Basics of Biomaterials (MWT-M1-BioMat-Bas)10 ECTS
(englische Bezeichnung: Basics in Biomaterials)
(Prüfungsordnungsmodul: Basics of Biomaterials)

Lehrveranstaltungen:

• • Biomaterialien (Implantatwerkstoffe) (WS 2022/2023)
    (Vorlesung, 2 SWS, Aldo R. Boccaccini et al., Fr, 10:15 - 11:45, SemR-USS)
  • Übungen zu Biomaterialien (Implantatwerkstoffe) (WS 2022/2023)
    (Übung, 2 SWS, Aldo R. Boccaccini et al., Zeit n.V., SemR-USS; Zeit n.V.; Details werden in der Vorlesung bekanntgegeben.)
  • Zell-Werkstoff-Wechselwirkungen (SS 2023)
    (Vorlesung, 2 SWS, Rainer Detsch, Mo, 14:15 - 15:45, SemR-USS)
• Praktikum "Basic of Biomaterials" (MWT-M1-BioMat-Bas)
  • Praktikum I "Basics of Biomaterials" (Herstellung biomimetischer Schichten) (WS 2022/2023)
    (Praktikum, Gerhard Frank et al., Zeit und Raum n.V.)
  • Praktikum II "Basics of Biomaterials" (Zell-Toxizität) (SS 2023)
    (Praktikum, Gerhard Frank et al., ZOOM-link zur Vorbesprechung auf StudOn für angemeldete Teilnehmer)

Inhalt:

Biomaterialien (Implantatwerkstoffe) und Übungen zu Biomaterialien (Implantatwerkstoffe)

• Definition Implantate

• Geschichte der Biomaterialien

• Beispiele für Implantate im menschlichen Körper z.B. Gelenkersatz, abbaubare Implantate, intraokulare Linsen etc.

• Implantat-Beschichtungen

• Testen von Biomaterialien
  

Zell-Werkstoff-Wechselwirkung

• Bedeutung der Oberfläche bei Biomaterialien

• Grenzfläche Biomaterial/Zelle

• Einfluss der Oberflächenchemie auf das Zellverhalten

• Einfluss der Oberflächentopographie auf das Zellverhalten

• Proteinadsorption auf Biomaterialoberflächen

• Funktionalisierung von Biomaterialoberflächen/bioaktive Oberflächen

Praktikum "Basic of Biomaterials"

• Versuch 1 - Herstellung biomimetischer Schichten: Beschichtung von metallischen Substraten zur Erhöhung der Osteokonduktivität, Knocheneinheilungsprozesse an der Implantatoberfläche

• Versuch 2 - Zell-Toxizität: Einfluss unterschiedlicher Biomaterial-Eluate auf das zelluläre Wachstum

Content:
Biomaterials (Implant materials) and Tutorial on Biomaterials (Implant materials)

• Definition of implant

• History of biomaterials

• Examples of implants in the human body, e.g. joint replacement, resorbable implants, intraocular lenses etc.

• Implant coatings

• Testing of biomaterials
  

Cell-material-interaction

• Importance of the surface in biomaterials

• Interface biomaterial/cell

• Influence of surface chemistry on cell behaviour

• Influence of surface topography on cell behaviour

• Protein adsorption on biomaterial surfaces

• Functionalisation of biomaterial surfaces/bioactive surfaces
  

Practical "Basics of Biomaterials"

• Experiment 1 – Fabrication of biomimetic coatings: Coating of metallic substrates to improve osteoconductivity, bone healing processes on the implant surface.

• Experiment 2 – Cell toxicity: influence of different biomaterial eluates on cellular proliferation

Lernziele und Kompetenzen:

Biomaterialien (Implantatwerkstoffe) und Übungen zu Biomaterialien (Implantatwerkstoffe)
Die Studierenden

• verstehen den Zusammenhang zwischen Eigenschaften eines Biomaterials und dessen Verhalten im menschlichen Körper

• können den Erfolg von Biomaterialien im Körper anhand ihrer Eigenschaften beurteilen

Zell-Werkstoff-Wechselwirkung
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.

Praktikum "Basic of Biomaterials"

• Versuch 1 - Herstellung biomimetischer Schichten: Die Studierenden verstehen die Bedeutung von Beschichtungen zur Verbesserung von Implantatoberflächen. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie man Oberflächeneigenschaften gezielt einstellen kann.

• Versuch 2 - Zell-Toxizität: Die Studierenden verstehen die Bedeutung von In-vitro Zytotoxizitätsuntersuchungen und lernen Techniken zur Erfassung des Einflusses unterschiedlicher Materialklassen auf Zellproliferation und Zellmorphologie kennen und zu beurteilen.

Educational goals and competences:
Biomaterials (Implant materials) and Tutorial on Biomaterials (Implant materials)
The students

• should understand the connection between properties of a biomaterial and its behaviour in the human body.

• can evaluate the success of a biomaterial in the body by means of the material properties.
  

Cell-material-interaction
The students

• understand the importance of surface properties for the application and the usability of biomaterials.

• develop an understanding of the influence of surface chemistry and – topography of biomaterials on cell adhesion.
  

Practical "Basics of Biomaterials"

• Experiment 1 – Fabrication of biomimetic coatings: The students understand the importance of coatings to improve the surface properties of implants. Different possibility are shown how the surface properties can be tailored to a given application.

• Experiment 2 - Cell-toxicity: The students understand the significance of in-vitro cell toxicity investigations and get to know and evaluate the techniques to determine the influence of different material classes on cell proliferation and cell morphology

Literatur:

Biomaterialien (Implantatwerkstoffe) und Übungen zu Biomaterialien (Implantatwerkstoffe)/Biomaterials (Implant materials) and Tutorial on Biomaterials (Implant materials)

• B.Ratner et al "Biomaterials science. An introduction to materials in medicine" Elsevier

• E. Wintermantel, S.-W. Ha "Medizintechnik und Life Science Engineering" Springer Verlag

• M. Tanzi et al. "Foundations of Biomateral's Engineering" Academic Press
  

Zell-Werkstoff-Wechselwirkung/Cell-material-interaction

• Detsch, R., Will, J., Hum, J., Roether, J. A. & Boccaccini, A. R. Biomaterials. in 91–105 (2018). doi:10.1007/978-3-319-74854-2_6

• Will, J., Detsch, R. & Boccaccini, A. R. Structural and Biological Characterization of Scaffolds. in Characterization of Biomaterials 299–310 (2013). doi:10.1016/B978-0-12-415800-9.00008-5

• Langer, R. & Tirrell, D. A. Designing materials for biology and medicine. Nature (2004). doi:10.1038/nature02388

• Augst, A. D., Kong, H. J. & Mooney, D. J. Alginate hydrogels as biomaterials. Macromol. Biosci. 6, 623–633 (2006).

Praktikum/Pratical "Basic of Biomaterials"

• Literaturangaben (begleitend und zur Vorbereitung) finden sich in den aktuellen Versuchsanleitungen/Bibliographical references (complementary and for preparation) are found in current script.

Organisatorisches:

Hinweise zum Praktikum

• Verbindliche Zulassungsvoraussetzung zum Praktikum sind die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung, an der Vorbesprechung sowie die Akzeptanz der COVID19-Regelungen der FAU und des ausrichtenden Lehrstuhls.

• Verbindliche Teilnahmevoraussetzung für jeden Praktikumsversuch ist die erfolgreiche Erledigung des Vorprotokolls (Antestat).

• Voraussetzung für das Bestehen des Praktikums ist, dass alle Versuche sowie alle Vor- und Nachprotokolle erfolgreich absolviert wurden (vollständige Testatkarte mit Nachweis für Vorprotokoll [Antestat], Versuchsdurchführung und Nachprotokoll [Abtestat] für jeden Versuch).

• Der Termin der Vorbesprechung, der Sicherheitsbelehrung und Hinweise zur deren Durchführung (z.B. ZOOM link) werden rechtzeitig per Mail an die im Praktikum angemeldeten Teilnehmer bekannt gegeben und in StudOn hinterlegt.

• Letzter Abgabetermin der vollständig ausgefüllten Testatkarte bzw. alle Versuche auf StudOn als vollständig bestanden eingetragen ist Freitag der ersten Vorlesungswoche des auf das Praktikum folgenden Semesters.

Notice for the practical

• Compulsory admission requirement for the practical are the attendance of the safety induction, the preliminary meeting as well as the acceptance of the COVID19-regulations of FAU and the host institute.

• Mandatory participation requirement for each practical experiment is the successful completion of the preliminary protocol (antestat).

• Prerequisite for passing the practical is that all experiments as well as pre- and post protocols have been successfully completed (complete certificated with verification for preliminary protocol [antestat], experimental procedure and complete protocol [Abtestat] for each experiment).

• The appointment for the preliminary meeting, the safety induction, and hints for the procedure (e.g. Zoom link) are sent per E-Mail to all students who have registered for the practical and are also noted on StudON.

• The final submission date of the fully completed certification card (Testatkarte) or when all experiments have to be entered on StudOn as complete is the Friday of the first week of lectures of the following semester.
  

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | Kernfächer | Biomaterialien | Basics of Biomaterials)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Basics of Biomaterials (Prüfungsnummer: 62631)

(englischer Titel: Basics of Biomaterials)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 10 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Alle Praktikumsversuche sind Prüfungsstoff in der Modulprüfung. Fragen zu Versuchsanleitungen, den Ergebnissen, den Auswertungen und der Diskussion der einzelnen Experimente sind in der jeweiligen Prüfung möglich, diese Themen gehören zum Prüfungsumfang

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: SS 2023, 1. Wdh.: WS 2023/2024

1. Prüfer:

Aldo R. Boccaccini