Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Bioceramics
Course of study:
2019/2020
Code:
CIMT-2-305-MF-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Materials Science
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Ślósarczyk Anna (aslosar@agh.edu.pl)
Module summary

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 Student zna działania lecznicze i ewentualne efekty uboczne stosowania materiałów implantacyjnych w substytucji kości. IMT2A_K01, IMT2A_K02, IMT2A_K03 Activity during classes
M_K002 Student zna role materiałów stosowanych w substytucji kości, zasady ich doboru i projektowania. Rozumie znaczenie inżynierii biomateriałowej dla medycyny i gospodarki. IMT2A_K03 Activity during classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi zaprojektować tworzywa do uzupełniania ubytków kości różniące się składem, mikrostrukturą i wytrzymałością. IMT2A_U05, IMT2A_U04 Presentation
M_U002 Student potrafi zaproponować metody oceny właściwości fizykochemicznych i biologicznych ceramicznych preparatów implantacyjnych i kompozytów bioceramicznych. IMT2A_U04 Presentation
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student zna klasyfikację biomateriałów ceramicznych i zakres ich zastosowań w medycynie. IMT2A_W01, IMT2A_W03 Examination
M_W002 Student zna i rozumie pojęcia związane z wytwarzaniem bioceramiki (surowce, metody formowania, sposoby wypalania, obróbki końcowej i sterylizacji). IMT2A_W01, IMT2A_W03 Examination
M_W003 Student zna i rozumie technologie produkcji różnych form bioceramicznych preparatów implantacyjnych (proszki, granule, gęste i porowate implanty, pokrycia) IMT2A_W01, IMT2A_W03 Examination
M_W004 Student zna zasady oceny fizykochemicznej i biologicznej ceramicznych preparatów implantacyjnych w testach in vitro i in vivo. IMT2A_W01 Examination
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 Student zna działania lecznicze i ewentualne efekty uboczne stosowania materiałów implantacyjnych w substytucji kości. - - - - - + - - - - -
M_K002 Student zna role materiałów stosowanych w substytucji kości, zasady ich doboru i projektowania. Rozumie znaczenie inżynierii biomateriałowej dla medycyny i gospodarki. - - - - - + - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować tworzywa do uzupełniania ubytków kości różniące się składem, mikrostrukturą i wytrzymałością. - - - - - + - - - - -
M_U002 Student potrafi zaproponować metody oceny właściwości fizykochemicznych i biologicznych ceramicznych preparatów implantacyjnych i kompozytów bioceramicznych. - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna klasyfikację biomateriałów ceramicznych i zakres ich zastosowań w medycynie. + - - - - + - - - - -
M_W002 Student zna i rozumie pojęcia związane z wytwarzaniem bioceramiki (surowce, metody formowania, sposoby wypalania, obróbki końcowej i sterylizacji). + - - - - + - - - - -
M_W003 Student zna i rozumie technologie produkcji różnych form bioceramicznych preparatów implantacyjnych (proszki, granule, gęste i porowate implanty, pokrycia) + - - - - + - - - - -
M_W004 Student zna zasady oceny fizykochemicznej i biologicznej ceramicznych preparatów implantacyjnych w testach in vitro i in vivo. + - - - - + - - - - -
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 15 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 17 h
Realization of independently performed tasks -2 h
Module content
Lectures (15h):
  1. Historia bioceramiki.

    Zarys historii wytwarzania i stosowania ceramicznych materiałów implantacyjnych w medycynie. Bioceramika I,II i III generacji. Znaczenie bioceramiki dla ortopedii, chirurgii twarzoczaszki i stomatologii.

  2. Budowa kości. Ceramiczne i kompozytowe preparaty kościozastępcze.

    Kość jako naturalny kompozyt. Wymagania stawiane implantom kostnym. Zalety i wady ceramicznych preparatów kościozastępczych. Sposoby łączenia implantów z kością. Znaczenie granicy rozdziału implant kość.

  3. Podział bioceramiki-kryteria podziału.

    Charakterystyka i zakres zastosowań różnych form implantów ceramicznych (proszki, granule, kształtki gęste, porowate oraz z porowatością powierzchniową, materiały gradientowe).

  4. Wytwarzanie oraz ocena fizykochemiczna i biologiczna bioceramiki spiekanej i wiązanej chemicznie.

    Sposoby wytwarzania (surowce, formowanie, wypalanie, obróbka końcowa, sterylizacja). Ocena mikrostruktury, porowatość, wytrzymałości mechanicznej, spójności, stabilności chemicznej, biodegradowalności, biozgodności i bioaktywności.

  5. Bioceramika inertna, biokatywna i resorbowalna.

    Bioaktywne szkła, szkło-ceramika i ceramika. Znaczenie bioaktywności i biodegradowalności i skłonności do resorpcji. Mechanizmy bioaktywności. Kryteria doboru kościozastępczych preparatów implantacyjne.

  6. Gęsta i porowata bioceramika korundowa.

    Proszki korundowe, sposoby otrzymywania gęstych i porowatych implantów korundowych. Zakres zastosowań bioceramiki korundowej w medycynie.

  7. Bioceramika tlenkowa oparta na ZrO2 i TiO2.

    Rola przemiany fazowej T-J w kształtowaniu właściwości fizykochemicznych i biologicznych bioceramiki ZrO2.Kompozyty ZrO2-Al2O3 (ZTA, ATZ). Tworzywa oparte na TiO2 dla zastosowań medycznych forma i właściwości.

  8. Bioceramika fosforanowo-wapniowa.

    Bioceramika hydroksyapatytowa (HA, whitlockitowa (β-TCP) oraz dwufazowa HA- β-TCP (BCP)-otrzymywanie, właściwości, zastosowanie w medycynie. Nowe kierunki badań nad bioceramiką CaPs.

  9. Cementy kostne.

    Rodzaje cementów kostnych. Zalety i wady cementów PMMA i fosforanowo-wapniowych. Wymagania stawiane cementom kostnym. Sposoby kształtowania parametrów reologicznych i czasów wiązania zaczynów cementowych. Cementy kostne nowej generacji.

  10. Bioaktywne materiały kompozytowe.

    Cel stosowania kompozytów w medycynie. Kompozyty nieorganiczno-organiczne i nieorganiczno-nieorganiczne. Materiały hybrydowe.

  11. Bioceramika dla stomatologii.

    Zastosowanie ceramiki w stomatologii zachowawczej, protetyce, implantoprotetyce, ortodoncji, endodoncji, periodontologii oraz chirurgii szczękowo-twarzowej. Rodzaje cementów stomatologicznych. Właściwości i zakres zastosowań porcelany dentystycznej, ceramiki tlenkowej i materiałów szkło-ceramicznych w stomatologii. Bioceramika w sterowanej regeneracji tkanek.

  12. Pokrycia ceramiczne na implantach metalicznych.

    Cel i sposoby nanoszenia pokryć. Charakterystyka i kryteria oceny pokryć ( grubość, skład fazowy, mikrostruktura, adhezja do podłoża, trwałość).

  13. Ceramiczne homogeniczne i heterogeniczne nośniki leków.

    Podział nośników leków. Mechanizmy uwalniania leków. Znaczenie i dobór materiałów ceramicznych dla miejscowego podawania leków.

  14. Biomimetyka.

    Wzorce z natury w technice i inżynierii biomateriałowej. Naturalne struktury typu laminaty i FGM. Naturalne kompozyty. Znaczenie bioceramiki dla inżynierii tkankowej.

Seminar classes (15h):
  1. Rola i zakres porowatości w ceramicznych materiałach implantacyjnych. Zakres zastosowań bioceramiki porowatej i gęstej.
  2. Znaczenie biomateriałów hybrydowych dla implantologii.
  3. Znaczenie gipsu jako materiału implantacyjnego.
  4. Bioceramika w zastosowaniach stomatologicznych.
  5. Znaczenie bioceramiki w leczeniu chorób i urazów kości. Rola biomimetyki w otrzymywaniu materiałów implantacyjnych.
  6. Zasady doboru materiałów w medycynie implantacyjnej.
  7. Ocena bioceramiki w testach in vitro i in vivo.
  8. Sposoby formowania i obróbki cieplnej implantów kostnych. Rola technik RP.
  9. Bioceramika hydroksyapatytowa dla ortopedii, stomatologii i chirurgii twarzo-czaszki.
  10. Otrzymywanie, właściwości i zakres zastosowań bioceramiki whitlockitowej.
  11. Znaczenie kompozytów dla medycyny.
  12. Bioceramika tlenkowa.
  13. Tworzywa szkło-ceramiczne w medycynie implantacyjnej.
  14. Czynniki determinujące zachowanie się ceramicznych preparatów implantacyjnych w żywym organizmie.
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:

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:

0,5*ocena z egzaminu+0,5*ocena z seminarium

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

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowa widza z zakresu chemii, biologii i inżynierii materiałowej.

Recommended literature and teaching resources:

1.„Biomateriały t. IV” praca zbiorowa pod red. S. Błażewicza i L. Stocha, wyd. Exit Warszawa 2003
2.Z. Jaegermann, A.Ślósarczyk „Gęsta i porowata bioceramika korundowa w zastosowaniach medycznych” UWND AGH-Kraków 2007
3.R.B.Heimann " Clasic and advanced ceramics" VILEY- VCH Verlag GmbH & Co. 2010
4.B.D.Ratner,A.S.Hofmann,F.J.Schoen,J.E.Lemons" Biomaterials Science. An Introduction to Materials in Medicine" Elsevier- Academic Press, 2013
5.F. Nadachowski, S.Jonas, W.Ptak „Wstęp do projektowania technologii ceramicznych” UWND AGH-Kraków 1999
6.Czasopismo “Inżynieria Biomateriałów Engineering of Biomaterials”
7.Czasopismo “Biomaterials”
8.Czasopismo “Journal of Materials Science. Materials in Medicine”

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

1. Borkowski L., Pawłowska M., Radzki R.P., Bieńko M., Polkowska I., Belcarz A., Karpiński M., Słowik T., Matuszewski Ł., ŚLÓSARCZYK A., Ginalska G. ,Effect of a carbonated HAP/β-glucan composite bone substitute on healing of drilled bone voids in the proximal tibial metaphysis of rabbits., Materials Science and Engineering C (2015) 1;53:60-67. (IF=2,736)

2. Mróz W., Budner B., Syroka R., Niedzielski K., Golański G., ŚLÓSARCZYK A., Schwarze D., Douglas T. E. L., In vivo implantation of porous titanium alloy implants coated with magnesium-doped octacalcium phosphate and hydroxyapatite thin films using pulsed laser deposition, Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials (2015) 103 1: 151–158. (2,328)

3. Kolmas J., Jabłoński M., ŚLÓSARCZYK A., Kolodziejski W., Solid-State NMR Study of Mn2+ for Ca2+ Substitution in Thermally Processed Hydroxyapatites, Journal of the American Ceramic Society (2015) 98: 1265–1274. (IF=2,428)

4. Kolmas J., Kaflak A., Zima A., ŚLÓSARCZYK A., Alpha-tricalcium phosphate synthesized by two different routes: Structural and spectroscopic characterization, Ceramics International (2015) 41(4) 5727-5733.(IF=2,110)

5. Czechowska J., Zima A., Paszkiewicz Z., Lis J., ŚLÓSARCZYK A., Physicochemical properties and biomimetic behaviour of α−TCP−chitosan based materials, Ceramics International (2014) 404: 5523–5532.(IF=2,110)

6. Paluszkiewicz C., Czechowska J., ŚLÓSARCZYK A., Paszkiewicz Z., Evaluation of a setting reaction pathway in the novel composite TiHA-CSD bone cement by FT-Raman and FT-IR spectroscopy, Journal of Molecular Structure (2013) 1034; 289–295. (IF=1,585)

7. Zima A.,Paszkiewicz Z., Siek D., Czechowska J., ŚLÓSARCZYK A., Study on the new bone cement based on calcium sulfate and Mg, CO3 doped hydroxyapatite, Ceramics International (2012) 386 4935–4942.

8. ŚLÓSARCZYK A., Bioceramika hydroksyapatytowa, Prace Komisji Nauk Ceramicznych, Polski Biuletyn Ceramiczny nr 13, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków 1997

Additional information:

None