Samenvatting Materiaalkunde 8SC00 reader

8SC00 Materiaalkunde Samenvatting reader

Hoofdstuk 1
Biomateriaal: niet-levend materiaal dat gebruikt wordt in een medisch apparaat bedoeld
voor interactie met biologische systemen
Bio-compatibiliteit: het vermogen van een materiaal om te presteren met een geschikte
gastheer reactie in een specifieke toepassing
Eigenschappen van biomaterialen
- De gewenste eigenschap is afhankelijk van de functie.
- Er moet rekening worden gehouden met bepaalde criteria: fysieke, chemische,
mechanische en biologische eigenschappen
- Eigenschappen voor de ontwikkeling van een biomateriaal: atomische en
moleculaire structuur, microstructuur, mechanische eigenschappen, oppervlakte
eigenschappen, bio-activiteit, biodegradatie en cyto-compatibiliteit
Biomaterialen in het lichaam
- De implantatie van een biomateriaal in het lichaam initieert een serie van biologische
gebeurtenissen op het oppervlakte van het materiaal  Foreign Body Reaction
(FBR)
- FBR is de reactie van het lichaam op geïmplanteerde objecten, bedoeld om de
mogelijke schade van het vreemde object aan de weefsels en organen te
minimaliseren
- Wanneer het object niet verwijderd wordt uit het lichaam door de cellen, resulteert de
FBR in een inkapseling van het object in een laag van fibreus weefsel  isoleert het
van de omliggende weefsels
o Dit kan problematisch zijn voor het inbrengen van een biomateriaal en
daarom moet bij het ontwerpen van een biomateriaal goed over de reactie
van de FBR nagedacht worden
Eiwit adsorptie
- Eiwitten gaan direct adsorberen op het oppervlak van het biomateriaal na het contact
van het biomateriaal met een biologische vloeistof.
- De eerste gebeurtenis na het contact met de biologische vloeistof is de hydratie van
het oppervlak van het biomateriaal met watermoleculen  de adsorptie van
eiwitten is direct gerelateerd aan de affiniteit van de oppervlakte groepen om
hun gebonden water moleculen van hydratie vrij te geven
o Adsorptie begunstigen:
 ∆S – desorptie van veel watermoleculen, ontvouwen van de eiwitten
 ∆H – niet covalente interacties eiwitten en oppervlak
o Adsorptie tegengaan
 ∆S – adsorptie van eiwitten op oppervlak, hydrofobe domeinen
blootstellen in eiwitten
 ∆H – ontvouwen van eiwitten
- Op een hydrofiel materiaal absorberen weinig/ minder eiwitten  dus heel hydrofiel =
geen eiwitadsorptie. Als het heel hydrofoob is, is er ook weer geen eiwitadsorptie



1

, - Het proces hangt af van de eigenschappen van de eiwitten en de oppervlakte
eigenschappen van het biomateriaal
o Eiwit eigenschappen: grootte, hydrofiel, hydrofoob, lading en structurele
stabiliteit van het eiwit
o Oppervlakte eigenschappen: hydrofiel, hydrofoob, lading en topografie van
het oppervlak
- De concentratie en diffusie mate van eiwitten beïnvloeden ook de adsorptie op het
oppervlak
o Kleine eiwitten hebben een hogere mobiliteit en kunnen daardoor eerder op
het oppervlak adsorberen
o Maar over een langere periode kunnen eiwitten met een hogere oppervlakte
affiniteit de eerst geadsorbeerde eiwitten vervangen  Vroman effect
- Eiwit adsorptie is een dynamische proces waarbij eiwitten en biomaterialen elkaar op
het interface beïnvloeden
o Het oppervlak kan eiwit conformatie en activiteit beïnvloeden
o Eiwitten kunnen de lading, bevochtigbaarheid en degradatie van het
oppervlak veranderen
Biomateriaal-cel interacties
- Hangen af van de compositie van de geadsorbeerde eiwit laag, maar ook van andere
factoren zoals:
o Stijfheid:
 Stamceldifferentiatie door fysische signalen  stamcellen gedragen
zich anders op materialen met andere stijfheden. De mechanische
eigenschappen van een materiaal kunnen de differentiatie van cellen
dus beïnvloeden. Het is echter een complexer geheel dan alleen de
stijfheid  het is ook afhankelijk van het celtype, materiaaltype, etc
 De stamceldifferentiatie wordt bepaald door de mesh size/ crosslink
dichtheid. Een materiaal heeft een bepaalde mesh size  materialen
gecoat met bijvoorbeeld collageen: cellen kunnen hieraan binden. Bij
materiaal met een te grote mesh size, kunnen cellen er minder goed
aan trekken  minder stijf. Dus ook hoe het collageeneiwit op het
materiaal vastzit is van belang en niet alleen de stijfheid
o Topografie
 De oppervlaktetopografie van biomaterialen op nano- en microschaal
kan het celgedrag bepalen. Epitheelcellen reageren op nano-groeven
door de alignment en verlenging langs de groef-as. De cel volgt dus
de richting van de lijnen  dus ook de nanoschaal topografie heeft
invloed op de vorm van de cel.
o Chemische functionaliteit
 Het celtype is belangrijk voor de reactie op het materiaal. Als de hoek
afneemt, is er minder cel hechting
o Afbreekbaarheid
 Degradeerbaarheid heeft een bepaalde relatie met stijfheid. Zo wordt
bijvoorbeeld de stemness van neurale progenitorcellen niet beïnvloedt
door de materiaalstijfheid, maar was materiaaldegradatie wel
noodzakelijk voor het handhaven van de cel stemness
 Hoge degradeerbaarheid van materiaal  uitlopers kunnen beter
groeien door het materiaal heen, dus meer uitlopers  meer
zenuwcellen


2