Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Inżynieria biomateriałów
Course of study:
2019/2020
Code:
CIMT-2-105-BK-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Materials Science
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Szaraniec Barbara (szaran@agh.edu.pl)
Module summary

Tematyka przedmiotu obejmuje wiedzę z zakresu biomateriałów ceramicznych, metalowych, polimerowych i kompozytowych. Studenci zapoznają się z zasadami projektowania i doboru materiałów w różnych zastosowaniach medycznych, technikami otrzymywania/modyfikacji biomateriałów oraz metodami ich badań, ze szczególnym uwzględnieniem badania biozgodności i oddziaływania materiału ze środowiskiem biologicznym. Omówione zostaną metody umożliwiające diagnostykę po wprowadzeniu implantów do organizmu.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 ma świadomość zagrożeń wynikających ze stosowania materiałów medycznych, zna procedury dopuszczania tego typu materiałów do praktyki klinicznej. IMT2A_K03 Test,
Presentation,
Participation in a discussion,
Activity during classes,
Test results
Skills: he can
M_U001 potrafi wytypować materiał dla określonej funkcji biologicznej. IMT2A_U04, IMT2A_U03 Test,
Participation in a discussion,
Presentation,
Activity during classes,
Test results
M_U002 potrafi łączyć zagadnienia biomechaniczne z materiałowymi i biologicznymi. IMT2A_U04, IMT2A_U03 Test,
Presentation,
Participation in a discussion,
Activity during classes,
Test results
Knowledge: he knows and understands
M_W001 posiada wiedzę z zakresu biomateriałów metalicznych, ceramicznych, polimerowych i kompozytowych, zna podstawowe trendy w rozwoju biomateriałów, zna podstawowe czynniki decydujące o biozgodności stosowanych w medycynie materiałów. IMT2A_W03 Test,
Presentation,
Participation in a discussion,
Activity during classes,
Test results
M_W002 zna podstawowe uwarunkowania konstrukcyjno-materiałowe implantów stosowanych w chirurgii kostnej. IMT2A_W03 Test,
Presentation,
Participation in a discussion,
Activity during classes,
Test results
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 15 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 ma świadomość zagrożeń wynikających ze stosowania materiałów medycznych, zna procedury dopuszczania tego typu materiałów do praktyki klinicznej. + - - - - + - - - - -
Skills
M_U001 potrafi wytypować materiał dla określonej funkcji biologicznej. - - - - - + - - - - -
M_U002 potrafi łączyć zagadnienia biomechaniczne z materiałowymi i biologicznymi. - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 posiada wiedzę z zakresu biomateriałów metalicznych, ceramicznych, polimerowych i kompozytowych, zna podstawowe trendy w rozwoju biomateriałów, zna podstawowe czynniki decydujące o biozgodności stosowanych w medycynie materiałów. + - - - - + - - - - -
M_W002 zna podstawowe uwarunkowania konstrukcyjno-materiałowe implantów stosowanych w chirurgii kostnej. + - - - - + - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 60 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 14 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 4 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (15h):

Tematyka wykładów:
1. Biozgodność, oddziaływanie z organizmem żywym. Perspektywy rozwoju biomateriałów.
2. Biomateriały metaliczne.
3. Biomateriały polimerowe i kompozytowe (+biomateriały ceramiczne)
4. Materiały z pamięcią kształtu.
5. Osteosynteza śrubowa i płytkowa. Stabilizatory. Ubytki tkanki kostnej i chrzęstnej.
6. Wybrane zagadnienia stabilizacji kręgosłupa człowieka. Biomechaniczne aspekty stosowania implantów.
7. Materiały do kontaktu z krwią.

Seminar classes (15h):

Zajęcia seminaryjne mają na celu utrwalenie i poszerzenie wiedzy uzyskanej na wykładach
I. Zagadnienia ogólne
• reakcje organizmu na implant
• metody badań biomateriałów
• właściwości płynów ustrojowych i tkanek
• biomateriały pochodzenia naturalnego
• materiały bioaktywne
• materiały bioresorbowalne – charakterystyka i przykłady zastosowań
• degradacja materiałów w środowisku biologicznym
• metody modyfikacji powierzchni
• nanomateriały w medycynie
• zużycie implantów i materiałów stosowanych na implanty

II. Metody badań w diagnostyce medycznej (pozwalające na ocenę funkcjonowania implantów)
1. Radiologia
2. Tomografia komputerowa
3. Rezonans magnetyczny NMR
4. Densytometria
5. Artoskopia
6. Ultrasonografia
7. Scyntygrafia

III. Przykłady zastosowań biomateriałów
1. Implanty dokręgosłupowe
2. Implanty stosowane w obrębie czaszki i twarzo-czaszki
3. Endoprotezy stawowe
4. Narzędzia chirurgiczne
5. Implanty kontaktujące się z krwią

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Seminar classes: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkiem zaliczenia zajęć seminaryjnych jest zaliczenie kolokwiów, przygotowanie i przedstawienie referatu. Warunkiem zaliczenia całego przedmiotu i podstawą otrzymania oceny końcowej jest zaliczenie zajęć seminaryjnych oraz kolokwium zaliczeniowego.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Seminar classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Method of calculating the final grade:

Warunki zaliczenia seminarium:
1. Kolokwia
2. Referat
3. Dyskusja, aktywność

OK=(0,3*KZ)+(0,7*S)
KZ – ocena z kolokwium zaliczeniowego
S – ocena z zajęć seminaryjnych

KZ, S – oceny uzyskane w pierwszym terminie lub średnia arytmetyczna z ocen uzyskanych we wszystkich terminach.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Student ma możliwość napisania lub poprawy kolokwium na zajęciach dodatkowych lub konsultacjach. W przypadku dłuższej usprawiedliwionej nieobecności powinien zgłosić chęć uzupełnienia zaległości w trakcie semestru.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość zagadnień związanych z nauką o materiałach/materiałoznawstwem, sposobami charakteryzowania i opisu właściwości materiałów, technologiami wytwarzania materiałów.

Recommended literature and teaching resources:

Literatura
1. Biomateriały – Problemy Biocybernetyki i inżynierii Biomedycznej, Tom 4 pod redakcją Macieja Nałęcza. Wydawnictwo PAN, 2003 (nowe wydanie)
2. Biomechanika – Problemy Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej, Tom 5 pod redakcją Macieja Nałęcza. Wydawnictwo PAN, 2003 (nowe wydanie)
3. Biomateriały – Jan Marciniak, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002
4. Biomechanika Inżynierska, R.Będziński. Wyd. Politechnika Wrocławska 1997
5. Osteoporoza – J. Badurski i inni, Osteoprint, Białystok 1994
6. Biomateriały w chirurgii kostnej – J.Marciniak, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej 1992
7. Osteosynteza metodą Zespol – teoria i praktyka kliniczna, W. Ramotowski, PZWL Warszawa 1988

Czasopisma
1. Biomaterials
2. Journal of Materials Science – Materials in Medicine
3. Journal of Biomedical Materials Research
4. Journal of Biomaterials Applications
5. Journal of Biomaterials Science
6. Journal of Applied Biomaterials & Biomechanics
7. Engineering of Biomaterials/Inżynieria Biomateriałów
8. Acta of Bioengineering and Biomechanics
9. Acta Biomaterialia
10. Bio-medical Materials and Engineering
11. Biomedical Materials
12. Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1.Chłopek, J., et al., In vitro studies of carbon nanotubes biocompatibility. Carbon, 2006. 44(6): p. 1106-1111.
2.Goryczka, T., B. Szaraniec, and J. Lelątko, POLYLACTIDE LAYER FOR SURFACE PROTECTION IN Ni-Ti SHAPE MEMORY ALLOY. Engineering of Biomaterials, 2010. XII: p. 126-128.
3.Goryczka, T. and B. Szaraniec, Characterization of Polylactide Layer Deposited on Ni-Ti Shape Memory Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance, 2014. 23(7): p. 2682-2686.
4.Gryń, K., et al., Mechanical characterization of multifunctional resorbable composite plate for osteosynthesis. Engineering of Biomaterials, 2015. 18: p. 22-33.
5.Morawska-Chochol, A., et al., The effect of magnesium alloy wires and tricalcium phosphate particles on apatite mineralization on polylactide-based composites. Materials Letters, 2016. 180: p. 1-5.
6.Morawska-Chochół, A., et al., Gentamicin release from biodegradable poly-l-lactide based composites for novel intramedullary nails. Materials Science and Engineering: C, 2014. 45: p. 15-20.
7. Pokrowiecki, R., et al., Recent trends in surface modification of the titanium biomaterials used for endoosseus dental implants. Eng Biom Vol. 124. 2014.
8. Analiza mikrostruktury spieków tytanowych z gradientem porowatości przy zastosowaniu rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. K Pałka, B Szaraniec, Engineering of Biomaterials 2012, 15, (112), 26-30
9. Characterization of Polylactide Layer Deposited on Ni-Ti Shape Memory Alloy
T Goryczka, B Szaraniec, Journal of Materials Engineering and Performance2014, 23 (7), 2682-2686
10. Współczesne kierunki badań w zakresie modyfikacji warstwy wierzchniej biomateriałów tytanowych przeznaczonych na śródkostne wszczepy stomatologiczne. R Pokrowiecki, B Szaraniec, J Chłopek, M Zaleska,Engineering of Biomaterials 2014, 7 (124), 2-10
11. Skrypt dla studentów Inżynierii Biomedycznej z zakresu implantów i sztucznych narządów, Praca zbiorowa pod red E. Stodolak, AGH 2010
12. Wielofunkcyjne biomateriały tytanowe. B. Szaraniec Prace monograficzne Inżynieria Biomateriałów 2019
6. Pokrowiecki, R., et al., In vitro studies of nanosilver-doped titanium implants for oral and maxillofacial surgery. Int J Nanomedicine, 2017. 12: p. 4285-4297.
8. Scislowska-Czarnecka, A., et al., Ceramic modifications of porous titanium: Effects on macrophage activation. Tissue and Cell, 2012. 44(6): p. 391-400.
9. Suchanek, K., et al., Crystalline hydroxyapatite coatings synthesized under hydrothermal conditions on modified titanium substrates. Materials Science and Engineering: C, 2015. 51: p. 57-63.
15. Suchanek, K., et al., Assessment of phase stability and in vitro biological properties of hydroxyapatite coatings composed of hexagonal rods. Surface and Coatings Technology, 2019. 364: p. 298-305.
16. Szaraniec, B., K. Jodkowska, and J. Chłopek, Biological properties of porous titanium with modified surface – in vivo studies. Engineering of Biomaterials, 2009. 89-91: p. 204-208.
17. Szaraniec, B., J. Chłopek, and G. Dynia, Porowate biomateriały tytanowe modyfikowane ceramiką bioaktywną. Vol. 30. 2009. 449-451.
18. Szaraniec, B. and Ł. Zych, Otrzymywanie bioaktywnych powłok na podłożu tytanu metodą osadzania elektroforetycznego (EPD). Vol. 33. 2012. 260-263.
19. Szaraniec, B., Durability of Biodegradable Internal Fixation Plates. Materials Science Forum, 2013. 730-732: p. 15-19.
20. Szaraniec, B., et al., Bioabsorbable fixation plates for veterinary medicine. Engineering of Biomaterials, 2014. 125: p. 30-36.
21. Szaraniec, B., et al., Multifunctional polymer coatings for titanium implants. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2018. 93: p. 950-957.

Additional information:

None