Detail předmětu

Materiály pro medicínské aplikace

FCH-MC_MMAAk. rok: 2024/2025

Polymery tvoří významnou část biomateriálů využívaných v medicíně, především jako součásti medicínských zařízení, biosenzorů, implantátů, nosičů léčiv či buněk. Předmět shrnuje dosavadní poznatky o syntéze biomedicínských polymerů včetně jejich modifikace, kopolymerace, funkcionalizace, samouspořádavacích procesů a charakterizace. Je kladen důraz na vlastnosti hydrogelů a biodegradovatelných polymerů využitelných v medicíně, na testování jejich biokompatibility, stability a bioaktivity v živém organizmu. Část je věnována metodám příprav scaffoldů pro tkáňové inženýrství a přehledu biomateriálů pro náhrady kostí, šlach, chrupavek, kůže, nervové a kardiovaskulární soustavy. Obsahem předmětu jsou i kompozitní polymerní materiály obsahující (nano)vlákna či (nano)částice, jejich vlastnosti a aplikace v medicíně.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikální a spotřební chemie (ÚFSCH)

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Ústní zkouška (70 %), které předchází písemný test splněný minimálně na 60 %.
Aktivní účast na výuce včetně seminární práce (30 %).

Není, ale účast na přednáškách se doporučuje.

Učební cíle

Předmět poskytne studentům základní přehled o materiálech využitelných pro aplikace v medicíně, o jejich historii a současnosti. Kromě komerčně dostupných materiálů budou studenti především seznámeni i s (bio)polymerními materiály ve stádiu výzkumu, s jejich syntézou, přípravou vzorků, charakterizací a testováním in vitro i in vivo se zaměřením na jednotlivé medicínské aplikace, především na tkáňové inženýrství.
Studenti budou schopni vybrat vhodné biomateriály, případně jejich kombinace pro definované medicínské aplikace, navrhnout metody syntéz a příprav (bio)polymerů včetně metod charakterizace a testování in vitro i in vivo pro uvažované aplikace.

Doporučená literatura

Guelcher SA, Hollinger JO, editors. An Introduction to Biomaterials. In: The biomedical engineering series, Neuman MR, series editor. Taylor & Francis Group, LLC. Boca Raton, Florida, USA. 2006, pp. 553. ISBN: 0-8493-2282-0.
Ratner BD, Hoffman AS, Schoen FJ, Lemons JE, editors. Biomaterials Science. An Introduction to Materials in Medicine. 2nd ed., Elsevier Academic press, California USA, London UK. 2004, pp. 851. ISBN: 0-12-582463-7.
Rieger B, Künkel, Coates GW, Reichardt R, Dinjus E, Zevaco TA, volume editors. Synthetic biodegradable polymers. In: Advances in Polymer Science. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2012; vol. 245, pp. 364. ISSN: 0065-3195

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_CHMA magisterský navazující

    specializace BF , 1 ročník, letní semestr, povinný
    specializace CHBL , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D.

Osnova

1. Biomateriály - úvod, definice, rozdělení a vlastnosti biomateriálů, aplikace v medicíně.
2. Biodegradace polymerů, biokompatibilita, toxicita - charakterizace a testování materiálů in vitro i in vivo
3. Tkáňové inženýrství – principy, metodiky, kmenové buňky, interakce biomateriálů s buňkami, extracelulární matrix, nosiče léčiv.
4. Metody příprav scaffoldů pro tkáňové inženýrství – lyofilizace, 3D tisk, elektrospining, lití rozpouštědla, napěnění, sol-gel, stereolitografie, laserové slinování, prototyping atd.
5. Celkový přehled biomateriálů a implantátů pro tkáňové inženýrství kostí, nervové a kardiovaskulární soustavy, kůže, šlach, menisků a chrupavek.
6. Hydrogely v medicíně – reologie, síťování, mechanické vlastnosti, botnání, aplikace.
7. Biopolymery I – polysacharidy: celulóza, hyaluronan, chitosan, alginát, silk fibroin – vlastnosti, modifikace a aplikace
8. Biopolymery II – polynukleotidy (RGD), proteiny (kolagen, fibrin), polyestery (PHB, PHV), isoprenoidy – vlastnosti, modifikace a aplikace
9. Syntetické polymery I - nedegradovatelné – polyakryláty, polyetylen, silikony, polyuretany, polyetylentereftalát: mechanické vlastnosti a testování pro medicínské aplikace
10. Syntetické polymery II - biodegradovatelné – polyestery (PLA, PGA, PCL, PHB)- polykondenzace, polymerace za otevření kruhu, blokové kopolymery, sol-gel přechod, katalyzátory, biodegradace, aplikace
11. Syntetické polymery III - biodegradovatelné - polyhydroxyalkanoáty, polyesterkarbonáty, polyesteramidy, polyesteruretany, polypropylenfumaráty, polyortoestery, polyanhydridy, polyalkylkyanoakryláty, polyiminokarbonáty, anorganické polyfosfazeny a polyfosfoestery
12. Chemické modifikace (bio)polymerů – reakce dle funkčních skupin, funkcionalizace syntetických polymerů, vázání biologicky aktivních látek, síťování
13. Kompozitní polymerní materiály a jejich využití v medicíně – (nano)vlákny a (nano)částicemi plněné polymery, kombinace přírodních a syntetických polymerů, keramické a kovové biomateriály, sterilizace biomateriálů. Nové biomateriály připravené samouspořádavacími procesy.

Konzultace v kombinovaném studiu

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D.