Interfaces em Sistemas Biológicos
Áreas Científicas |
Classificação |
Área Científica |
OFICIAL |
Engenharia Biomédica |
Ocorrência: 2011/2012 - 1S
Ciclos de Estudo/Cursos
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 nas aulas laboratoriais da Unidade Curricular.
Palavras Chave
Ciências da Saúde
Ciências Sociais, comércio e direito > Programas de base
Programas gerais > Programas de base
Programas gerais > Programas de base > Programas de base
Programas gerais > Programas de base
Ciências Tecnológicas
Tipo de avaliação
Avaliação distribuída sem exame final
Componentes de Avaliação
Descrição |
Tipo |
Tempo (Horas) |
Peso (%) |
Data Conclusão |
Participação presencial (estimativa) |
Participação presencial |
56,00 |
|
|
|
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 dos testes ou do exame de recurso (50%; mínimo 8 valores), aulas laboratoriais (30%) e no desempenho dos alunos durante as aulas (20%; apresentações, discussões e resposta a questionários).
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