Biomateriale polimerice PDF

Biomaterial polimeric- material polimeri care în funcţionarea sa vine în contact direct sau indirect cu organisme, în special cu corpul uman şi posedă anumite caracteristici care le determină utilizarea în terapia acestora. Biomaterialul este o substanţa farmacologic inertă, destinată implantării s...

Biomaterial polimeric- material polimeri care în funcţionarea sa vine în contact direct sau indirect cu organisme, în special cu corpul uman şi posedă anumite caracteristici care le determină utilizarea în terapia acestora. Biomaterialul este o substanţa farmacologic inertă, destinată implantării sau încorporării într-un organism viu, adaptabilă din punct de vedere mecanic şi nu numai funcţiei pe care trebuie să o îndeplinească Majoritatea biomaterialelor (deci şi materialele polimerice), sunt folosite pentru implant. TRANSPLANTUL implica înlocuirea unui organ sau ţesut, total sau parţial în organismul viu., Dacă materialul de înlocuire provine de la acelaşi pacient transplantul se numeşte autotransplant de la altă persoană allotransplant, de la o altă specie xenotransplant sau heterotransplant Conditiile necesare ale unui biomaterial (biopolimer)- Biocompatibil ✓Abilitatea de a adsorbi molecule bioactive ✓Promovarea interacțiunilor celulare cu dezvoltarea țesuturilor, cu proprietăți mecanice și fizice adecvate ✓sunt recunoscute și metabolizate în mediul biologic ✓nu induc reacții inflamatorii sau imunologice cronice și toxicitate ✓vitezele de degradare ale biopolimerilor pot fi reglate în funcție de condițiile de procesare Rolul biomaterialului polimeric : interactioneaza cu sistemele biologice: -evaluarii-tratamentului unui TESUT/ORGAN -cresterii- inlocuirii BIOMATERIALE POLIMERICE Clasificare: 1. Materialele inerte sunt materiale aproximativ inerte din punct de vedere chimic şi manifestă o interacţiune chimică minimă cu ţesuturile învecinate. Exemple de materiale inerte: titanul (Ti), polietilena de masă moleculară foarte mare (UHMWPE,106g/mol), alumina(Al2O3). Interactia minima cu organismul: in mod normal se observă formarea unei capsule fibroase înjurul implantului inert. Aderarea tisulară pe materiale inerte se poate face: prin creşterea ţesutului în defectele suprafeţei sau prin folosirea cimenturilor ortopedice. Această fixare morfologică nu este indicată în cazul implanturilor permanente, deoarece afectează stabilitatea pe termen lung, adesea provocând probleme în aplicaţiile ortopedice sau stomatologice. 2. Materialele bioresorbabile: sunt destinate implantării în cazul în care se doreşte înlocuirea rapidă a implantului cu ţesut natural sau se folosesc la sisteme de transport şi eliberare controlată a medicamentelor. Exemple: Fosfatul tricalcic, copolimerii binari pe baza de acid poli-lactic (PLA) si acid poliglicolic (PGA) Bioresorbţia implica conceptul ce reflectă eliminarea totală a materialului străin şi a produşilor de degradare din organism, fără semnalarea efectelor secundare. Termenul bioabsorbabil se foloseşte pentru materiale ce se pot dizolva în fluidele corpului fără scindarea lanţului polimeric sau scăderea masei moleculare. 3. Materialele bioactive formează la suprafaţa de contact cu ţesuturile vii un strat asemănătorcastructurăcuţesutuladerent. Ex: pe suprafaţa biomaterialului se formează un strat de fosfat de calciu care este echivalent chimic şi cristalografic cu faza osoasă.Acest strat este răspunzător de realizarea unei conexiuni strânse os -biomaterial. Deşi materialele bioactive par a fi răspunsul la problemele de fixare a implanturilor biomedicale, sticlele bioactive disponibile (de exemplu, Bioglass) nu sunt indicate pentru aplicaţiile care ar trebui să suporte solicitări mecanice importante, din acest motiv nefiind folosite în ortopedie. **MATERIALE PENTRU IMPLANTURI-** POLIMERICE-usor de fabricat , prezinta o densitate scazuta, revenire elastica METALICE-rezistenta la uzura foarte inalta CERAMICE-biocompatibilitate ridicata, rezistenta la coroziune, rezistenta la compresiune, inerte COMPOZITE-biocompatibilitate inalta ,inerte, rezistenta la coroziune Mecanisme de degradare pentru polimerice: 1\. hidroliza : poliesteri, polianhidride, policarbonati, poliamide 2\. oxidare (oxidanti produsi de tesut: poliuretani) 3\. enzimatica (colagen, polizaharide, proteine) 4\. fizica (gonflarea in apa-modificare Tg-geometria-proprietati mecanice) **TIPURI DE IMPLANTURI** ortopedice (tendon, genunchi) ,dispozitive implantabile cardiac antiaritmice ,stimulatoare cardiace (pacemaker) ,cardio-defibrilatoare (icd) ,stenturi cardiovasculare ,sistem respirator (laringe, trahee) ,sistem digestiv ,sistem genito-urinar ,sisteme cu eliberare controlata ,dentare **Hidrogelurile** (HG) sunt materiale versatile ce pot genera biomateriale de tip filme, particule (micro-/nanoparticule), fibre, (nano)compozite. sunt structuri/retele tridimensionale (3D) cu urmatoarele caracteristici: - natura hidrofila care permite stocarea unui continut ridicat de apa sau fluide biologice (datorita unitatilor hidrofile existente: -NH2, -COOH, -OH, -CONH2, - CONH -, and -SO3H); hidrogelurile pot conține până la 99% apă/fluide biologice; - au in compozitie homopolimeri sau copolimeri hidrofili (pentru hidrogelurile polimerice) materiale flexibile ce prezintă proprietăţi similare cu ţesuturile specifice corpului uman prezinta permeabilitate ridicata - porozitate reglabila prin tehnica de obtinere - sunt biocompatibile - proprietati mecanice reglabile in functie de aplicatia vizata - pot fi usor functionale - sunt stabilizate de interactii slabe precum cele ionice, hidrofobe sau formarea legaturilor de hidrogen sau covalente (ex: reactia de reticulare) - Unele hidrogeluri pot avea proprietatea de "self-healing" , formarea in situ si caracterul de hidrogel injectabil Aplicatiile hidrogelurilor - Sisteme cu eliberare controlata de medicamente ,Lentile de contact ,Suport (Scaffolds) ,Pansamente ,Adezivi biologici ,Regenerare tisulara ,Acoperirea suprafetelor (ex: acoperirea implanturilor metalice/stenturilor metalice) CLASIFICAREA HIDROGELURILOR In functie de raspunsul la stimulii externi sunt materiale care prezintă o tranziție de fază ca răspuns la variatiile mediului inconjurator(ex: temperatura, pH, camp magnetic ) Hidrogeluri fizice --implica tranzitia din stare lichida in faza de gel ca raspuns la schimbarea conditiilor de mediu: temperatura, valoare pH, introducerea unui polielectrolit ce promoveaza interactii ionice; implica interactii slabe (legaturi de hidrogen; interactii ionice; interactii hidrofobe) Hidrogelurile chimice- implica formarea unor legaturi covalente care asigura proprietati mecanice si rezistenta la degradare superioara comparativ cu hidrogelurile fizice Hidrogeluri biochimice-implica participarea la procesul de gelifiere a unor agenti biologici (ex: enzime, aminoacizi) **HIDROGELURI sensibile la variatia de pH**. Aceste hidrogeluri sunt obtinute din polimeri ce contin grupari ionizabile acide (grupari carboxilice sau sulfonice) sau bazice (grupari amino). Polimeri ionizabili: polielectroliti anionici (ex: acidul poliacrilic --PAA; alginat de sodiu), polielectroliti cationici (ex: chitosan), proteine: albumina; gelatina Hidrogelurile cationice se gonfleaza la pH scăzut (pH \< pKa) datorită protonării grupărilor amino/imină. Hidrogelurile cationice sunt eficiente pentru livrarea medicamentului la matricea extracelulară în țesuturile tumorale. Hidrogelurile anionice se gonfleaza la pH mai mare (pH \> pKa) datorită ionizării grupărilor acide. Hidrogelurile anionice sunt preferate pentru administrarea intracelulară controlată a medicamentului în celulele tumorale **HIDROGELURI sensibile la variatia de temperatura** ; termogeluri - Sinteza termogelurilor presupune utilizarea temperaturii ca stimul extern pentru a initia tranzitia sol-gel ce implica gelifierea unei solutii polimerice in urma modificarii temperaturii (atingerii temperaturii corpului).Polimerii termosensibili sunt capabili să-și schimbe rapid proprietățile fizice odată cu creșterea temperaturii și aparțin clasei de materiale sensibile la stimuli. Temperatura critica a solutiei (CST) este un parametru caracteristic polimerilor termosensibili, reprezentȃnd temperatură la care soluția de polimer suferă separarea de la o fază la două faze. Peste aceasta temperatura catenele polimera se agrega, precipita si are loc tranzitia solutie-gel. Procesul de gelifiere indus termic este reversibil. Polimeri utilizati: Chitosan; celuloza; gelatina; colagen **Hidrogelurile sensibile la glucoză**-materiale ce raspund in prezenta unui continut ridicat de glucoză Enzima glucozoxidaza (GOx) este incapsulata in hidrogelul polimeric. Mecanismul prin care funcționează aceste geluri pe bază de glucozoxidaza (GOx) presupune oxidarea glucozei catalizată de GOx, urmată de gonflarea hidrogelului ca răspuns la pH. Produsul de reactie, acidul gluconic determina o scadere a pH-ului local din hidrogel care determina un raspuns dependent de pH. Aplicatii: acest tip de hidrogel este recomandat în tratamentul diabetului **HIDROGELURI sensibile la expunere in camp magnetic**. Hidrogelurile hibride pe baza de polimer in care s-au dispersat nanoparticule de oxid de fier, ce poseda proprietati paramagnetice, pot fi incadrate in clasa materialelor sensibile la stimuli externi (expunerea la un camp magnetic). In urma expunerii la un câmp magnetic, acestea determina o crestere semnificativa a temperaturii locale promovând un efect terapeutic ce are la baza mecanismul de ablație termică. Acest tip de hidrogel este asociat cu materiale termosensibile pentru care creșterea temperaturii declanșează eliberarea medicamentului incapsulat **CLASIFICAREA HIDROGELURILOR (HG) In functie de metoda de obtinere** 1. **HIDROGELURI RETICULATE CHIMIC**- implica structuri reticulate caracterizate de prezenta unor legaturi covalente-structurile nu se dizolva, acestea se gonfleaza-formarea acestor hidrogeluri implica reactii de reticulare initiate de prezenta unui agent de reticulare sau declansate de factori externi 2. **HIDROGELURI RETICULATE FIZIC-** -sunt structuri de tip retea reversibila, amorfe de polimeri hidrofili care se dizolva in solutii apoase cu viteze diferite-sunt geluri reversibile caracterizate de o stabilitate si proprietati mecanice scazute-aceste structuri au la baza interactii slabe: legaturi de hidrogen, interactii hidrofobe, interactii ionice, complexare ionica 3. **HIDROGELURI RETICULATE CHIMIC SI FIZIC-** Polimerii utilizati pentru acest tip de hidrogel implica grupari functionale suplimentare care permit reticularea chimica (formarea legaturilor covalente) si reticularea fizica (interactii ionice) **CLASIFICAREA HIDROGELURILOR (HG) In functie de materiile prime implicate** 1. HIDROGELURI ANORGANICE (HG-A) - Aceste nanomateriale (argile naturale si sintetice) sunt hidrofile 2. HIDROGELURI ORGANICE (HG-O) 3. HIDROGELURI HIBRIDE (HG-H)- implica dispersarea unor nanoparticule in matrice polimera 4. HIDROGELURI PE BAZA DE BIOMOLECULE **HIDROGELURI ORGANICE** sau polimerice implica Polimeri naturali, sintetici si semi-sintetici Polimeri naturali -Proteine (Albumina serica; Elastina; Colagen; Gelatina; Fibroina), Polizaharide (Alginat; Acid hialuronic; Chitosan; Caragenan; Pectina; Celuloza) Polimerii naturali sunt biocompatibili , biodegradabili. Dezavantaj: proprietati mecanice scazute Polimerii sintetici reprezinta o varianta mai avantajoasa de materie prime pentru obtinerea de hidrogeluri deoarece sunt caracterizati de proprietati fizice si chimice mai controlabile si reproductibile Exemple: Polietilenglicolul (PEG), acidul poliacrilic (PAA), Alcool polivinilic. Polimerii semi-sintetici includ polimeri naturali modificati caracterizati de proprietati superioare ce combina proprietatile avantajoase ale biopolimerilor (biocompatibilitatea), respectiv proprietatile uniforme si reproductibile ale polimerilor sintetici. Gelatina --proteina obtinuta prin denaturarea colagenului (proteina naturala gasita in matricea extracelulara) Gelatina poate forma structuri de tip hidrogel. Dezavantaj: stabilitate scazuta a hidrogelului Pentru stabilizarea gelului este necesara adaugarea de componenti suplimentari. Gelatina modificata cu grupari metacrilice (GelMA) reprezinta o alternativa avantajoasa de precursor pentru obtinerea hidrogelurilor cu stabilitate superioara CARACTERISTICI GelMA-rigiditatea și porozitatea hidrogelului GelMA sunt influentate de: concentratia solutiei polimerice, gradul de functionalizare a gelatinei cu gruparile metacrilice, conditiile de iradiere UV (concentratia de foto-initiator; timpul de expunere) , prezenta aditivilor GelMA poate fi combinat cu alti polimeri naturali sau sintetici - Chitosan (imbunatateste stabilitatea hidrogelului pe baza de GelMA), Alginat (imbunatatirea proprietatilor mecanice; formeaza o structura interprenetrata IPN), Fibroina din matase (imbunatateste proprietatile mecanice si creste viscozitatea hidrogelului in vederea prevenirii sedimentarii celulelor introduse ) **Proteinele** sunt biopolimeri naturali, macromolecule organice specializate pentru o anumita functie biologica - **[proteine cu rol structural]** major reprezentând materialul din care sunt formate celule, membrane, ţesuturi, organe; - **[proteine cu acţiune catalitică]** (randament 100%, specificitate şi viteze de reacţie foarte mari comparativ cu catalizatorii de sinteză) denumite enzime; - **[proteine contractile]** care asigură mişcarea organismelor vii; - **[proteine cu rol de transport]** şi depozitare ale unor compuşi chimici; - **[proteine cu funcţii de transmitere]** a unor mesaje chimice; - **[proteine de apărare]** a organismului împotriva virusurilor, bacteriilor etc. CLASIFICAREA PROTEINELOR- Proteine cu un singur lant polipeptidic, Proteine cu doua sau mai multe lanturi polipeptidice CLASIFICAREA PROTEINELOR - Simple (contin numai lanturi polimere de aminoacizi) - Conjugate/Complexe (cu grupe prostetice): 1. Glicoproteine (conjugate cu glucide) 2. Lipoproteine (conjugate cu lipide) 3. Nucleoproteine (conjugate cu acizi nucleici) 4. Fosfoproteine (conjugate cu fosfor) 5. Metaloproteine (complecsi proteina-metal) **STRUCTURA PROTEINELOR** -Structura PRIMARA(natura aminoacizilor şi ordinea lor de înlănţuire în catena proteinei, caracteristici esenţiale pentru funcţia biologică a acesteia) , Structura SECUNDARA, Structura TERTIARA, Structura CUATERNARA Structura spaţială a proteinelor (modul de aranjare şi împachetare a proteinelor fibrilare sau înfăşurare în cazul proteinelor globulare) este rezultatul structurii primare şi al legăturilor necovalente (legături de hidrogen, legături polare, interacţiuni hidrofobe, cu energii mici) ce se stabilesc cu viteză mare şi nu necesită catalizatori. Structura secundara de α-elice- Caracteristic pentru proteinele cu structură elicoidala-α este posibilitatea de a se asocia câte două, trei sau mai multe lanţuri, formând fibrile şi fibre cu rezistenţă mecanică, denumite structuri superelicoidale KERATINA- Proteina structurala fibroasa, Prezinta o capacitate mare de modificare , Prezinta o masa moleculara ridicata ,Prezinta un continut ridicat de cisteina care ii asigura proteinei o stabilitate chimica, mecanica si termica (formarea legaturilor disulfidice) , Este biocompatibila si biodegradabila ,Este incarcata negativ: poate fi folosita pentru transportul substantelor active (SA) incarcate pozitiv. Keratina poate fi utilizata pentru: dezvoltarea unor materiale cu raspuns la stimuli externi , Nanoparticule pe baza de Keratina: pot functiona ca si gazda pentru incapsularea substantelor active (SA) si pot elibera controlat pe baza unor stimuli externi , Filme de Keratina: sunt exploatate intens deoarece prezinta o biocompatibilitate ridicata si suprafata mare, Hidrogeluri pe baza de Keratina: degradarea hidrogelului poate fi reglata prin controlarea numarului si tipului de legaturi stabilite in hidrogel Structura secundara β - alta conformatie a catenelor polipeptidice, lanturile de polipeptide sunt extinse atât cât le permit unghiurile de valenţă (ex. FIBROINA) MATASEA :Este o proteină fibroasă, insolubilă în apă.Sursa: viermii de mătase şi păienjeni. Mătasea conține două proteine principale: SERICINA si FIBROINA SERICINA- este o componenta hidrofilă, amorfă compusă din 18 aminoacizi, Are o pondere de 25 % din mătase, Acționează ca un adeziv care uneşte filamentele de fibroină , Poate cauza anumite reacții imunogenice şi de aceea este separată de fibroină în vederea utilizării în aplicații biomedicale. FIBROINA - Prezintă o structură complexă ce include o catenă cu masa moleculară de 26 kDa şi o catenă cu masă moleculară de aproximativ 390 kDa, legate covalent prin legături disulfidice. Stabilitatea termică ridicată şi proprietăți mecanice care permit o procesare ce implică modificarea chimică, sterilizarea. Catenele laterale ale fibroinei conțin grupări funcționale abundente care permit o modificare chimică astfel încȃt noi grupări funcționale pot fi introduse prin modificarea chimică. Incărcarea anionică poate fi exploatată în vederea livrării unui compus încărcat pozitiv.Fibroina este complet biodegradabilă şi biocompatibilă. STRUCTURA SPATIALA TERTIARA defineşte modul de împachetare a lanţului polipeptidic. lantul proteic contine zone cu structură elicoidală α, zone cu structură β şi zone neorganizate. stabilitatea structurii depinde de interactiile urmatoare: 1. legături de hidrogen 2. legături ionice 3. interacţiuni hidrofobe 4. legături covalente--S-S. Această conformaţie este aranjamentul spaţial cel mai favorabil din punct de vedere energetic şi deci cel mai stabil şi care este rezultatul structurii primare a proteinei. STRUCTURA SPATIALA CUATERNARA este structura caracteristica proteinelor globulare , apare in cazurile speciale de proteine (numite OLIGOMERE) alcatuite din lanturi peptidice distincte (fara legaturi covalente intre ele),in numar mic si pereche; catenele individuale sunt denumite subunităţi. natura, numărul şi modul de asociere spaţială a subunitatilor definesc structura cuaternară a proteinei respective. activitatea biologică a proteinei se manifestă doar la nivelul structurii cuaternare. DENATURAREA PROTEINELOR este pierderea activitatii biologice. Cauza (agenţi denaturanţi): factori fizici/chimici: distrugerea legaturilor nepolare: (nu implică ruperea legăturilor peptidice) 1.legaturi de hidrogen 2.interactii hidrofobe 3.interactii centrii activi. Factori care favorizeaza denaturarea: 1. Temperatura 2. pH-ul 3. Radiatiile ,4. Compusii chimici activi (ex: ureea, amine tertiare) 5. Agentii tensioactivi 6. Solventii, 7. Metale grele **HIDROGELURI PE BAZA DE PROTEINE** PROPRIETATILE PROTEINELOR: biocompatibilitate ridicata , caracter biodegradabil , abilitatea de a interactiona cu componenti bioactivi , versatilitate in obtinere de produse diverse: particule, filme, fibre HIDROGELURI PE BAZA DE PROTEINE Caracterisici-avantaje: ✓ Toxicitate scăzută ✓ Biocompatibilitate ridicată ✓ Bioactivitate superioară ✓ Preţ scazut si sustenabilitate superioară comparativ cu hidrogelurile pe baza de ADN ✓ Aplicaţii multiple in domeniul biomedical: biosenzori, livrare medicamente, ingineria tisulara **CLASIFICAREA HIDROGELURILOR PE BAZA DE PROTEINE** In funcție de numărul proteinelor implicate: ✓Hidrogeluri monocomponente (ce implică un singur tip de proteine) ✓Hidrogeluri bicomponente (ce implică două tipuri de proteine) ✓Hidrogeluri multicomponente. In functie de agentii implicati: ✓Hidrogeluri hibride proteină-agenți nanostructurați ✓Hidrogeluri hibride proteină-agenti microstructurati. In funcție de metoda de obținere: ✓Hidrogeluri obținute prin metode ce implica legături non-covalente ✓Hidrogeluri obtinute prin metode ce implică legături covalente **METODE DE OBTINERE** Metode fizice ce implica formarea legaturilor non-covalente. Hidrogelul implica interactii slabe intre molecule precum interactii electrostatice legaturi de hidrogen interactii hidrofobe. Interactiile slabe au efect asupra proprietatii de auto-reparare (self-healing) si proprietatii de gel injectabil Metoda influentata de schimbarea de pH (pH-induced method).CARACTERISTICI: Variatia pH-ului determina schimbari ale conformatiei moleculare, solubilitatii proteinei, datorita perturbarii interactiilor intra-/intermoleculare initiale , determinand agregarea moleculelor de proteina si formarea hidrogelului.Avantaje metoda: metoda eficienta si simpla ALBUMINA SERICA este o proteină solubilă în apă ,este cea mai abundentă proteina din plasma sanguină , contine 585 resturi aminoacide ,la pH=7.4 poartă un număr mare de sarcini negative ,menţine apa în compartimentul intravascular asigurând o anumită presiune osmotică a plasmei , prezintă capacitate superioară de legare şi transport a substanțelor hidrofobe (hormoni, bilirubina, acizi grasi, medicamente). Mecanismul de formare a hidrogelului pe bază de proteină/albumină implică interacții electrostatice determinate demodificarea valorii pH-ului, ce declanşează denaturarea parțială a proteinei şi autoasamblarea Metoda influentata de temperatura este Formarea hidrogelului prin denaturare termică presupune incalzirea solutiei apoase de proteina, în baia de apă, la 80C timp de 2 ore. Metode ce implica formarea legaturilor covalente (metoda reticularii) este cea mai utilizata metoda pentru prepararea hidrogelurilor. hidrogelul prezinta o structura tridimensionala (3D) ce implica legaturi covalente intercatenare , hidrogelul implica interactii intre gruparile functionale terminale ale proteinei (gruparile amino/acide) si agentul de reticulare.Agenti de reticulare: aldehide (aldehida glutarica),acizi,divinilsulfaţi , genipin, acid tanic. Reacţiile de reticulare au loc în general în soluţie, iar alegerea solventului este dictată de aplicaţia pentru care este produs hidrogelul respectiv. Pentru aplicaţii biomedicale, cel mai folosit solvent este apa. Solvenţii organici pot fi utilizaţi în măsura în care pot fi apoi îndepărtaţi şi înlocuiţi în structura tridimensională de apă sau diverse lichide biologice Agenţii de reticulare sunt în general compusi care au grupări funcţionale la ambele capete si care reactioneaza cu gruparile functionale (--NH2 și--COOH). HIDROGEL PE BAZA DE COLAGEN RETICULAT CU ALDEHIDA GLUTARICA- Colagenul este o proteina fibroasa, insolubila in apa, componenta a tesuturilor cu rezistenta mecanica ridicata (tesut osos, tesut dentar, muschi, tendoane) si a tesuturilor flexibile.Colagenul poate fi reticulat cu aldehida glutarica prin intermediul gruparilor ε-amino din lizina si hidroxilizina. Acidul tanic este un polifenol natural, interactioneaza cu proteinele prin: legaturi de hidrogen ,interactii electrostatice, legaturi coordinative, interactii hidrofobe. posibile aplicatii: agent natural de reticulare cu activitate Anti-inflamatoare, antibacteriana, anti-tumorala Metoda reticularii AVANTAJE -Formarea unui hidrogel cu proprietati superioare hidrogelurilor obtinute prin metode ce implica interactii slabe datorita prezentei legaturilor covalente in structura hidrogelului ,Metoda reticularii chimice permite reglarea proprietatilor mecanice, porozitatii, gradului de gonflare și biodegradabilitatii hidrogelurilor in functie de conditiile selectate. Dezavantaje- biocompatibilitatea hidrogelurilor poate fi afectata de prezenta anumitor agenti de reticulare/fotoinitiere caracterizati de o toxicitate mai ridicata APLICATII HIDROGELURI- Lentilele de contact fabricate din hidrogeluri, prezintă proprietăţi precum: permeabilitate ridicată pentru oxigen, sunt extrem de subțiri, maleabile și aderă la suprafața ochiului ,compatibilitate ridicata cu tipul de ochi uscat si sensibil, capacitate de sterilizare în autoclavă, care este mult mai convenabilă decât sterilizarea cu oxid de etilenă necesară lentilelor rigide din PMMA. Un dezavantaj al lentilelor de contact moi îl reprezinta scăderea capacității de umectare Pentru a îmbunătăți confortul purtării acestor lentile şi a asigura capacitatea de umectare a suprafeței, se introduc compuşi cu funcția de agenți de umectare (ex: polietilen glicol, acid hialuronic). POLIZAHARIDE Definitie: biopolimeri naturali formati din mai multe unitati de monozaharide, de aceeasi natura sau din unitati diferite. Clasificarea: Dupa numarul de unitati monomere: 1. Homopolizaharide (contin un singur tip de monomer ) 2. Heteropolizaharide. clasificare dupa originea polimerilor- bacteriana(Celuloza), mucegaiuri, plante(Amidon Celuloza) ,animala (Chitina/Chitosan Acid hialuronic) APLICATII ALE POLIZAHARIDELOR IN DOMENIUL BIOMEDICAL- pansamente, biosenzori, sisteme de livrare tintita medicamente, bioimagistica AMIDONUL -- sursa -Cereale si Legume. COMPOZITIA CHIMICA: amestec de 2 polizaharide poliglicozidice amiloza si amilopectină , care diferă între ele prin structură și reactivitate. Amidonul hidrolizeaza enzimatic, în prezența amilazelor,transformandu-se in glucoză AMILOZA este Lant liniar format din unitati de D-glucoza, legate in pozitiile 1, 4,Polimer caracterizat de o polidispersie ridicata (M de la cateva mii la 500.000). In apa catenele sunt rasucite elicoidal -Amilopectina conţine tot unitati de D-glucoză, structura foarte ramificată, masa moleculară este superioara amilozei (100milioane g/mol)-structura amilopectinei permite formarea de numerosi pori intre catenele macromoleculare liniare; structura afanata. raportul amiloza/amilopectina variaza in functie de natura plantei,proprietatile mecanice sunt influentate de raportul amiloza/amilopectina ACIDUL HIALURONIC CLASA DE POLIMERI: heteropolizaharide PROPRIETATI ACID HIALURONIC- Polimer hidrofil, biocompatibil, Biodegradabil, Capacitate de a lega moleculele de apa (capacitate de hidratare, efect antioxidant ,Stimuleaza producerea de colagen , reactivitate Rectia de esterificare -Reducerea solubilitatii in apa/cresterea caracterului hidrofob.Rectia de reticulare (fotoreticulare, reticulare cu aldehide) Chitosanul este: polimer natural, cationic, polizaharida, biocompatibil, biodegradabil, prezinta activitate biologica, are Proprietati muco-adezive, des întâlnită în natură (crustacee, insecte). structura: copolimer liniar cu unitati de D-glucozamina si N-acetil-D- glucozamina.este incadrat in clasa bazelor slabe, insolubil în apă. Strategii de imbunatatire a proprietatilor mecanice- Combinarea cu alti polimeri (Obtinerea de amestecuri binare) sau Reticularea (glutaraldehida, genipin) metodelor de obtinere a microparticulelor pe baza de chitosan -covalente si necovalente. Reticularea emulsiei: aceasta metoda valorifica existenta gruparilor functionale (-OH,-NH2) ale chitosanului de a reactiona cu gruparile functionale existente intr-un agent de reticulare si de a conduce la obtinerea unei structuri reticulate. Metoda precipitarii.Aceasta metoda se bazeaza pe proprietatea fizico-chimica a chitosanului de a precipita atunci cand vine in contact cu o solutie alcalina (chitosanul este insolubil in mediul alcalin). FACTORI CE INFLUENTEAZA INCAPSULAREA MEDICAMENTELOR IN MICROPARTICULELOR 1\. Concentratia chitosanului Eficienta incapsularii ,Eliberarea medicamentului-Concentraţiile scăzute de chitosan determină eficienţe scăzute de încapsulare a SA-Utilizarea unor soluţii concentrate de chitosan sunt dificil de prelucrat 2\. Raportul Chitosan-medicament 3\. Masa moleculara a chitosanului 4\. Densitatea de reticulare a microcapsulelor PECTINA = polizaharida naturala, provenita din fructe CLASIFICAREA PECTINEI dupa gradul de esterificare- HMP - pectina cu grad mare de metoxilare, LMP - pectina cu grad mic de metoxilare PROPRIETATILE PECTINEI- Polimer solubil in apa, insolubil in alcool/solventi organici, Capacitate de a forma gel, Degradarea are loc in prezenta acizilor la temperatura ridicata; degradarea este favorizata de o valoare scazuta a pH, Polimer caracterizat de o biocompatibilitate ridicata. Polietilena (PE): LDPE, HDPE. Caracteristici generale: LDPE este polimer solid, incolor şi transparent in strat subţire, iar în strat gros este opac, translucid, flexibil şi rezistent la şoc; este sensibil la temperatură de la 60-80C. Caracteristici generale: HDPE este mai densă si opacă pentru aceeaşi grosime; HDPE rezistă la o temperatură până la 115C. Creşterea gradului de cristalinitate este însoţită de mărirea durităţii, rigidităţii şi rezistenţei la rupere, a rezistenţei chimice, de scăderea permeabilităţii şi rezistenţei la şoc. Rezistenta chimica: HDPE/LDPE prezinta rezistenţă chimică foarte bună:-la acizi slabi şi acizi tari-la bazele slabe şi tari. Rezistenta la halogeni: PE este rezistenta la fluor, dar nu şi la clor; bromul şi iodul se absorb în material. Aplicatiile biomedicale ale PE- Chirurgia cardiovasculare, Cranioplastii, Ortopedie, stomatologie Polipropilena (PP) -material termoplastic, rezistenţă chimică excelenta, impermeabilitate la apă, densitate mică, proprietăţi mecanice şi electrice bune, aplicaţii in domeniul biomedical. Aplicatiile biomedicale ale PP - Filme, recipiente rigide şi articole sterilizate cu apă fierbinte, Seringi de unica folosinta, Fabricarea valvelor cardiace, a carcasei pompelor, a elementelor de conectare cu ţesuturile înconjurătoare, Firele chirurgicale. Polistirenul (PS) este un material termoplastic format din macromolecule liniare, neramificate, material alb, transparent ,bun izolator electric. A apărut ca produs comercial în 1937. Structură şi sinteză- Polistirenul se obţine prin polimerizarea radicalică a stirenului, în prezenţa unui iniţiator dacă stirenul nu este amestecat cu inhitori de polimerizare. Aplicatii biomedicale ale PS- tuburi hemolitice, cutii Petri, in domeniul protezelor stomatologice, PS se utilizează pentru confecţionarea lingurilor de amprentă, prezentând un modul de elasticitate scăzut. Deformabilitatea crescută a lingurilor de polistiren are drept urmare faptul că pereţii acestora se destind în cursul exercitării presiunii din timpul amprentării şi revin la dimensiunile iniţiale după dezinserarea amprentei, determinând astfel deformări ale amprentei, componente ale aparatului auditiv. tetrafluoretilena (PTFE) -TEFLON face parte din clasa polimerilor fluoruraţi. este un material termoplastic dur, stabil la temperaturi inalte. se caracterizeaza printr-o viscozitate foarte ridicată în stare topită. Structura si sinteza Se obtine prin polimerizarea tetrafluoretilenei, în stare gazoasă, într-un mediu apos, sub presiune. Proprietăţile mecanice ale ptfe nu sunt afectate semnificativ la temperatură ridicată, pe un interval de timp, PTFE nu absoarbe radiaţii din spectrul vizibil şi nici din cel ultraviolet, Este un material translucid până la opac, Rezistenţa chimică foarte bună la atacul chimic. Dezavantaje: duritate mică, dificultăţi de prelucrare, fragilitate, prezenţa incluziunilor