Detail předmětu

Materiály a komponenty pro biomedicínu

FEKT-AMBMAk. rok: 2012/2013

Předmět se zabývá speciálními materiály pro použití v biomedicínské praxi. Součástí předmětu je kapitola, zabývající se materiály používanými v kardiologii, dále novými elektrochemickými zdroji proudu, používanými pro speciální přístroje, např. kardiostimulátory a defibrilátory. Dále je uveden vliv biologického prostředí na korozi a životnost použitých materiálů a je pojednána kompatibilita tkáňových implantátů. Část přednášek je věnována polymerním materiálům z hlediska chemického, struktury a s tím souvisejících vlastností a dále využitím polymerních materiálů v biomedicíně, např. jako implantáty nebo léčiva s postupným uvolňováním aktivní látky nebo s cíleným uvolňováním léčiva (např. cílená cytostatika). Další oblastí polymerních materiálů jsou hydrogely pro kontaktní a nitrooční čočky a další aplikace. Významná je část pojednávající o principu a využití NMR pro diagnostické a analytické účely.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Marie Sedlaříková, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav elektrotechnologie (UETE)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:

 kvalifikovaně posoudit využití materiálů v biomedicínské praxi
 popsat onemocnění srdce a cévního systému a popsat možnosti léčby
 popsat vlastnosti makromolekulárních látek, keramik a kovů vhodných pro implantáty
 má přehled o současném stavu ve vývoji materiálů pro kontaktní a nitrooční čočky
 má základní znalosti o použití elektrochemických zdrojů proudu pro laboratorní zařízení, kardiostimulátory ( defibrilátory)
 má přehled o trendech v oblasti přípravy a využití bionanomateriálů v lékařství, např. pro léčení karcinogenních chorob
 dovede se orientovat v principu a využití NMR spektroskopie, a ovlivnění obrazu NMR použitím tkáňových implantátů
- má přehled o měření a vlivu vzdušných iontů na zdraví člověka, o speleoterapii
- má znalosti o vlivu minerálních látek na lidské zdraví





Prerekvizity

Student, který si zapíše tento předmět, by měl mít základní znalosti:
- o vlivu stavby a struktury na vlastnosti materiálů
- základní znalosti z oblasti materiálů ( kovy, polovodiče, izolanty )
- základní informace o stavbě lidského těla
- základní znalosti o pochodech v lidském těle
- měl by být schopen na základě návodů pracovat s chemikáliemi
- měl by mít základní znalosti z oblasti výpočetní techniky pro zpracování naměřených výsledků

Korekvizity

1. Základní poznatky o iontové vodivosti roztoků elektrolytů.
2. Základní znalosti anorganické chemie, především vlastnosti binárních oxidů užívaných v elektrochemických zdrojích proudu.
3. Rozšíření poznatků o fyzikálních metodách užívaných pro identifikaci pevných látek (RTG difrakce, elektronové procesy, NMR, EPR či optická spektroskopie).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení laboratoří................max.30b
Písemná část závěrečné zkoušky....max. 60b
Zpracování a presentace zadaného tematu...max. 10b

Osnovy výuky

1. Úvod - vazby , struktura, rozdělení, stavba hmoty na úrovni atomu a molekul, krystalická stavba hmoty.
2. Vlastnosti povrchu a nanomaterialů – roviny, rozdělení nanostruktur.. Nanomateriály pro elektrotechniku – spintronika, nanofotonika, bionanotechnologie – nanosafety.
3. Lékové formy, cílená cytostatika, nanomateriály využívané pro cytostatiku.
4. Kovové a polymerní materiály a jejich využití v kardiologii.
5. Materiály pro kontaktní a nitrooční čočky, polymery v lékařství.
6 Měření koncentrace a parametrů kladných a záporných iontů. Speleoterapie.
7. Nukleární magnetická resonanční spektroskopie a kompatibilita tkáňových implantátů.
8. Plyny v lékařství a potravinářském průmyslu
9. Minerální látky v lidském těle, vliv nadbytku, nedostatku.

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní orientaci v oblasti materiálů, využívaných v biomedicínské praxi. Vlastnosti, aplikace různých materiálů včetně nanostrukturovaných.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Povinná jsou laboratorní cvičení. Řádně omluvené zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit.

Základní literatura

Bednář, B. a kol.: Nové materiály, Ediční středisko VŠCHT, Praha 1991 (CS)
Navrátil,L. a kol: Medicínská biofyzika, GRADA 2005, Praha (CS)
Pistoia, G.: Lithium Batteries, New Materials, Developments and Perspective, Elsevier Science B.V., Amsterodam, 1994 (EN)
Sedlaříková a kol.: Materiály pro biomedicínu, elektronická skripta (CS)
Valečko,Z: Bioelektronika, BEN Technická literatura, Praha 2005 (CS)
Vondrák, J., Sedlaříková,M.,Elektrochemická měření, elektronická verze (CS)
Žabka,M. a kol.:Moderní lékové formy ve farmaceutické technologii, Bratislava 2001 (CS)

Doporučená literatura

Liu,B. In vitro investigation of Fe30Mn6Si shape memory alloy as potential biodegradable metallic material, Material Letters 65 (2011) 540-543 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BTBIO-A bakalářský

    obor A-BTB , 3 ročník, letní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Marie Sedlaříková, CSc.

Osnova

1. Koroze a kompatibilita materiálů v živých organismech, korozní diagramy,složení tkáňových tekutin
2. Elektrodové potenciály, vliv kovových iontů na živé tkáně
3. Elektrody jako čidla složení tkání, měření pH, iontově selektivní elektrody,
elektrochemická čidla in vivo a in vitro
4. Chemické zdroje pro laboratorní zařízení a implantáty, akumulátory, jejich údržba a vlastnosti. Gelové elektrolyty- vlastnosti, výhody a nevýhody, využití v akumulátorech.
5. Lithiové články, baterie pro implantáty v kardiologii, defibrilátory
6.Materiály pro biologické prostředí. Materiály pro implantáty. Keramické, kovové a polymerní materiály.
7. Hydrogely v biomedicinálních aplikacích, typ kontaktu s živou tkání. Ddefinice hydrogelu, výhody hydrogelů ve srovnání s jinými materiály.
8. Kontaktní a nitrooční čočky,materiály, botnavost, mechanické vlastnosti, rozpustnost pro kyslík, výrobní technologie, aplikační možnosti
9. Cílená cytostatika Polymerní systémy pro dopravu a řízené uvolňování biologicky aktivních molekul.Rozpustné polymerní nosiče léčiv. Cílené směrování léčiv.
10. Ionty. Vliv kladných a záporných iontů na lidský organismus. Speleoterapie. Vliv záporných iontů zdravotní stav člověka.
11. Parametry materiálů v pobytových prostorách a jejich vliv na velikost prostorového náboje. Vliv oděvních materiálů na vznik a eliminaci statického náboje.
12. NMR kompatibilita tkáňových implantátů. Parametry, ovlivňující kontrast v MR obraze, elektrické vlastnosti materiálů pro medicínu ovlivňující MR obrazy
13. Sledování vlivu materiálů tkáňových implantátů na MR obrazy a jejich zkreslení MR techniky měření a vyhodnocení sledovaných vlivů.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Marie Sedlaříková, CSc.

Osnova

1. Stanovení vápníku a dusičnanů v minerálních vodách
2. Enviromentální elektronový mikroskop
3. Diagnostika biomateriálů pomocí enviromentálního rastrovacího elektronového mikroskopu
4. Měření vybíjecí charakteristiky lithiových baterií
5. Měření koncentrace vzdušných iontů v různých prostředích
6. Magnetická rezonance
7. Měření deformací v magnetických polích způsobených elektricky a magneticky vodivými implantáty
8. Příprava hydrogelů radikálovou polymerací a polymerací UV zářením, kinetika botnání
9. Fladeho korozní diagramy: Cu, Zn, N, Au
10, 11, 12, 13. Exkurze do nemocničních laboratoří a speciálních oddělení , exkurze do Výzkumného ústavu makromolekulární chemie AV ČR v Praze, exkurze do farmaceutické firmy.