Biología se está utilizando ahora a retos de ingeniería como materiales derivados biológicamente ofrecen propiedades clave que materiales provocados por el hombre no pueden. Materiales bio-derivado, a veces denominados biomateriales, se crean de vida o una vez organismos vivos. Estos materiales han ganado popularidad recientemente como son biocompatibles y puede actuar como matrices que pueden albergar biomoléculas y células. Este video se introducen varios bio-materiales derivados de e introducir común técnicas y desafíos en el campo.
Hay muchos polímeros derivados biológicamente, o biopolímeros, utilizados en la investigación de la bioingeniería. En primer lugar, el colágeno es un polímero de proteína utilizados típicamente derivado de piel bovina, tendón y hueso y las colas de rata incluso. Las fibras de colágeno poseen una estructura de triple hélice que le da la rigidez y resistencia del material. Debido a esta propiedad, colágeno se utiliza a menudo como un componente estructural de construcciones de la ingeniería del tejido especialmente en los huesos y la piel como tejido artificial. Otro polímero de la proteína común es de seda que se deriva del capullo de larvas de polilla de la seda. Estructura secundaria de la proteína tiene vastas regiones cristalinas de hojas beta que permite flexibilidad y alta resistencia. Como con el colágeno, seda se utiliza a menudo como el componente estructural del tejido artificial, normalmente en tejido flexible como piel y músculo. Sin embargo, seda también se proyecta como una película fina para dispositivos ópticos así como sustratos de aparato eléctrico. Quitosano, otro biopolímero, es el polisacárido derivado de cáscaras de crustáceos como cangrejos o langostas. Solubilidad del polímero es base del pH. Esto permite el control sencillo de los procesos de fabricación al aumentar el pH para solidificar el material. Chitosan se utiliza a menudo en la cicatrización de heridas mediante la creación de una película que es biocompatible con regenerador de tejidos.
Ahora vamos a echar un vistazo a algunos métodos importantes utilizados para manipular estos biomateriales. En primer lugar, los biomateriales se echan a menudo como un hidrogel para crear una estructura altamente hidrofílica con mayor biocompatibilidad. Un hidrogel es una polímero sólido como red con alto contenido de agua y se utiliza a menudo como un tejido en tejido artificial. Para hacer un hidrogel con colágeno, calentar el polímero en una solución acuosa, como medio de crecimiento y luego eche la solución en un molde. La solución entonces es enfriada hasta el sólido. Reticulación UV también puede utilizarse para mejorar la estabilidad del gel por enlazan covalentemente a residuos en las cadenas del polímero. Como alternativa, perlas de hidrogel se pueden formar agregando gota a gota la solución de polímero a una solución de reticulación. Los granos se utilizan para estabilizar las células en las proteínas. Biomateriales se pueden también utilizar para formar esteras fibrosas mediante electrospinning. Esta técnica se realiza mediante la aplicación de un campo eléctrico entre una superficie del colector y la punta de una jeringa que contenga solución de biopolímero. Esto induce la formación de las fibras de la microescala que crear estructuras que imitan a la matriz extracelular en el tejido. Alternativamente, se pueden preparar láminas delgadas de biomaterial mediante electrodeposición. Para ello, se aplica un potencial a una celda de dos electrodos que contiene la solución de biomaterial. El biomaterial migra a uno de los electrodos formando una película fina en la superficie. Estas películas delgadas pueden usarse para hacer una superficie biocompatible, por ejemplo estabilizar la superficie montada enzimas en las células. En este caso, una fina película de quitosano estabiliza a la enzima oxidasa de glucosa. Además, los biomateriales son a menudo fundido sobre una superficie para formar una película delgada de solución. La solución primero se cayó sobre un substrato se seca para quitar el solvente todos. El espesor de la película es controlar el volumen y la concentración de la solución.
Aunque biomateriales son ampliamente utilizados en Bioingeniería, hay desafíos inherentes asociados con su uso. En primer lugar, biomateriales poseen propiedades naturales que se rigen por su procedencia y estructura molecular. Mientras estos materiales pueden aprovecharse para una amplia gama de aplicaciones, puede ser difícil modificar sus propiedades inherentes. Además, procesamiento del material altera sus propiedades, a veces de una manera adversa. Biomateriales se derivan de fuentes naturales que pueden variar en la especie de organismo y factores ambientales como estación base. Esto puede resultar en la variabilidad de lote a lote que causa pequeñas diferencias en la aplicación final. Finalmente, la mayoría biomateriales son solubles limitando su estabilidad en agua. Puesto que algunas aplicaciones requieren el material a ser permanente, crosslinking o estabilización técnicas se requiera para extender su vida útil. Sin embargo, esto puede resultar en cambios no deseados en las propiedades mecánicas.
Se utilizan materiales derivados biológicamente en una amplia gama de aplicaciones en la investigación de la bioingeniería. En primer lugar, biomateriales utilizan con frecuencia en aplicaciones de entrega de drogas ya que por lo general son biodegradables y biocompatibles. Por ejemplo, los hidrogeles ofrecen una matriz biocompatible capaz de contener moléculas de drogas sensibles. Degradan a una tasa predecible dependiendo de las propiedades del material, permitiendo la liberación controlada de un fármaco. Biomateriales se han utilizado extensivamente en medicina, específicamente con las suturas de seda y con vendajes basados en quitosano y adhesivos para la cicatrización de heridas. En este ejemplo, láminas adhesivas quirúrgicas de quitosano se prepararon con un tinte diagnóstico médico. Más tarde fueron fusionados a través de tejido cortado para cerrar la herida como una alternativa a las suturas. Un área en evolución del campo de biomateriales trata proteínas y otras biomoléculas como el ADN en este caso, como los materiales de polímero. Para ello, filamentos de ADN están diseñados con una secuencia específica que induce el plegado exacto de la cadena de ADN en estructuras complejas y patrones llamados origami de ADN. Estas estructuras pueden utilizarse entonces para crear asambleas funcionales capaces de detectar señales biológicas, cambian de forma o versión embedded biomoléculas.
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