תפקיד העיצוב של ננו-מבנה לשיפור ביצועים ביו-חומריים

הבנת עיצוב nanostructures בהנדסת ביו-חומר

ביו-חומרים מתעוררים כמערכות דינמיות, ניתנות להפעלה של סביבות ביולוגיות בדיוק ובתכליתיות.שדה המדע הביו-חומרי עבר טרנספורמציה מהפכנית עם הופעת ננוטכנולוגיה, המאפשר לחוקרים לתפעל תכונות חומריות בקנה מידה שמממשק ישירות עם מולקולות ביולוגיות, תאים ורקמות.התקדמות בעיצוב ננו-חומרי, אפיון ומודלים ניסיוניים כעת לאפשר לשאול שאלות תובעניות יותר: לא רק אם זה עובד, אלא אם הוא עובד על ידי כך לא רק על ידי כך, אלא אם הוא עובד, אלא גם עובד על עיצוב, אלא על ידי כך הוא עובד, אלא גם אם הוא עובד על עיצוב, אם הוא עובד, אם הוא עובד, אם הוא עובד על ידינו-מתאים.

עיצוב nanostructure מייצג שינוי פרדיגמה יסודית כיצד אנו ניגשים לפיתוח ביו-חומרי עבור יישומים רפואיים.על ידי שליטה בתכונות ב nanoscale - המוגדרות באופן חד-משמעי כמדמים בין 1 ל -100 ננומטרים - מדענים יכולים מהנדס חומרים המחקים את הארכיטקטורה הטבעית של רקמות ביולוגיות אינטראקציה עם תאים ברמה הבסיסית ביותר שלהם. הנדסה מדויקת זו פותחת הזדמנויות חסרות תקדים לשיפור ביו-אופטימיות, ביצועים מכניים, פונקציונליים, ותוצאות רפואיות, , , , , , תרפיה , למערכות טיפוליות , תרפיה , , , , , , , , , , למערכות טיפוליות , , , , , , תרפיה תרפיה , , , , , למערכות טיפוליות , , , תרפיה , , , , , למערכות טיפוליות , למערכות טיפוליות , למערכות טיפוליות , , תרפיה תרפיה , למערכות טיפוליות , למערכות טיפוליות למערכות טיפוליות , תרפיה למערכות טיפוליות תרפיה .

שוק הביו-חומרים העולמי מוערך בכ-140 מיליארד דולר ב-2023 והוא צפוי להגיע ל-160 מיליארד דולר עד סוף 2024, תוך שהוא משקף CAGR חזק של כ-12-14%.צמיחה זו מדגישה את החשיבות הקריטית של המשך החדשנות בעיצוב ואופטימיזציה של הדור הבא של ביו-חומרים.

החשיבות הבסיסית של ננו מבנים בביצועים ביו-חומריים

אדריכלות טבעית

אחת הסיבות משכנעות ביותר לשילוב nanostructures לתוך עיצוב ביו-חומרי היא היכולת שלהם לשכפל את הארכיטקטורה הטבעית של רקמות ביולוגיות. matrix חוץ סלולרי (ECM) המקיף תאים בגוף האדם הוא nanostructured מטבעו, כולל משככי קולגן, proteoglycans, ורכיבים אחרים עם ממדים ננומטריים.

מיקרו וננו סולמות ממלאות תפקיד מכריע בהפניית התנהגויות תאים על פני השטח הביו-חומריים.תגובת התאים למשטחים טופוגרפיים השתנתה מאז תחילתה של טכנולוגיית התרבות התאית, שכן תכונות אלה משפיעות על ההתנהגות של תאים כגון דבקות, התפשטות, מורפולוגיה, מוטיבציה ושגשוג. הבנה בסיסית זו הובילה את החוקרים לפתח יותר ויותר מחופי השטח מתוחכמות שיכולים לענות על תגובות תא.

לכל תא יש קנה מידה שונה, ומציג תגובות נפרדות בקנה מידה מסוים: תאים אנדוטיים וחילוניים עשויים להשיג תפקוד רגיל כאשר מוסדר על ידי 25 רצועות מיקרומטר, אבל de-function אם הסקאלה הוסרה; תאי גזע יכולים במהירות להתגרות על פני 30 nm קשקשים ננו-tubes, אבל להפסיק את ההסתברות משתנה ל -100m.

אינטראקציה סלולרית-Material

הממשק בין מערכות ביו-חומריות וביולוגיה מייצג מושג קריטי של הצלחה השתלת או כישלון. המפגש הראשון של הגוף עם השתל הוא בממשק של תאים-קרקע, ואת הקולוניאליזם של סוגים מסוימים תאים והתפתחות רקמות לאחר מכן הוא חיוני להצלחה של המכשיר. nanostructured משטחים באופן יסודי לשנות את האופן שבו תאים תופסים ולהגיב לחומרים ביולוגיים באמצעות מנגנונים מרובים.

תכונות משטח כגון טופוגרפיה פיזית, כימיה ותכונות מכניות לשחק תפקיד מכריע בתקנה של התנהגות סלולרית כגון דבקות, התפשטות והפרדה. ב nanoscale, תכונות אלה יכול להיות מכוונן עם דיוק חסר תקדים כדי ליצית תשובות סלולריות הרצויות. תאים הוכח כי יש שיעור התפשטות גבוה יותר על כל nanosurfaces ולהציג תגובה שונה הכוללת של ננומטרית בהשוואה משטחים שטוח.

המנגנונים העומדים בבסיס אינטראקציות משופרות אלה מורכבים ורב-פנים.נוחומרים מפרסומות של ננו-חומרים המהווים שכבת, הידוע גם בשם "הכתרה החלבון", על פני השטח שלהם, אשר לאחר מכן הם מתווך אינטראקציות עם התאים והרקמות.החלבון הזה משמש כממשק האמיתי שתאים נתקלים בו, והקומפוזיציה שלו והתאמה שלו מושפעים מאוד מהנונונונו-בסיס של פני השטח הביולוגי.

שיפור ביו-תחרותיות וצמצום ההזרקה

ביו-קו-התאמה – היכולת של חומר לבצע את תפקודו המיועד ללא עוררות תגובות ביולוגיות שליליות – היא אולי השיקול הקריטי ביותר בעיצוב ביו-חומרי. ביו-גמישות, במובן הרחב ביותר שלה, מוגדר כאינטראקציה של חומר (ביו) עם מארח מתאים ובטחון התגובה הבאה של תגובה זו רלוונטית ליישום הספציפי מושגת.

מדענים הם הנדסה "חומרי ביו-חומר" עם פונקציונליות ספציפית לאתר משופר, אופטימיזציה ביודידה, שיפור ביו-גמישות, וכוח גדול יותר, וחומרים אלה שואפים להפחית את הcytotoxicity ולהאיץ התאוששות פונקציונלית ביישומים רפואיים.תכונות ננומטריות של חומרים אלה מאפשרות שליטה מתוחכמת יותר על תגובות ביולוגיות, מפרסומות חלבונים ראשוניות באמצעות שילוב ארוך טווח.

תכונות פיזיקליות בנונו-חומריות מגדירות ביו-גמישות, ביואקטיביות ובטיחות, ובמובן זה, גודל, הרכב הכימי של פני השטח, צורה, מטען וטופוגרפיה משפיעים על תגובת התא. על ידי הנדסה קפדנית של תכונות אלה ב nanoscale, החוקרים יכולים למזער תגובות גוף זר, להפחית דלקת, ולקדם רקמות קונסטרוקטיבית סביב שתלים.

אסטרטגיות עיצוב מקיף עבור nanostructured biomaterials

טכניקת ייצור Top-Down

גישות ייצור למעלה-למטה כרוכות החל עם חומרים גדולים ושימוש בטכניקות שונות כדי ליצור תכונות ננומטריות באמצעות הסרת מבוקרת או דפוס תהליכים. שיטות אלה מציעים שליטה מצוינת על גודל תכונה, צורה, סידור מרחבי, מה שהופך אותם אידיאליים ליצירת nanostructures מוגדרים במדויק.

החוקרים השתמשו בטכניקת ה-Lthography הדינמית שלהם כדי לדפוס, בחבילה אחת, מעל מיליון סוגים של קו, רשת, מבנים היררכיים המשתרעים על פני קשקשים מ-100 nm למספר מיקרומטרים, ויצרו מערך של רמזים ביופיזיקה משולבת. גישה זו באמצעות חישוב גבוה מדגים את הכוח של שיטות מובילות להפחתת למעלה ליצירת ספריות שונות עבור אופטימיזציה ביולוגית.

טכניקות מובילות נפוצות כוללות אלקטרון beam lithography, ion beam מנקה, photolithography, וננומטר הדפסה ליתוגרפיה.כל שיטה מציעה יתרונות נפרדים במונחים של החלטה, דרךput, ו תאימות חומרית. אלקטרון beam lithography, למשל, יכול להשיג גדלים תכונה מתחת 10 ננומטרים אבל הוא איטי יחסית יקר.

טכניקות אלה כבר מיושם בהצלחה כדי ליצור משטחים nanostructured על substrates ביו-חומריים שונים, כולל titanium עבור שתלים אורתודואידים, פולימרים עבור הפיגפיים הנדסה רקמות, וסיליקון עבור biosensors.היכולת ליצור nanopatterns מוגדר היטב, reproducible הופכת גישות מובילות ראשוניות במיוחד עבור מחקרים יסודיים לחקור כיצד תכונות ספציפיות של nanoural השפעה ביולוגית.

שיטות האסיפה

גישות מתחת לגלימת nanostructure כרוכות מבני בניין ממרכיבים מולקולריים או אטומיים באמצעות הערכה עצמית, סינתזה כימית, או תהליכי מחיקה.שיטות אלה לעתים קרובות ממינוף הנטייה הטבוע של מולקולות להתארגן מבנים מסודרים בתנאים מתאימים, המציעה מסלולים ליצירת נרבוכיטקטורה מורכבים שיהיו קשים או בלתי אפשריים להשיג באמצעות שיטות מובילות.

באמצעות הדבקה של אשכול סופר-סטוני, החוקרים יצרו סרטי טיטאניה מקודמים עם אנדרוולוגיה מבוקרת וחדשנית nanoscale מורפיולוגיה.טכניקה זו, המדגימה כיצד ניתן לאסוף בלוקים של בניין אטומי או מולקולרי לתוך משטחים ביולוגיים ממובנים פונקציונליים nanostructured עם שליטה מדויקת על פרמטרים מורפולוגיים.

הערכה עצמית מייצגת את אחת האסטרטגיות האלגנטיות ביותר של הלמטה-up, שבו מולקולות מאורגנות באופן ספונטני לתוך nanostructures הורה המונע על ידי אינטראקציות לא-קו-ערך כגון מגע מימן, כוחות אלקטרוסטטיים, ואפקטים הידרופוביים. ptide amphiphiles, למשל, יכול להרכיב עצמי לתוך ננופיברים המחקים התמוטטות טבעית, יצירת פיגמנטים ביומטיים עבור יישומים הנדסיים.

פיזור כימי (CVD) ושכבת שכבת אטומית (ALD) מייצגים טכניקות אחרות בעלות תחתית חשובה המאפשרות יצירת ציפויים ננו-מבנים תואמים על תת-ממדיים מורכבים.שיטות אלה הן בעלות ערך במיוחד עבור פונקציונליות מכשירים רפואיים עם משטחים ננו-מבנים אשר משפרים את יכולת הביו-קופית או מספקים פונקציונליות נוספת כגון תכונות אנטיביאליות או שחרור סמים מבוקר.

שינוי שטח ב-Nanoscale

טכניקות לשינוי פני השטח מאפשרות לחוקרים לשנות את השכבות החיצוניות ביותר של ביו-חומרים להציג תכונות nanostructural מבלי לשנות את התכונות הגדולות של החומר הבסיסי. גישה זו היא בעלת ערך מיוחד עבור מכשירים רפואיים קיימים ושתלים, שבו התכונות המכאניות של החומר הגדול כבר אופטימיזציה אבל תכונות פני השטח צריך שיפור.

nano-textures החל על משטחים בנייה יכול להשפיע מאוד על כמה מאפיינים ביו-חומריים, כגון רטובות, ספיגת חלבון ו / או חיידקי, טכניקות שונות של שינוי פני השטח יכול ליצור אלה nano-textures מועיל, כולל טיפול פלזמה, תחריט כימי, anodization, ו שכבת-by-layer.

Anodization הוכיח יעיל במיוחד ליצירת משטחים nanostructured על טיטניום ו ⁇ שלה, אשר משמשים נרחב in אורתודודי ו שיניים שתלים. טיטניום oxide הוא הנפוץ ביותר עבור שתלים אורתודוודיים ורפואת שיניים, בגלל ביו-קופטיות מעולה שלה, כוח מכני ויציבות כימית. באמצעות anodization מבוקרת, החוקרים יכולים ליצור מערךים מאוד של תחמוצת דו-חמצני עם ירכיים עם ירכיים ו , 000.

טיפול פלאסמה מציע גישה תכליתית נוספת לשינוי פני השטח ננומטרי, המאפשרת שינויים בכימיה של פני השטח, רטובות וטופוגרפיה באמצעות חשיפה לגזים מכוונים.טכניקה זו יכולה להציג קבוצות פונקציונליות, להגדיל את החוספסות על פני השטח בתנומטרי, ולשפר את תכונות הדבקות - כל ללא השפעה משמעותית על תכונות חומריות גדולות.

שילוב של ננו-חומרים

השילוב של ננו-חומרים כגון חלקיקים, ננופיבר, ננו-בוטיקים וננוגליונים לתוך מטבוליות ביו-חומריות מייצג אסטרטגיה עוצמתית לשיפור ביצועים על פני ממדים מרובים. אלה אבני בניין ננומטריות ניתן מפוזרים בתוך חומרים גדולים או להיות מקובצים היררכיים המשלבים תכונות מועילות בקנה מידה רב.

חלקיקים

חלקיקים - חלקיקים עם ממדים בטווח ננומטר - ניתן לשלב לתוך biomaterials כדי להקנות פונקציונליות חדשה או לשפר את התכונות הקיימות. מתכת חלקיקים כגון זהב, כסף, טיטניום דו חמצני מציעים תכונות אנטימיקרוביאליות, בעוד חלקיקים מגנטיים מאפשרים הפעלה מרחוק או יכולות הדמיה.

ננו-חומרים הפגינו פוטנציאל משמעותי בשיפור הביצועים והתפקוד של חומרים מורכבים על פני יישומים תעשייתיים שונים.כאשר מפוזרים כראוי בתוך מזחלות פולימר, חלקיקים יכולים לשפר באופן דרמטי את התכונות המכאניות, יציבות תרמית וביצועים ביולוגיים תוך שמירה או אפילו צמצום המשקל הכולל של החומר המורכב.

הכימיה של חלקיקים משטח ממלא תפקיד מכריע בקביעת האינטראקציות שלהם עם שתי הממטריקס המארח ומערכות ביולוגיות. Surfacefunctionization עם מולקולות ביואקטיביות, פולימרים, או מיקוד ligands יכול לשפר את ביו-תחרות, לאפשר אינטראקציות סלולריות ספציפיות, או לספק שחרור מבוקר של סוכנים טיפוליים.עם זאת, השגת פיזור אחיד של חלקיקים בתוך מטבוליות ביומטריות נשאר אתגר משמעותי הדורש תשומת לב זהירה לפרמטרים לעיבוד כימיה.

ננופיבר

ננופיברס - מבנים ארוכים עם קוטרים בטווח ננומטר ואורך פעמים רבות גדול יותר - מולטי שטח שטח יוצאי דופן - אל כרכים שטח שטח - ניתן לאסוף לתוך ⁇ , רשתות מקושרות שמחקות מקרוב את הארכיטקטורה של פיברריוס של מאפים טבעיים מחוץ לתא. אלקטרוספין מייצג את הטכניקה הנפוצה ביותר לייצור ננופיברים מפולימרים שונים, כולל חומרים סינתטיים כמו פולימפטרופטרון טבעי כמו קרדיו וקטן טבעי כמו סרן טבעי כמו סרן ופולינים.

תוספת של 5 wt.% cellulose ננופיברילס לפוליאורטן נכנעה כמעט 300% ו 2600% עלייה בחוזק העשש והנוקשות, בהתאמה, והכותבים סיכמו כי התרכובות המפותחות יכולות לשמש כדי לייצר שתלים רפואיים שונים עבור יישומים ביו-רפואיים.שיפור דרמטי זה תכונות מכניות מדגים את הפוטנציאל הטרנספורמציה של חיזוק ננופיבר בעיצוב ביו-חומרי.

ננופיבר הפיגפיים מספקים תת-סטריטים מצוינים להחזקה התא ותפוצה בשל הנפיחות הגבוהה שלהם, שטח משטח גדול, ודומה מבנית ל- ECM טבעי.הסיבים, אוריינטציה וספאם יכולים להיות נשלטים במהלך ייצור כדי להנחות את ההיערכות התאית, הגירה, ואת ההבחנה - שיקולים קריטיים הנדסיים עבור רקמות מאורגנות כגון שריר, עצב, נוטה.

צינורות

ננו-נונו-נונו-נו-נו-אורים ציטאליים - תכונות ייחודיות שהופכות אותם לרכיבים בעלי ערך בביו-חומרים מתקדמים.- ננו-בוטיקים פחמן מפגינים כוח מכני יוצא דופן, מוליכות חשמלית ויחסי היבטים, בעוד ננו-תיקים דו-חמצני מספקים ביו-קופטימיות מעולה וניתן לגרור אותם ישירות על משטחים טיטניום.

צינורות פחמן הם גם חומר נפוץ בהנדסה רקמות. מוליכות גבוהה שלהם חשמל עושה אותם בעלי ערך במיוחד עבור רקמות פעיל הנדסה חשמלית כגון שריר לב ורקמות עצביות, שבו אותות חשמליים ממלא תפקיד קריטי בתפקיד. עם זאת, חששות לגבי רעילות פוטנציאלית הובילה מחקר נרחב לתוך פונקציונליות משטח ואופטימיזציה ביו-גמישות של צינורות פחמן עבור יישומים ביו-רפואיים.

צינורות דו-חמצני טיטניום שנוצרו באמצעות aodization של משטחי טיטניום הראו הבטחה יוצאת דופן לשיפור אוסוינטציה של שתלים שיניים אוטופודיים.אדריכלות nanotubular מספקת שטח על פני השטח מוגבר עבור מודעות חלבון ותא המצורף תוך מתן פוטנציאל לטעינה ושחרור מבוקר של סוכנים טיפוליים כגון אנטיביוטיקה או גורמי צמיחה.

יתרונות רבים של אופטימיזציה של ננודור

תכונות מכניות משופרות

הביצועים המכניים של ביו-חומרים מייצגים שיקול קריטי עבור יישומים נושאי עומס כגון שתלים אורתופדיים, נטיות לב וכלי דם, ושיקום שיניים. עיצוב nanostructure מציע אסטרטגיות רבות עוצמה לשיפור תכונות מכניות כולל כוח, קשיחות, קשיחות ועייפות התנגדות.

גישות ננוקום, שבו ננומטריות reforcing שלבים מפוזרים בתוך חומר ממטריקס, יכול לשפר באופן דרמטי תכונות מכניות באמצעות מנגנונים מרובים. חלקיקים וננופיברים לפעול כסוכני העברת מתח, חלוקת עומסים ביעילות רבה יותר בכל החומר.שטח גבוה של חיזוקים ננומטרי מקדם קשר בין-גזע חזק עם הממטריקס, בעוד הגודל הקטן שלהם יכול לדה-התק, שיפור קשיח.

חומרים יכולים להיות אופטיים, מגנטיים או חשמליים בשילוב עם ביצועים מכניים משופרים ועלות נמוכה של ננולוז לייצר nanostructures בקנה מידה גדול עבור יישומים תעשייתיים. multifunctionality זה מייצג יתרון מפתח של biomaterials nanostructured - היכולת לייעל בו זמנית פרמטרים מרובים ביצועים כי עשוי להיות ייחודי הדדית חומרים קונבנציונליים.

גודל Grain גודל הזיכוך ל- nanoscale מייצג אסטרטגיה נוספת לשיפור מכני.חומרים עם מבני דגנים ננומטריים לעתים קרובות להפגין כוח גבוה יותר משמעותית בהשוואה לעמיתיהם המוטבעים על ידי coarse עקב אפקט Hall-Petch, שבו גבולות דגנים מטלטלטלים את תנועת פירוק המיקום.עם זאת, השגת מבנים ננוקריסטליים יציבים עמידים המתנגדים לצמיחה במהלך עיבוד ושירות נשאר אתגר מתמשך.

שיפור תגובות סלולריות

היכולת לשלוט בהתנהגות התאית באמצעות עיצוב nanostructure מייצג אחד הגבולות המרגשים ביותר במדעי ביו-חומרי. על ידי הנדסה בקפידה nanoscale טופוגרפית, כימי, מכני רמזים, החוקרים יכולים להנחות את הדבקות התא, התפוצה, ההגירה, והבדלה בדרכים שמקדם היווצרות רקמה ואינטגרציה הרצויה.

מודל למידה של מכונה גאוסיאנית נעשה כדי לזהות במהירות מבנים טופולוגיים בתוך מערך אשר גרם M1 או M2 phenotypes, ובניסויי vitro אישרו כי ננו מבנים לקדם את M1 מקרופילאזאז' פנוטיפ אכן שיפר את הביטוי של סמנים פרו דלקתיים.

הבדלת תאים Stem מייצגת אזור אחר שבו עיצוב nanostructure מראה פוטנציאל מדהים.גורל תאי גזע - בין אם הם נבדלים העצם, cartilage, שרירים או סוגים אחרים של רקמות - יכול להיות מושפע תכונות מכניות וטופוגרפיה של תת-קרקעי שלהם. nanostructured משטחים יכול לספק את רמזים biophysical המתאים כדי להנחות תאים גזע לעבר קוים הרצויים ללא צורך עבור מגוון כהים, המציעים גורמים פיזיולוגיים יותר לגישות הנדסיות רלוונטיות יותר.

התפשטות תאים והפרדה ידועים להיות מושפע במיוחד על ידי גסות מיקרו בקנה מידה ורטיטובות, ובדרך כלל מדווח כי משטחים ביו-חומריים עם הידרופילנסיות בינונית שיפרו את צמיחת התא ואת יכולת ביולוגית גבוהה יותר.המשחק בין ננוקל טופוגרפיה וכימיה פני השטח יוצר חלל פרמטר מורכב כי החוקרים מסוגלים לנווט יותר ויותר באמצעות מחקרים שיטתיים ומודל חישובי.

אפשרויות לאספקת תרופות

biomaterials בנוי מציעים הזדמנויות חסרות תקדים עבור משלוח סמים מבוקר וממוקד, להתמודד עם אתגרים ארוכים במדעי התרופות כגון זמינות ביולוגית ירודה, רעילות מערכתית, ואת הצורך לעשות לעתים קרובות באזור פני השטח גבוה, טונה פוליוזיות, וכימיה מגוונת של חומרים ננו-מבנים מאפשר טעינה סמים מתוחכמת ואסטרטגיות שחרור.

גישה דו סטראטרגיה הועסקה כדי לפתח ציפוי יעיל של תרופות מונע על ידי שילוב nanoclay מבוסס PLA nanocomposites כדי לשנות תרופות ותכונות ביולוגיות ו עיבוד אלקטרוספרוז לשלוט המיקרו / Nnostructure. שילוב של 3 wt% nanoclay ו PEG להאיץ את ההידרדרות PLA, בעוד ננוקלי הפחית את שחרור התרופה הראשוני ושחרור מצטבר מעל 42 ימים זה יכול להדגים את התגובה של מערכת ההפעלה.

משטחים ממובנים על שתלים יכולים לשמש כמאגרי סמים, שחרור סוכנים טיפוליים באתר השתל כדי למנוע זיהום, להפחית דלקת, או לקדם שילוב רקמות.הזרו קינטיקה ניתן לשלוט באמצעות מנגנונים שונים כולל דיפוזיה באמצעות מזחלים ממובנים, השפלה של ננו-מבנים, או שחרור מגיב גירוי מופעל על ידי שינויים ב- pH, טמפרטורה, או פעילות אנזומטית.

מערכות אספקת תרופות מבוססות ננו חלקיקים מציעות יתרונות נוספים כולל היכולת להגן על סוכנים טיפוליים רגישים מפני השפלה, לאפשר משלוח ממוקד לסוגים תאים ספציפיים או רקמות דרך פונקציונליות פני השטח עם ligands מיקוד, ו להקל על עלייה סלולרית באמצעות מנגנונים אנדוקרוזיס.הגמישות של פלטפורמות nanoparticle הובילה יישומים קליניים רבים, מכימותרפיה ועד למשלוח חיסון.

הגדלת יכולת החיים ותוחלת החיים

הביצועים ארוכי הטווח והעמידות של ביו-חומרים בסביבה הביולוגית המאתגרת מייצגים שיקול קריטי עבור שתלים קבועים או לטווח ארוך.עיצוב nanostructure יכול לשפר עמידות באמצעות מנגנונים מרובים, החל שיפור עמידות קורוזיה לצמצום ללבוש וקידום שילוב רקמות יציב המגן על השתל מפני השפלה מכנית וביולוגיה.

ציפוי משטח בנוי יכול לספק מחסומים מגן נגד קורוזיה, מנגנון כשל גדול עבור שתלים מתכתיים.האופי הדחוס, אחיד של ציפוי nanostructured מצמצם פגמים שיכולים לשמש אתרי חניכה עבור קורוזיה, בעוד השטח הגבוה יכול לקדם היווצרות של שכבות תחמוצת יציבה כי עוד לשפר את עמידות קורוזיה.

התנגדות ללבוש מייצגת שיקול אחר עמידות ביקורתית, במיוחד עבור השתלים מאומנים כגון החלפת ירכיים וברך. nanocomposite חומרים יכולים להציג עמידות ללבוש מעולה בהשוואה לחומרים קונבנציונליים באמצעות מנגנונים כולל קשיחות מוגברת, משככי חיכוך מופחת, ואת היכולת ליצור tribofilms מגן במהלך articulation.

אחד האתגרים העיקריים העומדים בפני ההצלחה ארוכת הטווח של שתלים נושאי עומס ואסתטיקה, הוא חוסר חיזוי, וזה בעיקר בשל חוסר של אוסוינטציה ראשונית וצמיחה של סוגים תאים בלתי רצויים על פני השטח של השתל. על ידי קידום שילוב מהיר ויציב של רקמות באמצעות עיצוב מותאם אישית, ביו-חומרים יכולים להשיג תיקון ארוך יותר ולהפחית את הסיכון של תסכול או רציפות לאורך זמן.

יישומים מתקדמים של ננונו-בינום biomaterials

משחת שיניים ואלכוהול

שתלים אורתופדיים ודנטליים מייצגים כמה מהיישומים המוצלחים ביותר של חומרים ביו-חומריים ממובנים, עם מיליוני הליכים שבוצעו מדי שנה ברחבי העולם.שילוב של תכונות nanostructural לתוך שתלים אלה שיפר באופן משמעותי את השמה- הקשר המבני והתפקודי הישיר בין עצם חיה לבין פני השטח.

מספר גדול של מחקרים באופן איכותני להוכיח כי nanostructures על פני תחמוצת טיטניום יכול לשפר את הדבקות התא ואת התפוצה. שיפורים אלה מתורגמים ישירות לשיפור תוצאות קליניות, כולל זמני ריפוי מהירים יותר, ממשקים חזקים יותר של עצם, והורדת שיעורי הכשל.המנגנונים העומדים בבסיס שיפורים אלה כרוכים מודעות משופרות חלבון, הגדלת החזקה יותר אוסטיאובסטאוברסטונדסטולציה ונית, שיפור, ושילוב מכני בין העצם בין השטח הנבנה.

גישות ננוורות שונות כבר הוחלו על שתלים אורתופדיים ורפואת שיניים, כולל aodization כדי ליצור משטחים ננו-טברומיים, גרפיט פיצוץ עם חלקיקים כדי ליצור גסות ננומטרית, ו deposition של ציפויים של ננודור סידן פוספט כדי לשפר את הביואקטיביות.כל גישה מציעה יתרונות ברורים, ומחקר מתמשך ממשיך לייעל פרמטרים nanoural עבור יישומים קליניים ספציפיים.

מעבר לשיפור ה- osseointegration, משטחי שתלים nanostructured יכולים גם לספק תכונות אנטימיקרוביאליות להפחית את הסיכון של זיהום - סיבוך רציני שיכול להוביל לכישלון. nanostructured כסף, נחושת, או ציפוי תחמוצת אבץ הוכיחו פעילות אנטימיקרוביאלית יעילה תוך שמירה על ביו-תחרות עם תאים ממאטיים, המציע אסטרטגיות מבטיחות להפחתת שיעורי זיהום.

ציוד Cardiovascular

מכשירים קרדיווסקולריים כולל סטרנטים, שסתום לב, ו- vascular grafts להתמודד עם אתגרים ייחודיים הקשורים תאימות דם, סיכון thrombosis, ואת הצורך לקדם את endothalialization תוך מניעת התפשטות תאים חלקה. עיצוב nanostructure מציע פתרונות מתוחכמת לדרישות מורכבות ולעתים מתחרות אלה.

מחקרים סלולריים הראו כי ציפויים ללא תשלום היו לא-cytotoxic לתאי שריר חלק, בעוד ציפויים DEX-loaded מעכב באופן סלקטיבי את התפוצה שלהם, ושכבה endotal רבת טווח שנוצר בתוך 3 ימים. זה מודולציה סלקטיבית של סוגים תאים שונים באמצעות ציפויים מקודמת סמים ממריצים את השליטה המתוחכמת כי עיצוב nanostructure יכול לספק יישומים לב וכלי דם.

תרופות-לייטנטים מייצגים סיפור הצלחה גדול ברפואה הלב וכלי דם, צמצום דרמטי של שערי מנוחה בהשוואה לנטיות מתכת חשוף.ציפוי פולימרים nanostructured על מכשירים אלה מאפשרים שחרור מבוקר של תרופות אנטי-הסתברותיות המונעות צמיחה תאים חלקה יותר מאשר שריר חלקי תוך מתן תאים ריריים לכסות את פני השטח הקדמי, יצירת ממשק טבעי שאינו תואם דם.

משטחים ממובנים ניתן גם לתכנן כדי להפחית את הירוגניות - הנטייה לקדם היווצרות קריש דם - באמצעות מנגנונים שונים כולל קידוד מצופה והפעלה מופחתת, מודעות אלבומים משופרות יחסית fibrinogen, וקידום של השממה מהירה.נכסים אלה הם קריטיים להצלחה של מכשירים לב וכלי דם שמגיעים במגע ישיר עם דם זורם.

הפקה: Engineering Scaffolds

הנדסת צ'ילה שואפת ליצור החלפת רקמות פונקציונליות על ידי שילוב תאים, פיגומים, ואת אותות ביואקטיביים. nanostructured scaffolds לשחק תפקיד מרכזי במאמץ זה, מתן שלושה ממדים אשר להנחות את הארגון תאים, תמיכה היווצרות רקמות, ובסופו של דבר degrade כמו רקמות טבעית להחליף את השפע סינתטי.

תוספת של ננו-חומרים במהלך או לאחר תהליך הביו-העתה יכולה לשפר את הכדאיות הנפוצה, לכוון את התכונות הפיזיות-כימיות והמכניות, ואת התנהגות תאית ישירה, ולכן תאודור ביונדציה ננומטרית ישירות מייצג תרחיש מעניין חדש שעדיף לחקות את הננופורים וננו-מבנה של הרקמה המוטעית.

הפיסול האידיאלי של הנדסת רקמות חייב לאזן דרישות מרובות: מספיק כוח מכני כדי לתמוך היווצרות רקמות, נקבוביות מתאימה כדי לאפשר חדירה תאים תחבורה תזונתית, ביו-התאמה לתמיכה הישרדות תאים ותפקיד, ונטינות מבוקרות שמתאימות לשיעור היווצרות רקמות חדשה. עיצוב nanostructure מספק כלים כדי לטפל בכל אחת מהדרישות האלה בו זמנית.

ננופיבר פיגומים המוטבעים באמצעות אלקטרוספינינג הראו הבטחה מיוחדת עבור יישומים הנדסיים רקמות בשל הדמיון המבני שלהם ל- ECM טבעי.הסיבים, אוריינטציה, והקומפוזיציה יכולים להיות נשלטים כדי ליצור פיגומים המתאימים עבור סוגים מסוימים של רקמות, מ nanofibers אקראי עבור ניוון העור כדי להתאים ננופיברים עבור הדרכה עצבית או תיקון נוטה.

מכשירי ביונזנס ואבחון

biomaterials ממובנות יש מהפכה טכנולוגית biosensor, המאפשרת רגישות חסרת תקדים,סלקטיביות, ו miniaturization עבור יישומים אבחון.שטח פני השטח הגבוה של חומרים nanostructured מספק אתרים בשפע עבור אלמנטים הכרה משבשת כגון נוגדנים, אנזים, או חומצות קצביות, בעוד תכונות אופטיות, חשמליות ואלקטרוכימיות הייחודיות שלהם מאפשרות מנגנוני ניתוק שונים.

ביוסנסטור הראה תגובה אלקטרוכימית משביעת רצון, אימות אזור פני השטח המשמעותי וננובן של ננולוז חיידקי בתמיכה בתנודות ביו-מולקולית עם הגבלת זיהוי של 5.71 nM. הרגישות יוצאת דופן זו ממחישה כיצד עיצוב nanostructure יכול לדחוף את הגבולות של ביצועים אנליטיים ביישומים ביו-רגישות.

ביוסנסורים אלקטרוכימיים המבוססים על אלקטרודות nanostructured מציעים זיהוי מהיר, רגיש של אריות שונים כולל גלוקוז, לקטט, כולסטרול, ו- biomarkers המחלה. משטח אלקטרודה nanostructured מספק שטח פני שטח גבוה עבור איתבונטינמיזציה ואלקטרוני יעיל, המאפשר גבולות זיהוי נמוך וזמני תגובה מהירים קריטי עבור יישומים אבחון נקודה טיפול.

ביוסנסורים אופטיים למינוף חומרים nanostructured לנצל תופעות כגון חזרות פני השטח, שיפור פלואורסנס, ואפקטים גבישי פוטוניים כדי להשיג זיהוי רגיש, ללא תווית של אינטראקציות ביו-מולקולריות.פלטפורמות אלה הם בעלי ערך במיוחד עבור חקר אינטראקציות חלבון, בדיקת סמים, וזיהוי סמנים ביולוגיים של מחלות בדגימות ביולוגיות מורכבות.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

שילוב בינה מלאכותית ולמידה של מכונות

המורכבות של אינטראקציות nanostructure-ביולוגיה, בשילוב עם מרחב פרמטר עצום של עיצובים nanostructural אפשריים, עשה בינה מלאכותית ולמידה מכונה יותר ויותר כלים יקר עבור אופטימיזציה ביו-חומרית. אסטרטגיות עיצוב הם שילוב עם בינה מלאכותית ולמידה מכונה כדי להאיץ גילוי חומרים, לאפשר אופטימיזציה לרכוש, ולקדם החידושים ממחקר מעבדה לשימוש קליני.

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לזהות דפוסים ומערכות יחסים במאגרי נתונים גדולים, שיהיו בלתי אפשריים עבור חוקרים אנושיים להבחין, המאפשרים חיזוי של ביצועים ביו-חומריים המבוססים על פרמטרים של nanostructural.מודלים חיזוי אלה יכולים להפחית באופן דרמטי את הזמן ואת העלות של התפתחות ביולוגית על ידי הנחייה של ניסיונות ניסיוניים לקראת המועמדים העיצוב המבטיחים ביותר.

בדיקות ואופטימיזציה של ציוד גבוה הן דרך מרכזית נוספת להאיץ את התגלית החומרית.על ידי שילוב שיטות ייצור ואפיון באמצעות חישוב גבוה עם ניתוח למידת מכונה, החוקרים יכולים לחקור במהירות ספריות עצומות של חומרים ננו-מבנים לזהות עיצובים אופטימליים עבור יישומים ספציפיים. גישה זו מייצגת שינוי פרדיגמה משיטות ניסיוניות מסורתיות וטרור לעבר עיצוב ביו-חומרי רציונלי, מונע נתונים.

מודלים משלימים בקנה מידה רב - מסימולציות מולקולריות של אינטראקציות בין חלבון-surface ניתוח האלמנט הסופי של התנהגות מכנית - מספק תובנות משלימים המודיעות עיצוב nanostructure.אינטגרציה של גישות חישוביות אלה עם אימות ניסיוני ולמידה מכונה יוצרת זרמים חזקים עבור מאיץ חדשנות ביולוגית.

Stimuli-Responsive ו-Smart Biomaterials

הדור הבא של biomaterials nanostructured יותר ויותר משלב אלמנטים תגובתיים גירוי המאפשר הסתגלות דינמי לשנות תנאים ביולוגיים.חומרים "חכמים" אלה יכולים לחוש ולהגיב לגירויים שונים כולל שינויים pH, וריאציות טמפרטורה, פעילות אנזים, או גורמים חיצוניים כגון אור או שדות מגנטיים.

אסטרטגיות ביו-תזונה חדשניות עבור פלטפורמות ננו-מבנים כוללות גירויים-responsive פולימרים, שתלים מתכתיים ופולימרים, ופלטפורמות חכמות של תרופות, המקשרות עקרונות עיצוב לביצועים פונקציונליים ותרגום קליני.מערכות תגובה אלה מציעות שליטה חסרת תקדים על התנהגות ביו-חומרית, ומאפשרות על שחרור סמים דרישה, תכונות מכניות, או השפלה מופעלת.

nanostructures תגובתי pH לנצל את המיקרו-סביבה חומצית של גידולים, רקמות מחוסמות, או תאים אנדומומיים כדי לגרום שחרור סמים או שינויים רכוש באתרי מחלה. פולימרים עמידים טמפרטורה עוברים שינויים תואמים בטמפרטורות רלוונטיות מבחינה פיזיולוגית, המאפשרים העברת תרופות או הנדסה אור תרמילי אור.

השילוב של אלמנטים מגיבים מרובים לפלטפורמות ננו-מבנים בודדים יוצר מערכות מתוחכמות יותר המסוגלות התנהגויות מורכבות, ניתנות לתוכנות.חומרים ביולוגיים רב-תחומיים אלה מייצגים גבול בתחום, המציעות אפשרויות לרפואה מותאמת אישית ואסטרטגיות טיפוליות הסתגלותיות שמגיבות לצרכים אישיים של המטופל.

חומרים ננו-מבנים מבוססי-ביו

חששות סביבתיים גדלים והדחף לעבר בריאות בר קיימא התמקדו תשומת לב על חומרים nanostructured biodegradable. פולימרים טבעיים כגון צלולוז, שיטוסאן, משי, ו קולגן מציעים חלופות מתחדשות, ביו-איות לפולימרים סינתטיים מודרנים על ידי נפט תוך מתן תכונות nanostructural טבועות.

ננולוז, ביו-פומרי מתחדש על ידי זנים חיידקיים ספציפיים, מציג כוח מכני יוצא דופן, שימור מים, ו ביו-גמישות בשל הארכיטקטורה nanofibrillar 3D שלה וטוהר גבוה, ופונקציונליזציה ננולוז חיידקי עם פולימרים מוליכים, חלקיקים מתכת, אנזים, ו peptides פותחים את הפוטנציאל שלה עבור יישומים מגוונים ביו-אלקטרוניקה, כולל נוירונים, הנדסת תאים.

השימוש ב- cellulose תפס לאחרונה את תשומת הלב של החוקרים, בשל התכונות הפיזיקליות והמכניות המטורפות שלה, ומאפשר שימוש במועמד אידיאלי לייצור פיגוולד, וניתן למצוא את התאולוז בשפע בטבע והוא מיוצר בקלות, ולכן חומרים המבוססים על צלולוז לבסס פלטפורמה בעלות נמוכה, ויותר, חומרים המבוססים על תאים אלה מספקים את הקריטריונים העיקריים עבור ביואקטיביות רפואית, ביו-רפואית קיצונית: ביו-קופטרוכיבית קיצונית.

הפיתוח של כתובות ביו-חומריות בר-קיימא לא רק חששות סביבתיים אלא גם שיקולים כלכליים, שכן חומרים המבוססים על ביולוגית מציעים לעתים קרובות יתרונות על חלופות סינתטיות. עם זאת, אתגרים נשארים בהשגת איכות עקבית, דרוגיות, ואישור רגולטורי עבור חומרים מתעוררים אלה.מחקר מתמשך מתמקד שיטות עיבוד אופטימיזציה, הבנה של מערכות יחסים פרוספקטי מבנה, והפגנת יעילות קלינית של ביו-חומרים המבוססים על-חומרים.

מטופלים ומטופלים-Specific Nanostructured Implants

ההתקדמות בייצור תוספים, עיצוב חישובי, והדמיה רפואית מאפשרת יצירת שתלים ספציפיים לחולה עם תכונות nanostructural אופטימיזציה. גישה אישית זו מבטיחה לשפר את התוצאות הקליניות על ידי חשבונאות עבור האנטומיה של המטופל, ביומכניקה, ומאפיינים ביולוגיים.

טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדיות יכולות כעת לשלב חומרים ננו-מבנים וליצור ארכיטקטורות היררכיות המשתרעות מהנונומטרי למאקרו-scale.יכולת זו מאפשרת ייצור של שתלים עם גיאומטריה ספציפית לחולה ותכונות nanostructural אופטימיזציה שמקדם שילוב רקמות וביצועים פונקציונליים המותאמים לצרכים בודדים.

מודלים Computational המבוססים על נתונים ספציפיים לחולה יכול לחזות פרמטרים אופטימליים nanostructural עבור חולים בודדים, חשבונאות עבור גורמים כגון גיל, מצב מחלה, תנאי טעינה מכנית, ויכולת הריפוי. גישה זו, בשילוב עם יכולות ייצור מתקדמות, מייצג חזון עבור פתרונות ביו-חומריים מותאמים באמת.

אתגרים ושיקולים ב-Nanostructured biomaterial Development

אתגרים סקלאבוליים ותעשייתיים

בעוד שייצור בקנה מידה המעבדה של biomaterials nanostructured השיג תחכום מדהים, בתרגום ההתקדמות האלה לייצור בקנה מידה מסחרי מציג אתגרים משמעותיים.טכניקות ננו רבות שעובדות טוב עבור דגימות מחקר הם קשים או יקר באופן בלתי חוקי כדי להגיע לייצור המוני.

יעילות מופרזת, שיפור, ואתגרי אישור רגולטורי מוערכים לצד פתרונות מתעוררים, בר קיימא כי עדיפות לכדאיות קלינית. Achieving תכונות nanostructural עקביות על פני קבוצות ייצור גדולות דורשות בקרת תהליכים מדויקים ואמצעי אבטחת איכות שניתן לדרוש מבחינה טכנית ויקרה ליישום.

הכלכלה של ייצור ביו-חומרי בנוי צריך להיחשב בזהירות, איזון הערך הנוסף של ביצועים משופרים נגד עלויות ייצור מוגברות. עבור כמה יישומים, היתרונות הקליניים להצדיק תמחור פרמיה, בעוד עבור אחרים, יש לפתח גישות ייצור יעילות בעלות כדי לאפשר אימוץ נרחב.

פיתוח תהליכי ייצור חזקים, מדרגיים לעתים קרובות דורש מאמץ הנדסי משמעותי והשקעה בציוד מיוחד.שיתוף פעולה בין מדענים, מהנדסים ומומחים לייצור חיוני כדי לתרגם בהצלחה חידושים מעבדה למוצרים מסחריים. ... [+] שותפויות בתעשייה ויוזמות העברת טכנולוגיה ממלא תפקיד מכריע בחיזוק הפער הזה.

שיקולים ובטיחות

המסלול הרגולטורי עבור biomaterials nanostructured מציג אתגרים ייחודיים בשל תכונות הרומן והסיכונים הפוטנציאליים הקשורים לחומרים ננומטריים. סוכנויות רגולציה ברחבי העולם מפתחים מסגרות להערכת בטיחות ננו-חומרית, אך שאלות רבות נותרו על שיטות בדיקה מתאימות ותקני בטיחות.

ביו-קומופטיות מוערכת ב vitro וב vivo באמצעות תרבויות תאים כדי לקבוע את הcytotoxicity של ננו-חומרים ב vitro, ואת הממשל של ננו-חומר לחיות בעלי חיים, בדרך כלל עכברים, כדי להעריך את הפוטנציאל carcinogenesis, גנוטוקניות, אימונוגניות ותגובות thrombogenic ב vivo. אלה הערכות בטיחות מקיף הם חיוניים לאישור רגולטורי אבל יכול להיות זמן יקר ו יקר.

בטיחות לטווח ארוך מייצגת דאגה מסוימת להשתלים קבועים או איטיים.שאלות על הצטברות פוטנציאלית של חלקיקים באיברים, תגובות דלקתיות כרוניות, או השפעות רעילות עיכבות דורשות מחקרים קליניים ו קליניים מורחבים.נתיב הרגולטור חייב לאזן את הצורך בהערכה בטיחותית יסודית נגד הרצון להביא חידושים מועילים לחולים באופן זמני.

סטנדרטיזציה של שיטות אפיון עבור biomaterials nanostructured נשאר אתגר מתמשך. מדידה עקבית, חידוש של תכונות nanostructural ואת ההשפעות הביולוגיות שלהם חיוני עבור הערכה רגולטורית ובקרה איכות. מאמצים בינלאומיים לפתח פרוטוקולים סטנדרטיים וחומרים ההתייחסות עוזרים לטפל צורך זה.

הבנה של אינטראקציות ביולוגיות מורכבות

למרות התקדמות משמעותית, ההבנה שלנו כיצד ננו-בנינו משפיעים על תגובות ביולוגיות נותרה בלתי שלמה.אין הבנה כמותית של התפקיד של מורפולוגיה ננומטרית על התנהגות התא קיימת עבור מערכות רבות, מה שהופך את האתגר העיצובי רציונלי ודורש אופטימיזציה אמפירית נרחבת.

התגובה הביולוגית לנונו-מחומרים ביולוגיים ממובנים כוללת תופעות מורכבות ורב-ממדיות המשתרעות על פני השטח החומרי באמצעות תגובות סלולריות לאינטגרציה ברמת הרקמות.זה האמין כי מודעות חלבון יכולות להיות הגורם המרכזי הקובע את ההתנהגות שונה של תאים על פני השטח ננו-מדור, ואינטראקציה של חלבון-surface נקבעת על ידי האינטראקציה המורכבת בין תכונות מורולוגיות וכימיקליות.

חוסר הבנה של אינטראקציות מורכבות אלה דורש גישות בין-תחומיות המשלבות חומרים מדע, ביולוגיה תאים, אימונולוגיה ומודל חישובי. טכניקות אפיון מתקדמות שיכולות לחקור ממשקי nanostructure-biology ב situ ובזמן אמת הן מספקות תובנות חדשות, אבל שאלות בסיסיות רבות נשארות על איך תאים מרגישים ולהגיב לתכונות ננומטריות.

רגישות אישית בתגובות ביולוגיות מוסיפה שכבה נוספת של מורכבות.הבדלים בין המטופל למטופל ביכולת הריפוי, תגובות החיסון ומצבי המחלה יכולים להשפיע על האופן שבו חומרים ביו-חומריים ממובנים מבוצעים בהגדרות קליניות.

מסקנה: הפוטנציאל המשתנים של עיצוב ננו

עיצוב nanostructure התפתח כגישה טרנספורמטיבית לשיפור ביצועים ביו-חומריים על פני יישומים רפואיים מגוונים.על ידי שליטה בתכונות החומריות ב nanoscale - ההיקף הארוך שבו מולקולות ביולוגיות, תאים ורקמות פועלים באופן טבעי - חוקרים יכולים ליצור ביו-חומרים אינטראקציה יותר הרמונית עם מערכות ביולוגיות, מה שמוביל לשיפור התוצאות הקליניות.

התחום התקדם מתצפיות פשוטות ש- nanoscale משפיעות על התנהגות התא לאסטרטגיות עיצוב מתוחכמות ורציונליות שמודיעות על ידי הבנה מכניסטית ומופעלות על ידי טכנולוגיות ייצור מתקדמות.השדה נע מהפגנות בהגדרות פשוטות לנונו-מערכות את ההתנהגות של אשר ניתן להסביר באופן מכניסטי, משכפלת במעבדות, ולהוביל בתנאים ביולוגיים או סביבתיים מציאותיים.

גישות מרובות של ייצור - כולל טכניקות מובילות, ייצור תחתית, שינוי פני השטח, ושילוב nanomaterial - לספק מסלולים מגוונים ליצירת biomaterials ממובנים מותאם עבור יישומים ספציפיים.היתרונות של אופטימיזציה nanostructured להרחיב על פני ממדים מרובים, מנכסים מכניים משופרים ושיפור תגובות סלולריות כדי לשלוט על משלוח סמים וגמישות מוגברת.

יישומים מוצלחים בשתלים אורתופדיים, מכשירים לב וכלי דם, פיסול הנדסה רקמות, וביוסנסורים מפגינים את הערך הקליני של biomaterials nanostructured. מתפתח מגמות כולל שילוב בינה מלאכותית, מערכות מגיבות גירוי, חומרים בר קיימא, ושתלים מותאמים אישית מבטיחים להרחיב עוד יותר את היכולות והיישומים של biomaterials nanostructured בשנים הקרובות.

עם זאת, אתגרים משמעותיים נשארים בייצור דרוג, מסלולים רגולטוריים, והבנה מלאה של אינטראקציות nanostructure-ביולוגיה מורכבות.כתובת אתגרים אלה תדרוש שיתוף פעולה בין-תחומי מתמשך, השקעה בהאפיות מתקדמות ויכולות מודלים, ושותפויות קרובות בין האקדמיה, התעשייה וסוכנויות רגולטוריות.

ככל שהבנה שלנו מעמיקה וטכנולוגיות מתקדמות, עיצוב ננו-מבנה ימלא תפקיד מרכזי יותר ביצירת הדור הבא של ביו-חומרים – חומרים שלא רק יחליפו או ישנוכו רק רק רק רק רק רקמות פגועות אלא יקדמו באופן פעיל את הריפוי, להסתגל לשינויים בתנאים ביולוגיים, ושילוב בצורה חלקה עם המערכות הטבעיות של הגוף.הפוטנציאל הטרנספורמציה של גישה זו משתרע מעבר למכשירים רפואיים בודדים כדי לעצב מחדש את האופן שבו אנו ניגשים לרקמות, תרופות, התחדשות, רפואה, רגנרטיבית, , התחדשות, ריפוי, ואספקה טיפולית, ריפויית, ריפויית, ריפויית, ריפויית, ריפויית, ריפויית, ריפוי, , ואספקה טיפולית, ריפויית.

עבור חוקרים, רופאים ומהנדסים העובדים בצומת של ננוטכנולוגיה וביוטכנולוגיה, ההזדמנויות הן עצומות וההשפעה הפוטנציאלית עמוקה.על ידי המשך לדחוף את הגבולות של עיצוב ותרגום ננו-מבנה, השדה יכול לספק על ההבטחה של פתרונות ביו-חומריים בטוחים יותר, יעילים יותר, יציבים יותר, אשר משפרים את תוצאות המטופל ואיכות החיים.

(ב) ללמוד עוד על ההתקדמות במדע ביו-חומרי וננוטכנולוגיה, לבקר במשאבים כגון פורטל ה-FLT:0 National Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringFLT:1, the FLT:2 Nature Biomaterials Portal:2 Nature Biomaterials Portal 3LT 3:FLT:4Society for Biomaterialsves, and BioFrates, 7Frates and BioFtiers, and BioFancy, and BioFernology, and BioFtiers, and BioFrates, and BioFrates, and BioFrates, and BioFrates, and BioFrates, 7.