Física Biomédica (plan 2015) 2024-2

Ciencias Médicas y de la Salud, Temas Selectos en Instrumentación Biomédica

Temas Selectos de Biofísica
Caracterización de dispositivos biomédicos

(6 créditos)

48 horas. 3 horas por semana

Modalidad: Presencial

Cupo: 10 estudiantes

Horario: martes y jueves de 10 a 11:30

Unidad de Biología Molecular

Edificio Biomédicas 2° Piso, Fac. Ciencias

O únete por Google Meet:

meet.google.com/yms-mesg-axy

Objetivo:

• Que el estudiante conozca los aspectos y técnicas generales de caracterización de materiales empleados en el uso de dispositivos médicos, mediante el desarrollo durante el curso de la caracterización físico-químico-biológica de un material.

Objetivos específicos:

• Explicar las pruebas que se realizan para la caracterización física, química y biológica de dispositivos biomédicos.

• Que el estudiante realice la caracterización de un material con potencial para su uso en dispositivos biomédicos.

• Caracterizar el material desarrollado durante el curso con algunas de las técnicas de caracterización tanto físicas, químicas o biológicas.

Antecedentes sugeridos: Se recomienda que los alumnos se encuentren en 7° semestre o superior de la carrera de Física Biomédica. También puede ser tomado por estudiantes de Física, Biología y cualquier otra área que esté interesada en los dispositivos biomédicos. Esta asignatura está relacionada con las materias optativas de las carreras de Física Biomédica, como: Biomateriales y Temas selectos de Instrumentación Biomédica: Fabricación de dispositivos microfluídicos y de la carrera de Biología con la de Ingeniería de Tejidos. Sería deseable haber tomado antes Biomateriales o Ingeniería de Tejidos.

Evaluación:

Evaluación con las tareas, lectura de artículos y prácticas a desarrollar en cada módulo.

Justificación:

Para este curso se sugiere la impartición por dos profesores debido a la multidisciplinariedad del tema, ya que la estructura del temario está dividida en módulos correspondientes a sus áreas de especialización como:

• Maestro en Ciencia e Ingeniería de Materiales, Yasab Ruiz Hernández, experto técnico en caracterización física-química de biomateriales y quien se encargaría de impartir módulo 0, 2, 3, 4.

• Maestra en Ciencias Bioquímicas, Yuli Aranda López, experta técnica en el área de biología molecular, celular y bioquímica y se encargará de los módulos 0, 1, 3, 4.

Infraestructura disponible:

Tenemos acceso a los laboratorios de las unidades de Microfabricación (uNFab) y de Biología Molecular (UNIBIM) para el desarrollo de las prácticas del curso

Temario:

Módulo 0. Introducción (3 horas)

• Dispositivos biomédicos

  • Definición

  • Clasificación

  • Regulación

  • Aplicaciones

Módulo 1. Establecimiento de modelo biológico reportero (15 horas)

• Procariontes como modelos reportero

• Gen reportero: Establecimiento de modelo reportero

  • Transformación

  • Selección

    • Agente de selección

    • PCR

  • Inducción de molécula reportera

    • Caracterizaciòn de la expresión de molécula reportera

    • Lisis

    • SDS-Page

    • Tinción: azul de coomassie

En este módulo se implementará un modelo biológico reportero que será empleado para evaluar un biomaterial con propiedades antimicrobianas.

Módulo 2. Caracterización física (14 horas)

• Microscopía

  • Microscopía óptica (Estereoscópico, microscopio vertical, microscopio invertido)

  • Microscopía de fluorescencia y microscopía confocal

  • Análisis de imágenes

• Caracterización de topografía

  • Perfilometría

  • Microscopía electrónica de barrido [SEM]

  • Microscopía electrónica de transmisión [TEM]

  • Microscopía de Fuerza Atómica [AFM]

  • Tomografía de Coherencia Óptica [OCT]

• Porosidad

• Mojabilidad

• Caracterización mecánica

  • Pruebas de tensión uniaxial

  • Pruebas de indentación mecánica

• Caracterización térmica

  • Calorimetría diferencial de barrido [DSC]

  • Análisis Termogravimétrico [TGA]

• Caracterización eléctrica

En este módulo se creará y se realizará la caracterizaciòn física de un material empleado para dispositivos biomédicos

Módulo 3. Caracterización química (10 horas)

• Reacciones colorimétricas

• Degradación química

• Espectrofotometría

• Espectroscopía

  • Espectroscopía FTIR y Raman

  • Difracción de rayos X [XRD]

  • Espectroscopía de masas

• Resonancia magnética nuclear

En este módulo se analizarán las propiedades espectroscópicas del material creado en el módulo 2.

Módulo 4. Aplicación: evaluación de las propiedades antimicrobianas de un biomaterial con un modelo biológico reportero (6 horas)

• Desarrollo de proyecto

• Producción de material para uso de dispositivo biomédico

• Acoplamiento de agentes antimicrobianos en el material a emplear como base para el desarrollo de un dispositivo biomédico

• Caracterización de las propiedades antimicrobianas del material desarrollado

  • Medición

Este es un módulo integrativo, en el cual se conjuntaron el modelo biológico generado en el 2 módulo con el material creado en el cuál, se evaluarán las propiedades antimicrobianas del material con el modelo biológico reportero.

Bibliografía

1. R. H. W. Lam, W. Chen. (2019) Biomedical Devices: Materials, Design, and Manufacturing. Pp 1-379. Suiza, Springer. ISBN 978-3-030-24237-4 (eBook)

https://doi.org/10.1007/978-3-030-24237-4

2. Clarke, A., & Eberhardt, C. (2002). Microscopy Techniques for Materials Science. Woodhead Publishing.

3. Monošík, R., Streďanský, M., & Šturdík, E. (2012). Biosensors - classification, characterization and new trends. Acta Chimica Slovaca, 5(1), 109–120. https://doi.org/10.2478/v10188-012-0017-z

4. Ahumada, M., Jacques, E., Calderon, C., & Martínez-Gómez, F. (2019). Porosity in biomaterials: A key factor in the development of applied materials in biomedicine. In Handbook of Ecomaterials (pp. 3503–3522). Springer International Publishing.

5. Huhtamäki, T., Tian, X., Korhonen, J. T., & Ras, R. H. A. (2018). Surface-wetting characterization using contact-angle measurements. Nature Protocols, 13(7), 1521–1538. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0003-z

6. Landel, R. F., & Nielsen, L. E. (1993). Mechanical properties of polymers and composites, second edition. CRC Press.

7. Pavia, D. L., Lampman, G. M., & Kriz, G. S. (2000). Introduction to Spectroscopy (3rd ed.). Brooks/Cole.

8. Gabbott, P. (2008). Principles and applications of Thermal Analysis. Wiley-Blackwell.

9. Maria Cristina Tanzi, Silvia Farè. (2017) Characterization of Polymeric Biomaterials (pp. 1–475). United Kingdom. Woodhead Publishing. ISBN 9780081007372, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100737-2.09990-8.

10. Guía para la Evaluación Clínica de Dispositivos Médicos. Secretaria de Salud, México, 2017

11. Aavani F, Biazar E, Heshmatipour Z, Arabameri N, Kamalvand M, Nazbar A. Applications of bacteria and their derived biomaterials for repair and tissue regeneration. Regen Med. 2021 Jun;16(6):581-605. https://doi.org/10.2217/rme-2020-0116. Epub 2021 May 25. PMID: 34030458.

12. Ángel Serrano-Aroca, Alba Cano-Vicent, Roser Sabater i Serra, Mohamed El-Tanani, AlaaAA. Aljabali, Murtaza M. Tambuwala, Yogendra Kumar Mishra. (2022). Scaffolds in the microbial resistant era: Fabrication, materials, properties and tissue engineering applications, Materials Today Bio, Volume 16,