Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Materiały bioaktywne w medycynie - projektowanie i zastosowanie
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
NMTN-1-611-s
Wydział:
Metali Nieżelaznych
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Materiały i Technologie Metali Nieżelaznych
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Pacławski Krzysztof (paclaw@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

1. Wprowadzenie do przedmiotu. 2. Podstawowe grupy materiałów bioaktywnych stosowanych w medycynie (metale, ceramiki, polimery, kompozyty, włókna węglowe, nanocząstki). 3. Zastosowanie biomateriałów (ortopedia, terapia nowotworowa, chirurgia urazowa, ch. plastyczna, farmakologia, stomatologia, diagnostyka medyczna). 4. Ogólne zasady projektowania i wytwarzania biomateriałów. 5. Kryteria i sposoby oceny przydatności biomateriałów do celów medycznych. 6. Trendy w badaniach nad biomateriałami.

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 Zna podstawowe grupy biomateriałów stosowanych w medycynie i rozumie ograniczenia w ich stosowaniu. MTN1A_W03, MTN1A_W02 Egzamin
M_W002 Zna metody badawcze do oceny podstawowych właściwości fizykochemicznych oraz biologicznych grup biomateriałów. MTN1A_W04, MTN1A_W05 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Zna i rozumie kryteria, normy oraz zasady projektowania grup materiałów bioaktywnych dla zastosowań medycznych. MTN1A_W03, MTN1A_W05, MTN1A_W02 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi dokonać wyboru materiału o odpowiednich właściwościach fizykochemicznych i biologicznych do zastosowania jako biomateriał o zdefiniowanym przeznaczeniu (lub jego komponent), stosując obowiązujące kryteria i normy MTN1A_U02, MTN1A_U01, MTN1A_U06 Projekt
M_U002 Potrafi zaproponować sposób wytworzenia biomateriału, dobierając właściwe komponenty danego materiału. MTN1A_U01, MTN1A_U06 Projekt
M_U003 Potrafi wybrać odpowiedni rodzaj badań fizykochemicznych i biologicznych oraz zorganizować pracę laboratoryjną zespołu w celu oceny przydatności danego biomateriału MTN1A_U02, MTN1A_U01, MTN1A_U03, MTN1A_U06 Projekt
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Jest gotowy do wykonania testów laboratoryjnych przydatności biomateriałów, wg obowiązujących standardów i norm MTN1A_K01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 Jest świadomy ciągłego postępu i rozwoju w dziedzinie inżynierii biomateriałów i w związku z tym rozumie potrzebę ciągłego dokształcania, wymiany informacji i pracy zespołowej MTN1A_K01, MTN1A_K02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
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
75 30 0 30 15 0 0 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 Zna podstawowe grupy biomateriałów stosowanych w medycynie i rozumie ograniczenia w ich stosowaniu. + - - + - - - - - - -
M_W002 Zna metody badawcze do oceny podstawowych właściwości fizykochemicznych oraz biologicznych grup biomateriałów. + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie kryteria, normy oraz zasady projektowania grup materiałów bioaktywnych dla zastosowań medycznych. + - - + - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi dokonać wyboru materiału o odpowiednich właściwościach fizykochemicznych i biologicznych do zastosowania jako biomateriał o zdefiniowanym przeznaczeniu (lub jego komponent), stosując obowiązujące kryteria i normy + - + + - - - - - - -
M_U002 Potrafi zaproponować sposób wytworzenia biomateriału, dobierając właściwe komponenty danego materiału. + - - + - - - - - - -
M_U003 Potrafi wybrać odpowiedni rodzaj badań fizykochemicznych i biologicznych oraz zorganizować pracę laboratoryjną zespołu w celu oceny przydatności danego biomateriału - - + + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Jest gotowy do wykonania testów laboratoryjnych przydatności biomateriałów, wg obowiązujących standardów i norm - - + - - - - - - - -
M_K002 Jest świadomy ciągłego postępu i rozwoju w dziedzinie inżynierii biomateriałów i w związku z tym rozumie potrzebę ciągłego dokształcania, wymiany informacji i pracy zespołowej - - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 129 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 75 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 12 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):
Biomateriały w medycynie – omawiane zagadnienia

W trakcie wykładów omówione zostaną podstawowe grupy materiałów, m.in. metale, stopy metali, tlenki metali, szkła (konwencjonalne i mezoporowate) i ceramiki, nanocząstki metali, materiały hybrydowe, materiały kompozytowe, polimery, hydrożele, które są stosowane jako materiały bioaktywne lub implanty w różnych dziedzinach medycyny. Przedstawiony zostanie także obecny stan wiedzy nad wykorzystaniem tych materiałów w ortopedii, terapii nowotworowej, chirurgii urazowej, chirurgii plastycznej, farmakologii, stomatologii i diagnostyce medycznej, z uwzględnieniem danych literaturowych dotyczących obecnych trendów oraz prowadzonych badań naukowych na świecie. W ramach zajęć omówione zostaną również podstawowe zasady projektowania i wytwarzania omawianych materiałów oraz kryteria i metody oceny ich przydatności (metody mechaniczne, chemiczne i biologiczne) do celów medycznych.

Ćwiczenia laboratoryjne (30h):
Biomateriały w medycynie – ćwiczenia laboratoryjne

W ramach ćwiczeń laboratoryjnych student zapoznaje się z problematyką syntezy niektórych grup materiałów bioaktywnych oraz właściwościami tych materiałów wykorzystywanymi w medycynie lub profilaktyce medycznej. Przewidywane są następujące tematy ćwiczeniowe:
1. Metale – synteza nanocząstek złota oraz właściwości optyczne nanocząstek złota jako markerów zmian chorobowych
2. Kropki kwantowe – synteza i właściwości optyczne nanocząstek półprzewodnikowych (CdSe) jako kontrastów stosowanych w medycynie
3. Hydrożele – synteza hydrożeli jako kapsuł molekularnych
4. Polimery – reakcja polimeryzacji, analiza jakościowa metodami klasycznymi i instrumentalnymi (FTIR)
5. Metalizowanie powierzchni metalowych jako przykład funkcjonalizacji narzędzi chirurgicznych
6. Cząstki magnetyczne – synteza nanocząstek magnetycznych (FeO.Fe2O3) zwykłych oraz typu “core-shell” jako kontrastów dla tomografii NMR
7. Tlenki metali – synteza cząstek ZnO i testowanie ich właściwości ochronnych przez blokowanie promieniowania UV
8. Szkła – synteza metodą zol-żel krzemionki jako nośnika leku
9. Wyznaczanie właściwości antyseptycznych cząstek srebra
10. Badanie odporności korozyjnej biomateriałów metalizowanych w solach fizjologicznych

Ćwiczenia projektowe (15h):
Biomateriały w medycynie – ćwiczenia projektowe

W ramach zajęć, studenci w zespołach 2-osobowych opracowują projekt na zaproponowany przez prowadzącego i zaakceptowany przez zespół temat. Temat obejmuje problematykę projektowania i opracowywania procedury wytwarzania biomateriału z wybranej grupy materiałów. Student formułuje temat i założenia do projektu. Następnie, na podstawie przeglądu literatury opracowuje aktualny stan zagadnienia. W kolejnych etapach pracy dokonuje wyboru materiałów lub ich komponentów posiadających odpowiednie dla celu projektu właściwości fizykochemiczne i biologiczne, uzasadnia swój wybór, proponuje procedurę i metodę produkcji biomateriału oraz metodykę oceny jego przydatności do założonego przeznaczenia. Podsumowaniem pracy jest dyskusja zawierająca krytyczną ocenę zaproponowanego rozwiązania oraz wnioski. Praca jest wykonywana wg ustalonego wspólnie z grupą schematu i kończy się przedłożeniem do oceny wydrukowanej wersji projektu. Na kolejnych zajęciach projektowych, konsultowane są i przedstawiane postępy w realizacji projektu przez poszczególne zespoły.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji ustnej wspomaganej prezentacją multimedialną oraz klasycznym wykładem tablicowym
  • Ćwiczenia laboratoryjne: Praca własna studenta na zajęciach laboratoryjnych i komputerowych polegająca na samodzielnym wykonaniu eksperymentów, analizie otrzymanych danych w pracowni komputerowej oraz sporządzeniu sprawozdania.
  • Ćwiczenia projektowe: Praca własna studenta nad indywidualnym projektem (temat projektu zostanie podany przez prowadzącego) konsultowana z prowadzącym zajęcia.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

WYKŁAD:
1. Obecność 50 % w semestrze
2. Uzyskanie pozytywnej oceny z egzaminu (student może przystąpić do egzaminu pod warunkiem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń laboratoryjnych i projektowych z przedmiotu)
3. Studenci, którzy spełnili warunek obecności na wykładach (p. 1) mają możliwość napisania lub poprawy egzaminu w dwóch dodatkowych terminach ustalonych zgodnie z regulaminem studiów w AGH.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:
1. Obecność 100% w semestrze.
2. Oddanie indywidualnych sprawozdań z wykonanych prac laboratoryjnych, wg poleceń zawartych w instrukcjach do tych ćwiczeń oraz wskazówek prowadzącego.
3. Uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium końcowego (pytania dotyczą tematyki wykonanych ćwiczeń)
4. Studenci, którzy spełnili warunek obecności na ćwiczeniach (p. 1) i oddali w terminie wszystkie sprawozdania (p. 2) mają możliwość poprawy odpowiedzi ustnej w dwóch dodatkowych terminach, jednak nie później niż przed zakończeniem zajęć dydaktycznych w semestrze. Termin odpowiedzi jest ustalany z prowadzącym.

ĆWICZENIA PROJEKTOWE:
1. Obecność 80% w semestrze
2. Ocena wykonanego projektu

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 1. Aktualny wpis na 6 semestr I stopnia studiów na Kierunku: Materiały i Technologie Metali Nieżelaznych (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH) 2. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 1. Aktualny wpis na 6 semestr I stopnia studiów na Kierunku: Materiały i Technologie Metali Nieżelaznych (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH) 2. Znajomość treści instrukcji do ćwiczeń oraz sposobu ich wykonania - weryfikowane przed zajęciami przez prowadzącego.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Aktualny wpis na 6 semestr I stopnia studiów na Kierunku: Materiały i Technologie Metali Nieżelaznych (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH)
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK) = ocena z ćwiczeń laboratoryjnych (OL) x 0.3 + ocena z projektu (OP) x 0.3 + ocena z egzaminu (OE) x 0.4
OK = 0.3xOL + 0.3xOZ + 0.4x(OE)

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

WYKŁAD:
Posiadanie notatek z zaległych wykładów oraz zapoznanie się z ich treścią. Przyswojenie zaległych wiadomości weryfikowane jest na egzaminie.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:
Dopuszczalna jest jedna nieobecność studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych, która może zostać usprawiedliwiona, po odrobieniu przez niego zaległego ćwiczenia na zajęciach dodatkowych, przewidywanych po zakończeniu planowych ćwiczeń laboratoryjnych. Zajęcia te odbędą się pod koniec trwającego semestru (o dacie zajęć poinformuje prowadzący).

ĆWICZENIA PROJEKTOWE:
Uzupełnienie w wyniku nieobecności brakujących etapów w projekcie i przedstawienie zaległości prowadzącemu na najbliższych zajęciach projektowych.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Udział w wykładach i laboratoriach jest możliwy dla studentów, którzy posiadają aktualny wpis na 1 semestr II stopnia studiów na Kierunku: Recykling i Metalurgia (Wydział Metali Nieżelaznych, AGH).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons: “Biomaterials science: an introduction to materials in medicine”, Academic Press, San Diego 1996
2. D. Shi: “Introduction to Biomaterials”, Tsinghua University Press, 2006
3. J. Park, R.S. Lakes: “Biomaterials. An introduction”, Springer, 2009
4. S. Błażewicz, J. Marciniak: „Biomateriały”. Tom 4. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2003
5. B. Świeczko-Żurek: „Biomateriały”, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2009

6. J. Marciniak : „Biomateriały”. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej

7. M. Błażewicz. Węgiel jako biomateriał: badania nad biozgodnością włókien węglowych. Skrypt uczelniany. Polski Biuletyn Ceramiczny. Ceramika 63. Kraków 2001
5. Z. Jegerman, A. Ślósarczyk: „Gęsta i porowata bioceramika korundowa w zastosowaniach medycznych”, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2007.

8. A. Ślósarczyk: „Bioceramika hydroksyapatytowa”, Polski Biuletyn Ceramiczny, nr 13. Kraków: Polskie Towarzystwo Ceramiczne 1997

9. T. Drewa: „Wybrane zagadnienia z medycyny regeneracyjnej i inżynierii tkankowej”, Wyd. CM, UMK, Bydgoszcz 2007

10. J. Łaskawiec, R. Michalik: „Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. 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
2. 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.
3. K. Pacławski, M. Luty-Błocho, B. Streszewski, M. Wojnicki, W. Jaworski, K. Fitzner, Określenie warunków otrzymywania nanocząstek metali szlachetnych (Au, Pt i Pd) w układach mikroreaktorów. W Monografia: „Zaawansowane materiały i technologie ich wytwarzania”, str. 13-26, Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice, 2014.
4. 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

Informacje dodatkowe:

Sprawy i zagadnienia związane z uczestnictwem w zajęciach lub opracowaniem pracy kontrolnej, można konsultować również poza godzinami konsultacji, po wcześniejszym uzgodnieniu z prowadzącym (ustnie lub przez e-mail).