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Biomaterialien in der Nanotechnologie (NT-M6/M7-BioMat)15 ECTS (englische Bezeichnung: Biomaterials-NT)
Modulverantwortliche/r: Aldo R. Boccaccini Lehrende:
Aldo R. Boccaccini
Start semester: |
WS 2017/2018 | Duration: |
2 semester | Cycle: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
150 Std. | Eigenstudium: |
300 Std. | Language: |
Deutsch und Englisch |
Lectures:
Aus der Veranstaltungsgruppe "Polymerwerkstoffe/Metallische Werkstoffe/Keramische Werkstoffe in der Medizin (Wahl1)" sind 2 Veranstaltungen im Umfang von 6 ECTS zu wählen.
Aus der Veranstaltungsgruppe "Werkstoffe und Verfahren der medizinschen Diagnostik/Werkstoffe der Elektronik in der Medizin (Wahl2)" ist eine Veranstaltung im Umfang von 3 ECTS zu wählen.
Aus der Veranstaltungsgruppe "Biomechanik: Mechanische Eigenschaften .../Werkstoffoberflächen ... (Wahl3)" ist eine Veranstaltung im Umfang von 3 ECTS zu wählen.
In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.
- NT-M6/M7-BioMat-Pflicht
- NT-M6/M7-BioMat-Wahl1
Aus der Veranstaltungsgruppe "Polymerwerkstoffe/Metallische Werkstoffe/Keramische Werkstoffe in der Medizin (Wahl1)" sind 2 Veranstaltungen im Umfang von 6 ECTS zu wählen.
In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.
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Keramische Werkstoffe in der Medizin (WS 2017/2018 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Stephan E. Wolf, Tue, 8:15 - 9:45, H14)
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Polymerwerkstoffe in der Medizin (WS 2017/2018 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Joachim Kaschta, Mon, 12:15 - 13:45, 1.84)
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Metallische Werkstoffe in der Medizin (WS 2017/2018 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Stefan M. Rosiwal, Fri, 12:15 - 13:45, 0.68)
- NT-M6/M7-BioMat-Wahl2
Aus der Veranstaltungsgruppe "Werkstoffe und Verfahren der medizinschen Diagnostik/Werkstoffe der Elektronik in der Medizin (Wahl2)" ist eine Veranstaltung im Umfang von 3 ECTS zu wählen.
In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.
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Werkstoffe und Verfahren der medizinischen Diagnostik I (WS 2017/2018 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Michael Thoms, Thu, 12:15 - 13:45, H14)
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Werkstoffe der Elektronik in der Medizin (SS 2018 - optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Miroslaw Batentschuk et al., Mon, 12:15 - 13:45, 3.71; starting 16.4.2018)
- NT-M6/7-BioMat-Wahl3
Aus der Veranstaltungsgruppe "Biomechanik: Mechanische Eigenschaften .../Werkstoffoberflächen ... (Wahl3)" ist eine Veranstaltung im Umfang von 3 ECTS zu wählen.
In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.
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Inhalt:
Keramische Werkstoffe in der Medizin:
Die Vorlesung gibt eine grundlegende Einführung über moderne Materialien in der medizinischen Anwendung.
Deren spezifische Anforderungen an Gewebeverträglichkeit, mechanische Eigenschaften und Methoden der Verarbeitung werden untersucht.
Weiter werden die Besonderheiten biologischer Materialien wie hierarchischer und regenerierfähiger Aufbau als solche diskutiert sowie deren Anwendung für technische Zwecke beschrieben.
Metallische Werkstoffe in der Medizin:
Die Vorlesung behandelt die wichtigsten in der Medizintechnik eingesetzten Metalle.
Ausgehend von der metallischen Bindung werden zuerst die für die Anwendung im menschlichen Körper wichtigsten Metalleigenschaften behandelt.
Darauf folgt ein kurzer Exkurs zu Aufbau und Funktion der natürlich im Menschen gebildeten "Verbundwerkstoffe", der die Problematik des Ersatzes von lebendigen durch "tote" Materialien erläutert.
Nach der Diskussion der Anforderungen an Biomaterialien und der Definition der Biokompatibilität werden die wichtigsten metallischen Werkstoffgruppen für die Medizintechnik (Stahl/Titan/Cobalt-Chrom) und in ihren speziellen Anwendungen im Körper vorgestellt.
Polymerwerkstoffe in der Medizin:
Wissensvermittlung zu Grundlagen, Technologie, Charakterisierung und Anwendungen von Polymerwerkstoffen, Polymerblends und –composites.
Herstellung und Eigenschaftsprofil von dünnen Polymerfilmen, Fasern und Nanofasern
Einfluss der Größenskala auf Eigenschaften
Wissensvermittlung zu den Vorgängen an Grenzflächen in polymeren Werkstoffsystemen, Kompatibilität verschiedener Polymere
Werkstoffe und Verfahren der medizinischen Diagnostik I:
Leuchtstoffe, Verstärkerfolien, Film/Foliensysteme, Röntgenbildverstärker, CCDs, CCD-basierte Röntgendetektoren, Computertomographie (CT), a-Si Detektoren, optische Diagnostik, Fluoreszenzdiagnostik, Kernspintomographie, Charakterisierung und Optimierung von bildgebenden Systemen, Modulationsübertragungsfunktion, detektive Quanteneffizienz
Werkstoffe der Elektronik in der Medizin:
Meilensteine der Elektronik in der Medizin, Vorteile der digitalen Röntgenographie, Prinzip vom bildgebenden Verfahren der digitalen Radiographie, Speicherleuchtstoffbildplatten, Speicherplatz im Kristallgitter von BaFBr:Eu und CsBr:Eu für die durch Röntgenbestrahlung entstehende Elektronen, Arbeitsprinzip der Computertomographie, Physikalische Grundlagen der Positronenemissionstomographie (PET), Annihilationsdetektion, Szintillatorkristalle, Leuchtstoffröhren in medizinischen Arbeitsbereich, Werkstoffe für die Herstellung weißer LEDs, Ultraschallsender bzw. Detektoren
Biomechanik:
Vorlesungseinheiten:
Zellen, Proteine, Gewebe: Aufbau, Funktion, mechanische Eigenschaften
Muskulatur: Aufbau, Filamentgleittheorie, aktives und passives Gewebeverhalten, Hill-Modell
Blutkreislauf: Gefäße, Strömungslehre, Model nach Krämer, Blutrheologie, Erythrozyten
Biomechanics toolbox: Mechanische Eigenschaften einzelner Zellen, Nanoindentierung
Knorpel: Struktur und Aufbau, Synovialflüssigkeit, Zug und Druckverhalten, Durchströmungsverhalten
Knochen: Struktur, Wolff'sches Gesetz, Mechanostat
Phasendiagramm, mechanische Eigenschaften (Elastizität, Schädigung), Größeneffekte
Werkstoffoberflächen in der Medizin:
Bedeutung der Oberflächeneigenschaften für die Nutzung und Einsetzbarkeit von Biowerkstoffen
Einfluss der Oberflächenchemie und -topographie von Biomaterialien auf die Zelladhäsion
Erzeugung verschiedener Oberflächenstrukturen und Beschichtungen auf Implantaten und deren Auswirkungen auf die Integration in den menschlichen Körper
Lernziele und Kompetenzen:
Keramische Werkstoffe in der Medizin:
Vermittlung vertiefter wissenschaftlicher und praktischer Kenntnisse auf dem Gebiet der mechanischen Eigenschaften von Gläsern und Keramiken für Einsätze in der Medizintechnik
Die Studierenden können das mechanische Verhalten nichtmetallisch-anorganischer Werkstoffe in verschiedenen Anwendungen bewerten und erläutern.
Metallische Werkstoffe in der Medizin:
Die Studierenden
verstehen den Zusammenhang von Werkstoffeigenschaften und Biokompatibilität bzw. Biofunktionalität.
können die Einsatzmöglichkeiten unterschiedlicher Metalllegierungen im menschlichen Körper beurteilen.
verstehen das Werkstoffversagen bei Implantatausfall.
entwickeln Verständnis für die notwendigen Testungen an neuentwickelten Funktionsmaterialien für den Einsatz im menschlichen Körper.
Polymerwerkstoffe in der Medizin:
Die Studierenden
erhalten einen tiefgehenden Einblick in die Thematik „Polymere Werkstoffe“.
erwerben ein wichtiges Grundlagenverständnis (Struktur- Eigenschaftsbeziehungen auf allen Größenskalen).
sind in der Lage, Modifizierungsstrategien für Polymerwerkstoffe in Bezug auf Optimierung von Eigenschaften zu erarbeiten und durchzuführen.
haben ein Verständnis für industrierelevante Arbeitsmethoden gewonnen.
kennen wesentliche Anwendungen und Entwicklungsfelder.
Werkstoffe und Verfahren der medizinischen Diagnostik:
Die Studierenden
erwerben Grundkenntnisse der funktionalen Eigenschaften von Werkstoffen für Diagnostikgeräte.
beschreiben und bewerten die Eigenschaften von Diagnostikgeräten mittels Kenngrößen.
kennen den Systemaufbau moderner Diagnostikgeräte.
bewerten den Systemaufbau und folgern Optimierungsstrategien moderner Diagnostikgeräte.
Werkstoffe der Elektronik in der Medizin:
Die Studierenden
kennen und verstehen grundlegende Eigenschaften der Werkstoffe zur Herstellung von Detektoren ionisierender Strahlung.
erwerben Fachkenntnisse zu den Herstellungsverfahren und weiterer Entwicklung von Röntgen- und Gammastrahlung- Detektoren.
kennen den Systemaufbau moderner Diagnostikgeräte.
bewerten Anforderungen an die Arbeitsparameter der Detektoren.
kennen und verstehen grundlegende Eigenschaften der Materialien zur Herstellung von modernen Nanomarkern in der Biologie und in der Medizin.
erwerben Fachkenntnisse zur Bewertung und weiteren Entwicklung von Beleuchtungsquellen in der Medizin.
verstehen Zusammenhänge bei der Wechselwirkung der ionisierenden Strahlung mit anorganischen Materialien und bewerten das Anwendungspotential von Detektoren.
kennen und verstehen grundlegende Prinzipien des Baus der Therapie-Geräte mit ionisierender Strahlung.
Biomechanik:
Die Studierenden
können über das Verformungsverhalten von biologischen Materialien ausgehend von ihrem Aufbau diskutieren und dabei die Besonderheiten der biologischen Materialien aufzeigen.
können anhand von empirisch abgeleiteten Gesetzen konstitutive Gleichungen zur Beschreibung der mechanischen Eigenschaften aufstellen.
erhalten dabei einen einfachen Überblick über die für die mechanischen Eigenschaften wesentlichen Zell-Bestandteile und können ausgehend von der Belastungssituation im Körper das Verformungsverhalten von passivem und aktivem Gewebe verstehen.
Werkstoffoberflächen in der Medizin:
Die Studierenden
verstehen die Bedeutung der Oberflächeneigenschaften für die Nutzung und Einsetzbarkeit von Biowerkstoffen.
entwickeln Verständnis über den Einfluss der Oberflächenchemie und -topographie von Biomaterialien auf die Zelladhäsion.
Literatur:
Vergleiche bei den einzelnen Veranstaltungen.
Bemerkung:
Vergleiche bei den einzelnen Veranstaltungen.
Organisatorisches:
Vergleiche bei den einzelnen Veranstaltungen.
Studien-/Prüfungsleistungen:
Modulprüfung "Biomaterialien in der Nanotechnologie" (NT-M6/M7-BioMat) (Prüfungsnummer: 947062)
- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
Nur die verpflichtenden und die belegten optionalen Lehrveranstaltungen sind Gegenstand der Prüfung. Zur mündlichen Prüfung soll eine Liste der belegten optionalen Veranstaltungen vorgelegt werden. Details siehe Modulhandbuch.
- Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019
1. Prüfer: | Aldo R. Boccaccini |
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