Detail předmětu
Materiály a komponenty pro biomedicínu
FEKT-BPC-MBMAk. rok: 2025/2026
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. Další část předmětu je věnována měření a vlivu vzdušných iontů na zdraví člověka a významu speleoterapie.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní 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
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Písemná část závěrečné zkoušky......................max. 60b
Zpracování a presentace zadaného tematu....max. 10b
Povinná jsou laboratorní cvičení. Řádně omluvené zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit.
Učební cíle
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 a další
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
Základní literatura
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
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-BTB bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
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
Vyučující / Lektor
Osnova
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.