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Können Biomaterialien die Reparatur des menschlichen Körpers bewirken? Wie kraftvoll sind diese magischen Materialien!
Mit der Entwicklung der Medizintechnik gewinnen Biomaterialien als aufstrebendes Wissenschaftsgebiet immer mehr Aufmerksamkeit. Biomaterialien sind Substanzen, die so konzipiert und konstruiert sind, dass sie mit biologischen Systemen interagieren, um die Gewebefunktion im menschlichen Körper zu behandeln, zu verbessern, zu reparieren oder zu ersetzen.
Biomaterialwissenschaft ist ein interdisziplinäres Fach, das Elemente wie Medizin, Biologie, Chemie, Tissue Engineering und Materialwissenschaften umfasst.
Biomaterialien haben seit der Entstehung dieses Bereichs ein stetiges Wachstum erlebt, und viele Unternehmen investieren stark in die Entwicklung neuer Produkte. Biomaterialien können in aus der Natur gewonnene Materialien und in Laboren synthetisierte Materialien unterteilt werden und werden häufig in medizinischen Anwendungen verwendet. Die Funktionalität dieser Materialien kann passiv sein, beispielsweise bei Herzklappenanwendungen, oder interaktiver, bioaktiver Anwendungen, beispielsweise bei mit Hydroxylapatit beschichteten Hüftimplantaten.
Biologische Aktivität
Biologische Aktivität bezieht sich auf die Fähigkeit eines biologischen Materials, physiologische Reaktionen hervorzurufen und seine Funktion und Leistung zu fördern. Insbesondere bei bioaktiven Gläsern und bioaktiven Keramiken bezieht sich der Begriff häufig auf die Fähigkeit des Implantatmaterials, sich fest mit dem umgebenden Gewebe zu verbinden.
Gute Biokompatibilität sowie Festigkeit und Auflösungsgeschwindigkeit sind Eigenschaften, die bei vielen Biomaterialien gefragt sind.
Mit der Entwicklung der Computersimulationstechnologie wurde die Entwicklung klinisch nützlicher Biomaterialien beschleunigt, und die molekularen Wirkungen von Materialien in therapeutischen Umgebungen können auf der Grundlage begrenzter experimenteller Daten vorhergesagt werden.
Selbstmontagetechnologie
Selbstorganisation ist ein Begriff, der in der modernen wissenschaftlichen Gemeinschaft häufig verwendet wird, um den Prozess zu beschreiben, bei dem sich Partikel (wie Atome, Moleküle, Kolloide usw.) spontan ohne den Einfluss äußerer Kräfte zusammenlagern. Diese Partikel können thermodynamisch stabile und gut strukturierte Anordnungen bilden, ähnlich einem von sieben Kristallsystemen in der Metallurgie und Mineralogie.
Selbstorganisationstechnologie gilt auch als neue Strategie in der chemischen Synthese und Nanotechnologie und hilft bei der Entwicklung überlegener Biomaterialien auf der Grundlage von Mikrostrukturen in der Natur.
Strukturhierarchie
Fast alle Materialien können als hierarchisch strukturiert betrachtet werden, aber bei biologischen Materialien ist diese hierarchische Organisation intrinsisch. Am Beispiel des Knochengewebes ist Kollagen der Hauptbestandteil der organischen Matrix und bildet zusammen mit Mineralien die Grundstruktur des Knochengewebes.
Die hierarchische Struktur von Biomaterialien ermöglicht es ihnen, in verschiedenen Anwendungen unterschiedliche Leistungsmerkmale zu zeigen. Diese Eigenschaften hängen von der Gestaltung ihrer Mikrostruktur und den Eigenschaften der Materialien ab.
Anwendungsfelder
Biomaterialien spielen im medizinischen Bereich eine wichtige Rolle:
- Gelenkersatz
- Knochenplatte
- Intraokularlinsen in der Augenchirurgie
- Künstliche Bänder und Sehnen
- Zahnimplantate
- Gefäßprothese
- Herzklappe
- Hautreparaturausrüstung
- Arzneimittelabgabesystem
- Anästhesiekatheter
Biologische Materialien müssen mit dem menschlichen Körper kompatibel sein und viele Biokompatibilitätsprobleme müssen vor der klinischen Anwendung gelöst werden.
Biologisch abbaubare Materialien
Biologisch abbaubare Materialien beziehen sich auf Materialien, die durch natürliche enzymatische Reaktionen abgebaut werden können. Die Verwendung biologisch abbaubarer Materialien liegt seit den 1960er Jahren im Trend und wird allgemein akzeptiert, da sie das Risiko langfristiger schädlicher Auswirkungen verringern.
Zusammenfassung
In der heutigen Medizintechnik treiben Biomaterialien weiterhin Innovation und Entwicklung voran. Diese Materialien können nicht nur beschädigtes Gewebe reparieren und ersetzen, sie haben auch das Potenzial, mit dem menschlichen Körper zu interagieren. Welche neuen Biomaterialien werden wir jedoch mit fortschreitender Technologie in Zukunft entdecken, die die medizinische Praxis verändern werden?
