Biomateriály a jejich charakterizace

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Předmět představuje studentům problematiku biomateriálů, které mohou být využívány jak pro výrobu nebo modifikaci implantátů, tak v moderních analytických a diagnostických metodách v nanomedicíně. Studenti se naučí i soudobé teoretické, experimentální a klinické poznatky o funkcích, tvarech, strukturách a vlastnostech umělých náhrad. Část přednášek a cvičení se věnuje jejich základním charakteristikám biomateriálů – měření mechanických, tribologických a dalších vlastností.

Požadavky:

Požadavky zápočtu:

•Účast na laboratorních a naměření všech laboratorních úloh.

•Úspěšné zvládnutí a odevzdání protokolů ze všech úloh.

•Vypracování semestrální práce.

Požadavky zkouška:

•Zapsaný zápočet v systému KOS.

•Zkouška se skládá z teoretických a praktických otázek pokrývající probranou látku.

•Zkouška je písemná a je doplněna ústní dozkoušením.

•Zkouška je hodnocena dohromady 100 body.

•Výsledné známkování je standardní podle dosažených bodů A–F.

•Důraz je kladen na porozumění dané problematice a souvislosti.

Požadavky na studenta: Znalost biomateriálů a možností, jak je připravit a charakterizovat.

Osnova přednášek:

1.Vymezení základní oblasti výzkumu materiálů a biokompatibility. Historie biomateriálů, definice biomateriálů, rozdělení materiálů, definice biokompatibility, definice biologických

materiálů. Pevné látky – vlastnosti atomů, chemické vazby, skupenství, amorfní a krystalické látky.

2.Specifika týkající se nanomateriálů a posuzování biokompatibility nanomateriálů. Základní metody pro přípravu nanomateriálů – nanokompozitů, nanoprášků, nanovrstev,

nanovláken a nanokrystalických materiálů.

3.Klasifikace materiálů aplikovaných v lékařství (polymery, silikon, hydrogely, biotextilie, „chytré polymery“, bio vstřebatelné materiály, přírodní materiály, kovy, keramika, pyrolytický

uhlík, kompozity, „no-fouling“ materiály, texturované a porézní materiály).

4.Kompozitní materiály, polymerní materiály. Kovy – titan, oxid zirkonu, slitiny, …

5.Uhlíkové materiály (DLC, diamantové materiály, grafén, …).

6.Hydroxyapatit, keramické materiály, biokeramika.

7.Biodegradabilní polymerní biomateriály, degradace biomateriálů v biologickém prostředí. Materiály s tvarovou pamětí –NITINOL, …

8.Metody pro stanovení mechanických, tribologických a povrchových vlastností (mikrotvrdost, adheze, opotřebení, koeficient tření, smáčivost, zeta potenciál, koroze).

9.Analýza vrstev pomocí XRD (Bragg Brentanno, rocking curve,..), FTIR, Raman, NMR. Morfologie-SEM, AFM, STM, TEM, SNOM. Analýza vrstev – složení XPS, ESCA, AES, WDX,

PIXE RBS, SIMS.

10.Optické metody pro charakterizaci vrstev (elipsometrie, transmise, optická propustnost a odrazivost, šířka zakázaného pásu, index lomu, mikroskopy, luminiscence).

Osnova cvičení:

1.Testování biokompatibility.

2.Testování antibakteriálních vlastností materiálů.

3.Měření korozních parametrů materiálů.

4.Měření frikčních vlastností implantátů.

5.Měření opotřebení implantátů.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

•STARÝ, Vladimír a František DENK. Biomateriály a biotolerance. V Praze: České vysoké učení technické, 2020. ISBN 978-80-01-06741-3.

•VOJTOVÁ, L.; WOLFOVÁ, L.; JUREČKOVÁ, L.; KOHUTOVÁ, L. Úvod do tkáňového inženýrství. Česká Republika: MediaBros s.r.o., 2015. ISBN: 978-80-260-9720- 4.

•JELÍNEK, M. a kol. Hybrid laser systems for thin layers. Jemná mechanika a optika. 2015, 3:91-95. ISSN 0447-6441.

Doporučená literatura:

•ZÍTKA, Ondřej, ed. Moderní nanotechnologie na počátku 21. století: kolekce učebních textů projektu OPVK NANOTEAM. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2013. ISBN 978-80-

214-4802-5.

•MIGONNEY, Véronique. Biomaterials. Hoboken: Wiley, 2014. Bioengineering and health science series. ISBN 9781848215856.

•ALARCON, E.I., AHUMADA M. (eds.) Nanoengineering Materials for Biomedical Uses. Springer International Publishing, Ed. 1t. 2019. ISBN 978-3-030-31260-2

•AYATOLLAHI, M. R., RAHMANDOUST, M. Nanomaterials for Advanced Biological Applications. Imprint: Springer International Publishing, 2019. Advanced Structured Materials,

104. ISBN 978-3-030-10833-5.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní program Biomedicínské laboratorní metody (povinně volitelný předmět)