Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metale w medycynie
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
NMTN-1-516-s
Wydział:
Metali Nieżelaznych
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Materiały i Technologie Metali Nieżelaznych
Semestr:
5
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż, prof. AGH Leszczyńska-Madej Beata (bleszcz@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Zapoznanie z podstawowymi materiałami metalicznymi do zastosowań w medycynie, omówienie problemu biotolerancji oraz wymagań stawianych materiałom metalicznym. Przedstawione zostaną kryteria jakości, wpływ środowiska i warunków eksploatacji na trwałość implantów, zjawisko korozji i niszczenia oraz aspekt modyfikacji powierzchni i zagadnienia związane z praktycznym wdrożeniem i eksploatacją wyrobów z powierzchniami dotykowymi o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Wie co to jest biomateriał, biozgodność i biotolerancja MTN1A_W10 Udział w dyskusji,
Referat,
Prezentacja,
Egzamin
M_W002 Zna podstawowe metaliczne materiały inżynierskie stosowane w medycynie MTN1A_W02, MTN1A_W01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Prezentacja,
Kolokwium,
Egzamin
M_W003 Zna podstawowe kryteria doboru materiałów metalicznych do zastosowań w medycynie MTN1A_W02 Prezentacja,
Kolokwium,
Egzamin
M_W004 Wie jakie są możliwości aplikacyjne nanomateriałów w medycynie, zna zagrożenia z tym związane MTN1A_W02 Udział w dyskusji,
Referat,
Prezentacja,
Kolokwium,
Egzamin
M_W005 Zna materiały o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych wykorzystywane w miejscach użyteczności publicznej MTN1A_W02 Zaliczenie laboratorium,
Udział w dyskusji,
Referat,
Kolokwium,
Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Nabytą wiedzę potrafi wykorzystać do doboru materiałów metalicznych do konkretnego zastosowania w medycynie MTN1A_U02 Referat,
Kolokwium,
Egzamin
M_U002 Potrafi zdefiniować cechy, jakimi powinien się charakteryzować materiał, aby mógł zostać zastosowany do wytwarzania implantów MTN1A_U01 Referat,
Prezentacja,
Kolokwium,
Egzamin
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Ma świadomość ważności i zrozumienia wpływu działalności inżynierskiej na organizm żywy MTN1A_K01, MTN1A_K03, MTN1A_K02 Zaangażowanie w pracę zespołu,
Prezentacja
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
105 45 0 30 0 0 30 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Wie co to jest biomateriał, biozgodność i biotolerancja + - - - - - - - - - -
M_W002 Zna podstawowe metaliczne materiały inżynierskie stosowane w medycynie + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna podstawowe kryteria doboru materiałów metalicznych do zastosowań w medycynie + - - - - - - - - - -
M_W004 Wie jakie są możliwości aplikacyjne nanomateriałów w medycynie, zna zagrożenia z tym związane + - + - - - - - - - -
M_W005 Zna materiały o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych wykorzystywane w miejscach użyteczności publicznej + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Nabytą wiedzę potrafi wykorzystać do doboru materiałów metalicznych do konkretnego zastosowania w medycynie - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi zdefiniować cechy, jakimi powinien się charakteryzować materiał, aby mógł zostać zastosowany do wytwarzania implantów + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Ma świadomość ważności i zrozumienia wpływu działalności inżynierskiej na organizm żywy + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 151 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 105 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 4 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (45h):

1. Biomateriały; podział, wiadomości ogólne, podstawowe definicje, kryteria jakości, funkcje biomateriałów.
2. Biofizyka tkanek – tkanka nerwowa, mięśniowa, kostna, bioelektroniczne cechy środowiska tkanek, problemy chirurgii rekonstrukcyjnej i zabiegowej. Wpływ środowiska, warunków eksploatacji i obiektów obcych na żywe tkanki, żywych tkanek na obce obiekty.
3. Biomateriały metaliczne; rys historyczny zastosowania metali w medycynie charakterystyka właściwości użytkowych biomateriałów i implantów metalicznych, wymagania stawiane materiałom metalicznym do zastosowań medycznych, problem biotolerancji.
4. Korozja implantów metalicznych; środowisko korozyjne tkanek i płynów ustrojowych, ważniejsze rodzaje korozji implantów, uszkodzenia implantów metalicznych w środowisku tkanek i płynów ustrojowych.
5. Stale chromowo – niklowe na narzędzia, implanty i przyrządy medyczne. Struktura i właściwości, korozja, przeznaczenie stali chromowo – niklowych. Przeróbka plastyczna i obróbka cieplna stali chromowo – niklowych.
6. Tytan i stopy tytanu. Podział stopów tytanu ze względu na strukturę, właściwości mechaniczne, korozja i niszczenie implantów tytanowych. Przeróbka plastyczna i obróbka cieplna tytanu i jego stopów. Stop Ti6Al4V i stopy tytanu nowej generacji. Tytan porowaty.
7. Stopy z pamięcią kształtu.
8. Stopy na osnowie kobaltu; odlewnicze, przerabiane plastycznie; wytwarzane technologią metalurgii proszków, właściwości, obszary zastosowania w medycynie. Alloplastyka stawu biodrowego.
9. Biomateriały wykorzystywane w stomatologii. Problematyka implantologii w układzie stomatognatycznym. Struktura i właściwości tkanek zębów. Biomateriały metalowe stosowane w stomatologii. Odlewy stomatologiczne. Ceramika i porcelana stomatologiczna. Wypełnienia zębowe. Konstrukcje metalowo – ceramiczne w protetyce. Implanty stomatologiczne.
10. Inżynieria powierzchni biomateriałów metalicznych. Metody obróbki powierzchniowej implantów metalicznych, powłoki hydroksyapatytowe na implantach.
11. Miedź i jej właściwości przeciwdrobnoustrojowe:
• Rys historyczny, problematyka i dowody naukowe.
• Rodzaje stopów zatwierdzonych przez EPA – klasyfikacja, systemy oznaczeń i charakterystyka.
• Przeznaczenie i obszary zastosowania w miejscach użyteczności publicznej wraz z przykładami aplikacji. Rodzaje wyrobów i miejsca ich wykorzystania.
• Aspekty technologiczne produkcji wyrobów z miedzi i stopów miedzi o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych (materiał wsadowy – proces odlewania – przeróbka plastyczna – formowanie wyrobu i obróbka wykańczająca)
• Wyróżniki wyrobów gotowych z miedzianymi powierzchniami dotykowymi (materiał wsadowy – wyroby – jakość powierzchni wyrobu – system kontroli jakości QMS)
• Zasada ciągłości marki miedzi przeciwdrobnoustrojowej w cyklu technologicznym
12. Wybrane właściwości metali szlachetnych, wykorzystywane w dziedzinach medycznych, m.in. właściwości biobójcze, zdolność tworzenia związków kompleksowych, właściwości biosensoryczne cząstek hybrydowych zawierających pierwiastki metali szlachetnych, itp.
13. Bieżący stan wiedzy na temat praktycznego wykorzystania ww. właściwości w medycynie:
• funkcjonalizacja narzędzi oraz urządzeń stosowanych w różnych dziedzinach medycznych,
• działanie antyseptyczne i biobójcze cząstek metali szlachetnych,
• przykłady bezpośredniego stosowania metali szlachetnych: związki kompleksowe metali szlachetnych jako farmaceutyki, preparaty koloidowe w terapii hipertermicznej komórek nowotworowych, kontrasty sygnału w diagnostyce ramanowskiej, biosensory markerów zmian chorobowych w tkankach i płynach ustrojowych, itp.
• omówienie zasad i sposobów oceny skuteczności działania metali szlachetnych jako czynnika funkcjonalizującego i antyseptycznego.

Ćwiczenia laboratoryjne (30h):

1. Badania mikrostruktury, przy wykorzystaniu różnych technik, stopów wykorzystywanych do produkcji implantów, a także różnych elementów, jak gwoździe śródszpikowe, wkręty, płytki i inne. Identyfikacja faz obecnych w stopach. Obserwacja i ocena połączeń metal-ceramika.
2. Problem utleniania, czyli badania odporności korozyjnej miedzi i jej stopów wywołanej kontaktem z potem rąk ludzkich oraz z powietrzem atmosferycznym o zróżnicowanym składzie chemicznym i jej wpływ na efektywność metalu w eliminacji drobnoustrojów,
3. Zagadnienie alergennego uwalniania niklu ze stopów miedzi zawierających ten pierwiastek z uwagi na niebezpieczeństwo wywoływania uczuleń skórnych na skutek kontaktu z powierzchniami dotykowymi,
4. Obróbka mechaniczna materiałów na osnowie miedzi jako symulacja rysowania powierzchni metalu pod wpływem długoczasowej eksploatacji, głównie pod kątem jej wpływu na skuteczność przeciwbakteryjną,
5. Problem kształtowania zwilżalności powierzchni miedzianych wyrobów przeciwdrobnoustrojowych i jej roli w mikrobiologicznych testach efektywności przeciwbakteryjnej,
6. Zagadnienie stosowanych w polskich jednostkach opieki zdrowotnej środków dezynfekcyjnych i związany z nimi problem odporności korozyjnej stopów miedzi pozostających w kontakcie z różnymi substancjami czynnymi zawartymi w tych preparatach.
7. Problematyka syntezy niektórych materiałów wykorzystywanych w dziedzinach medycznych.
– Synteza nanocząstek złota oraz ich właściwości optyczne jako markerów zmian chorobowych
- Synteza i właściwości optyczne tzw. “kropek kwantowych” jako kontrastów stosowanych w diagnostyce medycznej
- Synteza nanocząstek magnetycznych (FeO.Fe2O3) zwykłych oraz typu “core-shell” jako kontrastów dla tomografii NMR
- Właściwości antyseptyczne cząstek srebra
- Badanie odporności korozyjnej biomateriałów metalizowanych w solach.

Zajęcia seminaryjne (30h):

Tematyka zajęć seminaryjnych pokrywa się z zagadnieniami znajdującymi się w programie wykładu i stanowi uzupełnienie treści. W ramach zajęć realizowane będą między innymi zagadnienia związane z doborem składu chemicznego i właściwości materiałów do zastosowań, jako biomateriały. Analiza obejmie kryteria doboru różnych rodzajów biomateriałów do konkretnych zastosowań, np. na endoprotezy stawu biodrowego, gwoździe, wkręty kostne i płytki do zastosowań w osteosyntezie, implanty dentystyczne, korony, mosty i inne. Analizowane będą również problemy związane z biotolerancją i niszczeniem implantów, a także zagadnienia związane z praktycznym wdrożeniem i eksploatacją wyrobów z powierzchniami dotykowymi wykonanymi z miedzi lub jej stopów o immanentnych właściwościach przeciwdrobnoustrojowych w miejscach użyteczności publicznej, zwłaszcza jednostkach opieki zdrowotnej.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Zajęcia seminaryjne: 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 ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie poszczególnych kolokwiów oraz
sprawozdań na ocenę pozytywną oraz obecność na zajęciach.
Warunkiem zaliczenia zajęć seminaryjnych jest przedstawienie prezentacji na zadany temat.
Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń laboratoryjnych oraz zajęć seminaryjnych.
Zgodnie z regulaminem studiów Student ma prawo do trzykrotnego przystąpienia do egzaminu w
zaplanowanych terminach, w tym jeden raz w terminie podstawowym i dwa razy w terminie
poprawkowym. Nieusprawiedliwiona nieobecność na egzaminie w danym terminie powoduje utratę tego
terminu.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

ocena końcowa = suma: (0.25 x ocena z seminarium) (0,25x ocena z laboratorium) (0.5 x ocena z egzaminu)

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Stanisław Błażewicz, Leszek Stoch: Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000 pod redakcją Macieja Nełęcza, Tom 4 Biomateriały, Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa 2003.
2. Jan Marciniak: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
3. Jan Marciniak: Gwoździe śródszpikowe w osteosyntezie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2008
4. Jan Łaskawiec, Rafał Michalik: Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
5. Jan Marciniak: Biomateriały w chirurgii kostnej, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1992.
6. Inżynieria Biomedyczna: Księga współczesnej wiedzy tajemnej pod redakcją Ryszarda Tadeusiewicza
7. Henryk Leda.: Materiały inżynierskie w zastosowaniach biomedycznych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej 2011
8. James C. Dabrowiak.: Metals In medicine, Wiley 2009
9. Monika Walkowicz, Miedź przeciwdrobnoustrojowa : materiały – powierzchnie dotykowe – aplikacje : monografia habilitacyjna, Kraków : Oficyna Wydawnicza “Impuls”, 2018. — 680 s.. —
I inne dostępne.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Maria RICHERT, Rajmund Orlicki, Beata LESZCZYŃSKA, Structure of ceramics bonds, Protetyka Stomatologiczna, 2005 R. 41 t. 55 nr 5 suppl. s. 70–71
2. Walkowicz M., Osuch P., Smyrak B., Knych T., Rudnik E., Cieniek Ł., Różańska A., Chmielarczyk A., Romaniszyn D., Bulanda M., 2018, Impact of oxidation of copper and its alloys in laboratory-simulated conditions on their antimicrobial efficiency, Corrosion Science, ISSN 0010-938X, vol. 140, s. 321-332.
3. Walkowicz M., 2018, Badania odporności na korozję przeciwdrobnoustrojowych stopów miedzi w atmosferze sztucznego potu, Rudy i Metale Nieżelazne Recykling, ISSN 0035-9696, R. 63, nr 1, s. 7-10.
4. Walkowicz M., 2018, Wpływ czasu na uwalnianie niklu z wybranych przeciwdrobnoustrojowych stopów miedzi, Rudy i Metale Nieżelazne Recykling, ISSN 0035-9696, R. 63, nr 1, s. 11-14.
5. Walkowicz M., 2018, Wpływ czasu ekspozycji przeciwdrobnoustrojowych stopów miedzi w roztworze syntetycznego potu na odporność korozyjną, Rudy i Metale Nieżelazne Recykling, ISSN 0035-9696, R. 63, nr 3, s. 10-14.
6. Walkowicz M., Osuch P., Knych T., Mamala A., Smyrak B., Bocheńska S., 2016, Analysis of the antimicrobial copper alloys registered by the Environmental Protection Agency, Key Engineering Materials, ISSN 1013-9826, vol. 682, s. 46-52.
7. Walkowicz M., Osuch P., Bocheńska S., Smyrak B., Mamala A., Knych T., 2015, Badania uwalniania niklu ze stopów miedzi przeznaczonych na wyroby przeciwdrobnoustrojowe, Rudy i Metale Nieżelazne Recykling, ISSN 0035-9696, R. 60, nr 11, s. 570-576.
8. Walkowicz M., Osuch P., Rudnik E., Smyrak B., Mamala A., Knych T., 2015, Badania warstw tlenkowych na powierzchni miedzi metodą redukcji katodowej pod kątem antybakteryjnych powierzchni dotykowych, Rudy i Metale Nieżelazne Recykling, ISSN 0035-9696, R. 60, nr 12, s. 809-813.
9. Walkowicz M., Smyrak B., Knych T., Mamala A., Osuch P., Ramczykowski M., 2014, Problematyka właściwości materiałowych i technologicznych przeciwdrobnoustrojowych stopów miedzi, Rudy i Metale Nieżelazne Recykling, ISSN 0035-9696, R. 59, nr 4, s. 182-191.
10. Walkowicz M., Miedź przeciwdrobnoustrojowa. Materiały – Powierzchnie dotykowe – Aplikacje, Wydawnictwo Impuls, Kraków 2018.
11. M. Luty-Błocho, K. Pacławski, W. Jaworski, B. Streszewski, K. Fitzner: Kinetic studies of gold nanoparticles formation in the batch and in the flow microreactor system. Progress in Colloid and Polymer Science, 138 (2011) 39-43.
12. K. Pacławski, B. Streszewski, W. Jaworski, M. Luty-Błocho, K. Fitzner: Gold nanoparticles formation via gold(III) ions reduction with glucose in the batch and in the flow microreactor systems, Colloid Surface A-Physicochemical and Engineering Aspects, 413 (2012) 208–215.
13. M. Luty-Błocho, K. Pacławski, M. Wojnicki, K. Fitzner: The kinetics of redox reaction of gold(III) chloride complex ions with L-ascorbic acid. Inorganica Chimica Acta, 395 (2013) 189-196.
14. M. Luty-Błocho, M. Wojnicki, K. Pacławski, K. Fitzner, The synthesis of platinum nanoparticles and their deposition on the active carbon fibres in one microreactor cycle. Chemical Engineering Journal, 226 (2013) 46-51.
15. W. Jaworski, B. Streszewski, K. Szaciłowski, K. Pacławski: The Deposition of Gold Nanoparticles Onto Activated Carbon, Archives of Metallurgy and Materials, 59 (2014), 899-803.
16. K. Pacławski, K. Fitzner: Kinetics of Reduction of Gold (III) Chloride Complexes Using H2O2. Metallurgical and Materials Transactions B, 37B (2006) 703-714.

Informacje dodatkowe:

Brak