Interfaces em Sistemas Biológicos

Código:

EBE0142

Sigla:

ISBI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Biomédica

Ocorrência: 2009/2010 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Materiais
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MEB	15	Plano de estudos oficial 2009/2010	1	-	5	60	135
MIB	14	Plano de estudos oficial	3	-	5	60	135
PRODEB	3	Plano de estudos oficial	1	-	5	60	135

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

Objectivos – O principal objectivo desta unidade curricular é dotar os alunos com as ferramentas necessárias para compreender os vários tipos de interacção que existem entre as células e tecidos, assim como o seu ambiente natural e artificial. A interface entre células e matriz extra-celular e entre células e matriz extra-celular com dispositivos médicos são exemplos importantes de interfaces biológicas.
A topografia, assim como a composição química e as propriedades mecânicas das superfícies, têm uma influência decisiva no comportamento dos vários tipos de células, nas quais se incluem as células estaminais. Este aspecto tem uma grande importância na aplicação de biomateriais, onde se incluem biosensores, vários tipos de implantes (ortopédicos, dentais, cardiovasculares, etc.) e terapias regenerativas. Assim, um dos objectivos desta unidade curricular é explicar como é que a adesão, a proliferação e a diferenciação celulares podem ser afectadas pelas propriedades acima referidas.
O tipo, a densidade da superfície, a conformação e a renovação de proteínas adsorvidas numa superfície desempenham um papel bastante importante no seu comportamento. Por isso, a interface proteína-biomaterial tem que ser compreendida e observada detalhadamente. A físico-química destas interfaces, onde a água assume um papel importante, é abordada.
As modificações radicais no comportamento da interface sólido-líquido e da interface biomaterial-célula podem ser introduzidas através da manipulação de superfícies e materiais à nanoescala. São dados, também, exemplos de nanotecnologias que se aplicam à modificação das características das interfaces biológicas (por exemplo: hidrofobicidade, inibição ou promoção da adesão celular e proliferação celular).
É necessária uma caracterização das superfícies e das suas interacções com ambientes biológicos (incluindo fluidos, células e tecidos), sendo estes de grande importância para os processos anteriormente referidos. Para isso, são necessárias ferramentas especiais para a observação e quantificação das mudanças que acontecem na interface entre o material e o seu bioambiente. São abordadas algumas das ferramentas utilizadas, assim como os princípios físicos e químicos.
Outros dos pontos também abordados nesta unidade curricular são a microscopia de força atómica (inclui microscópio de força por reconhecimento molecular), assim como a elipsometria, o potencial zeta, a determinação dos ângulos de contacto e da energia interfacial, a análise da superfície (por exemplo, por espectroscopia de foto-electrões de raios X) e a microbalança de cristal quartzo.

Competências e resultados de aprendizagem: Os alunos devem desenvolver o seu conhecimento e capacidades nos princípios, conceitos e métodos abordados, para assim serem capazes de explicar, avaliar e modificar a interacção entre superfícies naturais e artificiais, assim como com o ambiente biológico.

Programa

1. Físico-química de interfaces
A estrutura de superfícies secas e molhadas (dupla camada), energética (energias interfaciais, ângulo de contacto, molhabilidade, superhidrofobicidade)

2. Interacções célula-bioambiente
Interacções de células com outras células, a matriz extra-celular, biomateriais e dispositivos médicos. Reacção de corpo estranho e encapsulamento de implantes.

3. Adsorção de proteínas a partir de um meio biológico
Concentração na superfície, cinética, conformação, influência no comportamento da célula

4. Microfabricação e nanofabricação aplicadas às superfícies
Superfícies estruturadas; impressão molecular; monocamadas auto-organizadas; técnicas para obter micropartículas e nanopartículas. Influência da topografia de superfície, das características mecânicas e químicas no comportamento das células.

5. Técnicas para sondar superfícies e interfaces biológicas
Microscópio de força atómica (incluindo microscópio de força por reconhecimento molecular), elipsometria, medição do potencial zeta, determinação do ângulo de contacto e da energia interfacial, análise da superfície (por exemplo: espectroscopia de foto-electrões de raios X) e micro balanço do cristal de quartzo.

Bibliografia Obrigatória

Adam Baszkin ; Willem Norde; Physical Chemistry of Biological Interfaces
Butt, Hans-Jurgen; Physics and chemistry of interfaces. ISBN: 978-3-527-40629-6
Bhushan, Bharat, 1949 340; Springer handbook of nanotechnology. ISBN: 978-3-540-29855-7
Alberts, Bruce 070; Molecular biology of the cell. ISBN: 978-0-8153-4105-5

Bibliografia Complementar

Bockris, J. O.M; An introduction to electrochemical science. ISBN: 0-85109-410-4
Kay C. Dee David A. Puleo Rena Bizios; An Introduction to Tissue-Biomaterial Interactions, Wiley-Liss, 2002. ISBN: 0471253944

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Os aspectos-chave de cada tema são primeiro apresentados pelo professor, sendo seguidos por uma discussão aprofundada nas aulas seguintes.
A discussão pode envolver a apresentação de exemplos por parte dos alunos, que deve ser baseada numa pesquisa bibliográfica. A discussão pode ser levada a cabo por um a três alunos e pode ser iniciada através de uma pequena apresentação (normalmente com a duração de dez minutos).
As experiências relevantes para esta unidade curricular são executadas em Laboratórios Integrados de Engenharia Biomédica I.

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas
Programas gerais > Programas de base
Programas gerais > Programas de base
Ciências Sociais, comércio e direito > Programas de base
Ciências da Saúde
Programas gerais > Programas de base > Programas de base

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	34,50
	Total:	-	0,00

Obtenção de frequência

Para obter frequência, os alunos têm que participar activamente em pelo menos uma discussão (ver Métodos de Ensino), e assistir a 75% das aulas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final é baseada na nota do exame final (90%) e no desempenho dos alunos durante as aulas (10%).

Provas e trabalhos especiais

Não aplicável

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as regras do Mestrado Integrado em Bioengenharia

Melhoria de classificação

De acordo com as regras do Mestrado Integrado em Bioengenharia