1. SUVREMENI MATERIJALI – TEHNOLOGIJA I OKOLIŠ
Edukacija Inovativne metode poučavanja u kemiji - projekt „Inovativna škola za zelenu budućnost”
Doc.dr.sc. Berislav Marković
Odjel za kemiju
Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku
25. Siječnja 2016.

2. KEMIJA ČVRSTOG STANJA – ZNANOST O MATERIJALIMA ?
SOLID STATE CHEMISTRY – MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING ?
KLASIČNI PRISTUP:
OPIS ČVRSTOG STANJA (ATOMI, MOLEKULE, STRUKTURE, FAZE, POGREŠKE U STRUKTURAMA…)
SVOJSTVA ČVRSTIH MATERIJALA (ELEKTRIČNA, OPTIČKA, MAGNETSKA, MEHANIČKA)
REAKCIJE U ČVRSTOM STANJU (DIFUZIJA, PRECIPITACIJA, RAST KRISTALA…)
SINTEZA I PROIZVODNJA (SINTERIRANJE, KALCINACIJA…)
UPOTREBA ČVRSTIH MATERIJALA
ODNOS STRUKTURE – SVOJSTAVA – PRIPREME - PRIMJENE

3. SUVREMENI BIOMATERIJALI
“NEVJEROJATAN USPJEH”
ISTRAŽIVANJA U PODRUČJU BIOMATERIJALA TIJEKOM PROTEKLIH 50 GODINA
“TOTALNI PROMAŠAJ”

4. SUVREMENI BIOMATERIJALI
UPOTREBA:
SRČANI ZALISCI, KRVNI SUDOVI, ZGLOBOVI (KOLJENA I KUKOVI), PACEMAKERI, UMJETNE LEĆE, ZUBNI I OSTALI IMPLANTATI...
MATERIJALI:
METALI
ČELIK, TITAN, PLATINA
SINTETSKI POLIMERI
SILIKONI, POLIURETANI, BIO-RAZGRADIVI POLIESTERI
PRIRODNI POLIMERI
PROTEINI
KERAMIKE
HIDROKSIAPATIT, KALCIJEV KARBONAT, FOSFATI
JEDNAK “MENU” KAO I U VRIJEME DRUGOG SVJ. RATA

5. SUVREMENI BIOMATERIJALI
PROBLEM: SVI NAVEDENI MATERIJALI SU RAZVIJENI POSTAVLJAJUĆI NA PRVO MJESTO MEHANIČKA, FIZIKALNA I KEMIJSKA SVOJSTVA I LAKOĆU IZRADE – NISU BAZIRANI NA BIOLOGIJI (FIZIOLOGIJI)
RJEŠENJE: MODIFICIRATI POVRŠINU BIOMATERIJALA TAKO DA TIJELO MOŽE MEĐUDJELOVATI (PRIHVATITI) ISTI

6. SUVREMENI BIOMATERIJALI - SCENARIJ ZUBNIH IMPLANTATA
1. PLAZMA PROTEINI ADSORBIRAJU SE (ILI NE?) NA POVRŠINU
2. STANIČNA REAKCIJA – STANICE “TRAŽE” ADHEZIJSKE PROTEINE (FIBRONEKTIN) I REAGIRAJU (VEŽU SE I ŠIRE) AKO SE PROTEINI NALAZE U ODREĐENOJ KRITIČNOJ GUSTOĆI I KONFORMACIJI(?)
FIBRONEKTIN
(PLAZMA PROTEIN)
INTEGRIN
(MEMBRANSKI PROTEIN)
RhoA
(ENZIM KOJI DAJE SIGNAL STANICI DA REAGIRA)
SPECIFIČNA REAKCIJA

8. Fibronektin - ekstracelularni glikoprotein visoke molekulske mase (~ kDa). Građen je od dvije, gotovo identične podjedinice vezane parom S-S veza,
- među više domena ističe se tzv. RGD (Arg–Gly–Asp), odgovoran za vezu sa stanicama,
- topljivi dimeri vezanjem uz α5β1 integrin prelaze u netopiva vlakna (S-S veze pucaju i struktura se odmotava, molekule se međusobno povezuju)

9. SUVREMENI BIOMATERIJALI - SCENARIJ IMPLANTATA
NE-SPECIFIČNA REAKCIJA - BIOMATERIJAL JE TRETIRAN KAO “STRANO TIJELO” – ODBACUJE SE ILI PREKRIVA SLOJEM PROTEINA I BIVA IZOLIRAN
- VEZANJE “KRIVIH” STANICA (EPITEL)

10. SUVREMENI BIOMATERIJALI - MODIFICIRANJE
MODIFICIRANJE POVRŠINE BIOMATERIJALA
PRIVLAČENJE STANICA
(RECEPTORI)
ODBIJANJE STANICA
(BEZ RECEPTORA)
ZAGAĐIVANJE POVRŠINE
GRUŠANJE KRVI
IMPLANTAT

11. SUVREMENI BIOMATERIJALI - MODIFICIRANJE
POVRŠINA NEPRIKLADNA ZA ADSORPCIJU PROTEINA
- PREKRIVANJE POVRŠINE POLI(ETILEN GLIKOLOM) - PEG
ILI POLI(ETILEN OKSIDOM) - PEO
- (CH2CH2O)n -
- POVRŠINSKI VEZANE MOLEKULE VODE

12. SUVREMENI BIOMATERIJALI
POVRŠINA BIOMATERIJALA - “KRITIČNA TOČKA”
KEMIJA
MORFOLOGIJA
“STANICE NE VIDE UNUTRAŠNJOST MATERIJALA VEĆ SAMO NJEGOVU POVRŠINU”
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA

13. ISPITIVANJE ADSORPCIJE FIBRONEKTINA NA DETALJNO KARAKTERIZIRANIM ČESTICAMA TiO2 - 1

14. ISPITIVANJE ADSORPCIJE FIBRONEKTINA NA DETALJNO KARAKTERIZIRANIM ČESTICAMA TiO2 - 2
D.E. MacDonald, B. Markovic, A.L. Boskey, P. Somasundaran, Physico-chemical properties of human plasma fibronectin binding to well characterized titanium dioxide, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 11 (1998) 131–139

15. MIKROSKOP ATOMSKE SILE – ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM)

16. ADSORPCIJA FIBRONEKTINA NA Ti

17. ADSORPCIJA FIBRONEKTINA NA Ti
D.E. MacDonald, B. Markovic, M. Allen, P. Somasundaran, A.L. Boskey, Surface analysis of human plasma fibronectin adsorbed to commercially pure titanium materials, Journal of Biomedical Materials Research, 41 (1998)

18. MATERIJALI - OBLIKOVANJE - SVOJSTVA
IZRADA
TRGOVAČKI BRODOVI 2. SVJ. RATA (LIBERTY, VICTORY)
- IZGRAĐENO 5777 BRODOVA (trajanje gradnje smanjeno s početnih 230 na prosjek od 23 dana – rekord 4 dana i 15,5 sati) - NEKOLIKO DESETAKA “PUKLO”
- NA OKO 1000 POJAVILE SE PUKOTINE
OBLIKOVANJE – KVADRATNE PLOČE (oštri kutovi)
IZRADA – BRZO ZAVARIVANJE (PRE-PLITKO)
MATERIJAL – ČELIK NEDOVOLJNE ŽILAVOSTI I NEOTPORAN NA HLADNOĆU (KRT)
- BRITANSKI MLAŽNJAK - KOMET

21. IZRADA - STRUKTURA - SVOJSTVA – UPOTREBNA VRIJEDNOST
STRUKTURA - SVOJSTVA: KORELACIJA IZMEĐU ATOMSKE I KRISTALNE GRAĐE (STRUCTURE) I ŽELJENIH SVOJSTAVA MATERIJALA
IZRADA: TRADICIONALA IZRADA - EMPIRIJSKA
SUVREMENA IZRADA – ZNANSTVENO POZNAVANJE VARIJABLI PRERADE I NJIHOVOG UTJECAJA NA KONAČNA SVOJSTVA
UPOTREBNA VRIJEDNOST: IZRADA + UPOTREBA

22. ODABIR MATERIJALA 1. OSNOVNA I DODATNA SVOJSTVA 2. MOGUĆNOST IZRADE
3. DOSTUPNOST
4. CIJENA

23. LITERATURA ZA PREPORUČITI:
Philip Ball, Made to Measure – New Materials for the 21st Century, Princeton University Press, Princeton, 1997

24. HVALA NA PAŽNJI!