Verbundwerkstoffe und Oberflächen (MWT-M4-BioMat-Comp)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Advanced Applications III: Composites and Surfaces)
(Prüfungsordnungsmodul: Advanced applications: Composites and Surfaces)

Lehrveranstaltungen:

• • Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik
    (Vorlesung, 2 SWS, Aldo R. Boccaccini et al., Fr, 14:15 - 15:45, H14)
  • Dentale Biomaterialien (optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Ulrich Lohbauer et al., Fr, 08:15 - 09:45, H14)
  • Biomaterial Interfaces (optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Aldo R. Boccaccini et al., Mo, 16:15 - 17:45, H15; ab 2.5.2022)

Inhalt:

Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik

• Vorteile von Verbundwerkstoffen als Werkstoffe in der Medizin

• Gefüge-Eigenschaft-Korrelation bei Verbundwerkstoffen

• Beispiele für Verbundwerkstoffe und deren Einsatz in der Medizintechnik

• Bedeutung der Nanomaterialien in der Medizintechnik

• Charakterisierung von Nanomaterialien

• Nanoteilchen, Nanotubes

• Zelltoxizität und Grenzen des Einsatzes von Nanoteilchen in der Medizintechnik

• Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung von Nanoteilchen

• Kolloidale Prozesse und Funktionalisierung von Nanoteilchen

• Herstellung von Nanoteilchen auf der Bioroute

• Biogene Nanopartikel

• "Green Chemistry" für die Herstellung von Nanoteilchen

• Ausgewählte Beispiele aus dem Bereich der Nanobiomedizin.

Biomaterial Interfaces
This course introduces the basics of chemistry and physics of surfaces including characterization methods for biomaterial surfaces. Surface properties which are relevant for protein and cell attachment are discussed. Fundamentals of protein and protein adsorption on biomaterials are presented as well as the effect of chemical composition, topography, hydrophobic and hydrophilic surfaces, stiffness of the biomaterial and ion release effects from the biomaterial on cell attachment and success of the implanted material in general. The lecture also gives surface modification strategies for implants and scaffolds including biomedical coatings and bioactive surfaces. The course covers also functionalization strategies for biomaterials. Protein adsorption mechanisms and the basics of the interaction between a biomaterial (implant) and tissues (foreign body reaction) are covered. Protein adsorption mechanisms and the basics of the interaction between a biomaterial (implant) and tissues (foreign body reaction) are covered.
Dentale Biomaterialien

• Aufbau der Zähne

• Zahnkrankheiten

• Biomechanik

• Dentale Konstruktionslehre, Präparation

• Zemente & Polymere

• Befestigung am Zahn

• Befestigung am Substrat

• Implantate

• digitaler Workflow, klinische Fraktografie

• Mechanische Eigenschaften & Prüfung

• Dentalkeramik

Content:
Composite materials and nanomaterials in medical technology

• Advantages of composites as materials for medicine

• Microstructure-property-correlation in composites

• Gefüge-Eigenschaft-Korrelation bei Verbundwerkstoffen

• Examples of composites and their usage in medical technology

• Importance of nanomaterials in medical technology

• Characterisation of nanomaterials

• Nanoparticles, nanotubes

• Cell toxicity and limitations of use of nanoparticles in medical technology

• Sol-gel-processes for fabrication of nanoparticles

• Colloidal processes and functionalization of nanoparticles

• Production of nanoparticles using the bio-route

• Biogenic nanoparticles

• "Green chemistry" for the synthesis of nanoparticles

• Selected examples from the area of nanobiomedicine
  

Biomaterial Interfaces: see above
Dental Biomaterials

• Structure of teeth

• Tooth diseases

• Biomechanics

• Dental design theory, preparation

• Cements & polymers

• Attachment on teeth

• Attachment on substrate

• Implants

• Digital workflow, clinical fractography

• Mechanical properties and examination

• Dental ceramics

Lernziele und Kompetenzen:

Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik
Die Studierenden

• gewinnen einen Überblick über die aktuell und zukünftig in der Medizintechnik eingesetzten Nanomaterialien.

• kennen spezifische Eigenschaften, Anwendungen und Vorteile von Nanokompositen.

• verstehen die Zusammensetzung und Entwicklung solcher Verbundwerkstoffe für die Medizintechnik in Anwendungen wie Beschichtungen, Scaffolds, Drug-Delivery Systeme und antimikrobielle Oberflächen.
  

Biomaterial Interfaces
Die Studierenden

• lernen die Grundlagen der verschiedenen Aspekte der Grenzflächen von Biomaterialien. Im Besonderen wird dabei auf die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Biomaterialien (Polymeren, Metalle, Keramiken) mit den biolgoischen Flüssigkeiten und dem Gewebe eingegangen.

• können ihre Kenntnisse zur Beurteilung der Biokompatibiliät und deren Implantationserfolg von verschiedenen Biomaterialien einsetzen

Dentale Biomaterialien
Die Studierenden

• kennen den Aufbau und die Struktur von Zähnen und die daraus abgeleiteten mechanischen und physikalischen Eigenschaften.

• kennen die Struktur und die Zusammensetzung dentaler Biomaterialien wie hochgefüllte Polymere, Dentalkeramiken oder Titanimplantate.

• verstehen die relevanten Krankheitsbilder, die zum Zahnverlust führen können und bekommen Einblick in die Kariesätiologie.

• entwickeln das Verständnis für die Prinzipien dentaler Konstruktionslehre (Kavitätenpräparation) im Hinblick auf die unterschiedlichen Restaurationsmaterialien und Befestigungstechniken.

• klassifizieren die Prinzipen der dentalen Befestigungstechnik und speziell der adhäsiven Klebetechnik.

• können den Unterschied zwischen direkter, plastischer Füllungstherapie und indirekten, prothetischen Restaurationen diskutieren.

• sind in der Lage dentale Biomaterialien, anwendungsspezifisch hinsichtlich mechanischer, physikalischer, chemischer und biologischer Eignung zu untersuchen.

Educational objectives and competences:
Composite Materials and Nanomaterials in Medical Technology
The students

• obtain an overview on the current and future nanomaterials used in medical technology.

• know specific properties, applications and advantages of nanocomposites.

• understand the composition and development of such composite materials for medical technology for applications such as coatings, scaffolds, drug-delivery systems and antimicrobial surfaces
  

Biomaterial Interfaces
The students

• learn the basics of different aspects of interfaces of biomaterials. In particular, focus will be placed on the interaction between different biomaterials (polymers, metals, ceramics) with the physiological fluids and the surrounding tissue.

• can apply their knowledge to interpret the biocompatibility and thus the success of an implantation for different biomaterials.
  

Dental biomaterials
The students

• know the structure of a tooth and their mechanical and physical properties.

• understand the structure and the composition of dental biomaterials, such as highly filled polymers, dental ceramics or titanium implants.

• understand the relevant clinical pictures, which lead to tooth loss, and an insight into the etiology of caries formation.

• develop an understanding for the principles of dental design theory (Cavity preparation) with view to the different restoration materials and fixation techniques,

• classify the principles of dental fixation techniques, in particular the adhesive technique.

• can discuss the difference between direct, plastic restorative therapy and indirect, prosthetic restorations.

• are able to examine dental biomaterials from a user specific standpoint regarding mechanical, physical, chemical and biological suitability.
  

Literatur:

Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik/Composites and nanomaterials in medical technology

• Ambrosio (ed.): Biomedical composites; Oxford, 2010

• Wintermantel, Suk-Woo: Medizintechnik; Berlin, ⁵2009

Biomaterial Interfaces

• Biomaterials Science, 2nd ed., B. D Ratner et al. (eds.), Elsevier, 2004.

• Surface Modification of Biomaterials: Methods analysis and applications, R. Williams (ed.), Woodhead Publishing, 2010

• Further recommended reading will be announced in the lectures.
  

Dentale Biomaterialien/Dental Biomaterials

• Rosentritt M., Ilie N., Lohbauer U. Werkstoffkunde in der Zahnmedizin. Thieme Verlag. 2018 (ISBN 978-3-1324-0123-5)

Bemerkung:

Die Veranstaltung "Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik" muß belegt werden und gehört verbindlich zum Prüfungsumfang, aus den beiden anderen Vorlesungen "Dentale Biomaterialien" und "Biomaterial Interfaces" ist eine auszuwählen.

The lecture course "Composites and nanomaterials in medical technology“ must be attended and is a compulsory module, but the student can choose one of the two lectures, i.e. "Dental Biomaterials" or "Biomaterial Interfaces".

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | Kernfächer | Biomaterialien | Advanced applications: Composites and Surfaces)
2. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | 1. und 2. Naturwissenschaftlich-technisches Wahlmodul | Advanced applications: Composites and Surfaces)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Advanced applications: Composites and Surfaces (Prüfungsnummer: 62661)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 15, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Die Veranstaltung "Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik" gehört verbindlich zum Prüfungsumfang, aus den beiden anderen Vorlesungen "Dentale Biomaterialien" und "Biomaterial Interfaces" ist eine für die Prüfung auszuwählen.

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Aldo R. Boccaccini