vetrosa: si ignorano le isolate suppl.. Angiominiazione: da stato vetroso a aggressivo.

Rammollimento: passaggio dallo stato solido della parte amorfa a quello liquido viscoso.

In un polimero (poiché parte cristallina si riforma) _cristallina solida.

Ottenimento

All'inizio erano stati creati solo polimeri ed ora naturali e strutturati (geom. Naturale).

Oggi polimeri quont. tutto atto di origine sia di origine attraverso tramite Foruz...... Monomero C partendo da più piccolo molecolo =.copolumero (sanitizzare).

2 tipologie di polimerizzazione:

1. A stadi;
2. La catena.

Polimerizzazione a catena

S:➜vinilo attaccata a catena una alla volta.

Meccanismo di polimerizzazione a catena: initiolazione; terminazione: disprovettinoammon&o - - - - - - | | | | | | C - C - C - C | | | | | H C H C H | H C C C C C C + Cl C C Cl C.

Polimerizzazione a stadi

Colervizie resin anon funzionali a poli (cosi con più gruppi funzionali); di quei passa an kondensibione; constanti di poliestere (rezitsputo) (auto-contatas) -> (O-R-O-CO-CO-A²-C'OH) * nH² con prodotti akule, ad senzumo, polinniali, poliuraniti, silizoni.

Polimerizzazione a catena

• Polistere EPE;
• Polietilene;
• Polinivilo;
• Polimetilmetacrilato.

Idrogel

Strutture polimeriche tridimensionali in grado di legare acqua senza dissolversi in essa. Presentano elevata compatibilità all' H2O e idrofilicità, ma se disciolti in acqua (come nel caso dei metalli che, posti in esso, vengono scorporati e quasi disciolti.

Polimeri idrofobici posti in acqua tendono ad attorcigliarsi; quelli idrofibici si distendono e vengono penetranti dall'acqua.

Idrogeli reversibili (possono disgregarsi in acqua, dipendono le condizioni ambientali).

Idrogel irreversibili.

Strutture interpenetranti (IPN).

Rigonfiamento

Rigonfiamento (Swelling).

Quando contratti gli idrogel le dimensioni si espandono e si contraggono a condizion calio; Identico alla forza tensilica elastica del cerchio.

Il grado di rigonfiamento determina:

• Diffusione di sostanze all'esterno;
• Porosità, contenimento di sostanze proprie;
• Proprietà meccaniche, ottiche;
• Proprietà autocoscienza.

Applicazioni di idrogeli

• Lenti a contatto (terapie);
• Rilascio controllato di farmaci;
• Pile artificiali;
• Protesi per plasticazioni e ricostruzione tessuti;
• Deposizioni reattoriche su triangoli, dropici e perinfusi.

Idrogeli e terapie farmacologiche

Gli idrogeli blando, a pressione si dissolvono, inglobare tutto. Tali proprietà viene sfrutta per rilascio controllato microscopi e farmaci.

Idrogeli per medicina riparativa/sostitutiva

• Lenti a contatto;
• Tessuti antisgtra per conservare il compos complitatibile;
• Bende per l'ausilii o distribuzione rapida;
• Membrane per biomilizia.

Idrogeli per la medicina rigenerativa

• Rigenerazione e trapianti molli.

Ceramici

• Costituiti da legame covalente ionico. Il legame ionico è un legame estremamente forzato tra specie chimiche aventi forti differenze di elettronegatività.
• Per comprendere se il ceramico è covalente quantizzare il raggio e/o quadro elettronico dei costituenti.
• CaO e MgO legami periclasi irresistibile a temperature senza interagire chimicamente con le specie metalliche circostanti.

Allumina (allossido di alluminio)

Proprietà:

• Bassa conduttività elettrica;
• Bassa conduttività termico, tipica dell’aggregamento ceramico classico;
• Elevato punto fusione;
• Materiale duro, fragilità, lavorabili alle basse temperature.

Produzione: si porta da polvere tenace ---> compatto sinterizzazione (volume ridotto, porosità al minimo, legami per diffusione tra particelle adiacenti).

Ingegneria dei tessuti

La medicina rigenerativa

La medicina rigenerativa, “un ibrido tra terapie avanzate” per il trattamento di patologie di organi e tessuti.

Terapie avanzate

• Terapia genica;
• Terapia cellulare;
• Terapia tissutale — Ingegneria dei tessuti biologici;
• Cellule staminali —> Tessuto equivalente;
• Scaffold;
• Bioerodibile;
• Farmaci;
• Tessuto ingegnerizzato —> Applicazioni cliniche.

Scelta della fonte cellulare

Età, salute della fonte patologica, poli(funzioni), potenzialità delle cellule (immense vs limitate), capacità proliferativa in vitro & vitalità in vivo.

Totipotente e pluripotente.

Cellule differenziate.

Problemi di ripristino (difficoltà riproduttiva) in un tessuto patologico.

Problemi ad acquisire un alto dinamismo.

Capacità proliferativa ridotta dal progetto prima della emizione.

Totipotenti (ritiro da Paolo portale) problemi.

Cellule indifferenziate (ritirate, annullate) (testato).

Affetti e ricevente (superati alcune tecnologie).

Capacità proliferativa in vitro e controllo cellulare molto completo.

Tottia e molto prudente.

Co-coltura.

Effetto sinergico o citotassi Indicazione in vitro e chimerici per farmaceutice.

Lo scaffold

Scaffold (preliminare): struttura di supporto per un tipo di guida concreta e chiara verso la creazione del tessuto, necessario a determinarne caratteristiche.

Necessità funzionali e temporali.

Specifico e proteico.

1. Morfologia (frame utilizzato e animale prima [con internemoriogini?] e zapping) per cambiatura e crescita cellulare;
2. Degradantesi facilmente e il processo di rimovimento della catalacci;
3. Chimica superficiale atta a garantire la giustificazione del [succcesso del progetto e integrazione di processi variabili];
4. Proprietà meccaniche della costruzione (estressi) e partita complessa = ottenere riproducibilità.

Perché bio disregenerate e architettura?

Scienze differenti variate, sempre con gli stessi fondamenti.

Applicazioni innovative secondo necessità mediche.

Conferma di controllo e ingegnerizzazione, nuovo impiego.

Lungamente ricercato.

Importanza cresciuta per GP e CP ² (grava theoreto) progressi varî, morbini (valutativa, visione del prodotto).

Farmaceutici.

Conplessità e test fare nelle classi costitutivi un'apparato.

Valutazione gruppo, chiese & utilizzo clinico del prodotto.

Produzione industriale

Tessuti autologhi

Le vie respiratorie possono essere colpite traumi ingneristici e infezionio. Grazie alle innovazioni tecnologiche, volte a dare una rapida e precisariproduzione dei tessuti creare un portaflattale malattie polmonite.

Pierderemi prototipizzato terapia.

Soluzioni - sia medicina rigenerativa.

I tessuti autologhi (biopsia) cellule (coltura) ottenere unico positivo trapiantare (ricoperta dopo rimuove) più si specifici biologici omologhi (innestati in numero appropriato cell. proliferante ripramento ai organi).

Si esprime in impianto automat e inibitum antic internuisce disiveribile oper puriante per la coltivazione dei tessuti biologici. Antologermi diqualitati, dipol o rispendere ai bisogni immediate la plethor portano fumatropici To klinio glacia.

La trachea e i bronchi

Biocompatibilità

Biomateriali:

• Artificiali;
  • Metalli;
  • Polimeri;
  • Ceramici.
• Naturali;
  • Viventi;
  • Non viventi;
  • Omeograft;
  • Eterograft;
  • Ingegnerizzati, autograft, terapia.

Biomateriale (dispositivo).

Ambiente biologico.

S.uperficie.

S.ottostrato.

Impianto.

Ambiente biologico.

Integrazione.

Compatibilità: anatomica, funzionale, biologica.

Le valvole cardiache

Le valvole cardiache sono strutture che regolano il flusso del sangue nel cuore. Regolano il flusso attraverso gli orifizi che collegano atrii a ventricoli (valvola a. VEN. D) (valv. m.) Atrio destro valvula tricuspide valvola polmonare ventricolo destra valvola mitrale valvola aortica ventricolo sinistro.

Protesi valvolare meccanica

Protesi valvolare meccanica - costrutta in grafite protetta da strato di StUart-Edwards (valvola a piattelli). Tutte le valvole meccaniche sono costituite da 3 parti:

• Occlusore È sistruo Ruotando da parte mobile + diPirPa del - percola la firnamenteRto della valve;
• Allocatore Sar della venO.orvTirte partEAIsciamento occlusore;
• Il fiso riliescente or aventmentoo in cinturino de oualitiaest fresta del cisco.

Protesi vascolari in Dacron

Tali protesi vengono prese arterie di grosso e mdio calibiro; il Dacron ottenuta dal PET tramandato filamento reale. Il filio viente impregnato polimera; protesi a r tessute (mouse).

Tutte queste protesi tendono coo tempo a crinita una lata dilatazione.

Proteine e amminoacidi

Zwitterione → molecola complessivamente neutra che può portare sia carica negativa che positiva. Ionizzata.

Residui → aminoacidi (gruppi laterali).

Enzima → catalizzatori dei processi biologici. Catalizza, aumenta la velocità delle reazioni. Agisce dal punto di vista cinetico, tra anodo ed equilibrio di vite effetto endomiano. Il suo ruolo consiste nel facilitare le reazioni attraverso le interazioni tra il substrato (molecola che partecipa alla reazione) e il proprio sito attivo formando un complesso.

Cellule del tessuto connettivo

• Mastociti;
• Macrofagi;
• Fibroblasti.

Mastociti

1. Contatto: l'allergene induce/facilita formazione di anticorpi;
2. L'anticorpo si fissa sulla membrana dei mastociti;
3. Rilascio d'istamina e altri mediatori chimici;
4. Aumento della permeabilità dei vasi;
5. Costrizione delle fibre muscolari lisce (bronchi).

Macrofagi

Schema di fagocitosi.

La particella da fagocitosi aderisce alla superficie del fagocita, successivamente viene circondata dagli pseudopodi e segregata dentro il vacuolo citofico. Le secrezioni lisosomiali del fagocita ci contengono enzimi attivi: adesione al vacuolo citofico. Si fondono con esso; liberano il loro contenuto enzimatico: in questo modo i materiali fagocitati vengono digeriti.

Sangue

• Peso specifico 1,052-1,064 g/cm³;
• Il plasma coagula formando una massa gelatinosa.

Processo emostatico

Processo emostatico (coagulazione del sangue).

Percorso intrinseco: per contatto (collagene, acido, materiali artificiali).

Percorso estrinseco: leaginiu tissutale (danno vascolare, endotelio).

Fattore di contatto ➡ XIIa intrinseca.

Estrinseca ^{(fattore di attivazione)}.

Danno vascolare.

Lezione 15 novembre

Fattori: enzimi, proteine. Farmaci, come l'eparina, da assumere per pochi esempi a contatto con il sangue (come le protesi vascolari). Non vale per protesi ossea, ma, ad esempio, per stent, protesi vascolari. Nel caso di protesi di au. (impianto nel osso) scalcato con il sangue normalmente, non contare.

Alla fine del processo emostatico fibrinolitico i residui del processo rimessi nel circolo sanniguos ed eliminati tramite macrofagi. Il ri tomario di coagulo in eccesso dei reportivi usa o contatto continuano la protesi d'ancra o precloso e degradante per prote inanni come le vascolari, intorno ai condime insieme pisure sangue.

Il granio, il tappo emostatico, una materia ➡ diventa una sostanza chemiatrie, peri il processo infiammatorio.