Biokompatible Werkstoffe

Nummer

T009

Leitung

Michael de Wild, michael.dewild@fhnw.ch

ECTS

3.0

Unterrichtssprache

Deutsch

Lernziele/Kompetenzen

Studierende….

haben eine Übersicht über das breite Werkstoffspektrum und Oberflächenmodifikationsmethoden der biomedizinischen Technik und kennen die Relevanz von Biomaterialien in der Wertschöpfungskette (2 verstehen)
kennen die wesentlichen Aspekte der Biokompatibilität, insbesondere die Körperreaktionen und Gewebeanbindung an unterschiedliche Biomaterialklassen (1 kennen)
kennen die relevanten analytischen, in-vitro, in-vivo und klinischen Testmethoden zur Überprüfung der Biokompatibilität, inkl. den relevanten Normen (2 verstehen)
können die kritischen Prozesse bei der Herstellung, Bearbeitung, Reinigung, Verpackung und Sterilisierung von Biomaterialien und die spatio-temporale Abfolge von Ereignissen während dem Körperkontakt/Implantatplatzierung auf molekularer, zellulärer und geweblicher Grössenordnung erkennen. (4 analysieren)
können materialspezifische Versagensmechanismen von biomedizintechnischen Produkten auf physikalischer, chemischer, elektrochemischer und biologischer Ebene erkennen und beurteilen. (5 beurteilen)

Inhalt

Anforderungen an Werkstoffe (Sterilität, Biokompatibilität, Hämokompatibilität, Biofunktionalität inkl. mechanische Eigenschaften)

Erforderliche Vorkenntnisse

Materialien und Werkstoffe

kennen die prinzipiellen Unterschiede verschiedener Materialien (wie z.B. Metalle, Polymere, Keramik, biokompatible Materialien, neuartige Materialentwicklungen (z.B. Diamant-ähnliche Schichten, Carbon-Nano-Tubes), Composites, Verbundwerkstoff), die grundlegenden Aufbau-Prinzipien der Materialien und Werkstoffe und die Herstellungstechnologien von Materialien (2 verstehen)
kennen die mechanischen Eigenschaften und Grenzen der Materialien (wie z.B. Metalle, Polymere, Keramik, biokompatible Materialien, neuartige Materialentwicklungen (z.B. Diamant-ähnliche Schichten, Carbon-Nano-Tubes), Composites, Verbundwerkstoff); die Problematik der Korrosion und exemplarische Anwendungen aus der Medizinaltechnik (Implantate, Kunststoff-Einwegteile, Chirurgie-Besteck...) (1 kennen)
können Polymere in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere unterscheiden und somit eine Auswahl für Anwendungen treffen. (3 anwenden)
können entscheiden, welche Materialien für bestimmte Anwendungen in Frage kommen (3 anwenden)
können wirtschaftliche Konsequenzen der Materialauswahl für ein Produkt abschätzen (Grundlagen zu Rohstoffkosten und Verarbeitungskosten einiger Materialien) (3 anwenden)

Mechanik und Wärme Studierende…

verstehen die grundlegenden Gesetze der Mechanik und der Wärmelehre und grundlegenden Begriffe, wie z.B. inertiales Bezugssystem, geschlossenes System, Erhaltungssatz (Energie, Impuls, …), konservative Kraft, Arbeit, Leistung, Potential etc. (2 verstehen)
können die Dynamik von Massenpunkten und -systemen mit Hilfe der Newton’schen Gesetze und der Erhaltungsätze rechnen und auf konkrete Fragestellungen anwenden. (3 anwenden)
können die Gesetze der Fluidik (Schweredruck, Auftrieb, Oberflächenspannung, Bernoulli, Viskosität) auf konkrete Fragestellungen umsetzen. (3 anwenden)
können die Gesetze der Wärmelehre (Wärmetransport, Zustand idealer Gase, kinetische Gastheorie, 1. HS, 2. HS, Wärmekraft-Maschine) auf konkrete Fragestellungen umsetzen (3 anwenden)
verstehen das Phänomen Schwingung, Resonanz und Wellenausbreitung (am Beispiel mechanischer Systeme: Feder-Massen-Schwinger, Wasserwellen, Druckwellen ...). (2 verstehen)

Zellbiologie I Studierende…

kennen die allgemeine Struktur von Zellen und die Hauptunterschiede zwischen pflanzliche, bakterielle und tierische Zellen (1 kennen)
verstehen die Funktion der verschiedenen zellulären Komponenten und Kompartimenten (wie z.B. Zellmembran, Zytoskelett, Nukleus, Mitochondrien, endoplasmisches Retikulum, Golgi-Apparat, Lysosomen, Peroxisomen, etc.) und wie sie zur Spezialisierung der Zelle beitragen (2 verstehen)
können erklären, wie Zellen miteinander kommunizieren (z.B. Signaltransduktion, etc.) (2 verstehen) • können auflisten, welche Anpassungen in der Zellstruktur zur Spezialisierung in bestimmte Zelltypen (z.B. Epithelzellen, Nerven- und Muskelzellen, Gameten, etc.) führen (1 kennen)
können angemessene, Zelltyp-spezifische, analytische Methoden identifizieren (wie z.B. Gen- und Proteinbestimmungen, zelluläre Atmung, Metabolismus, etc.), die experimentell durchgeführt werden könnten (3 anwenden)

Bibliographie/Literatur

Kursmaterial

Fachartikel, spezifische Fachberichte
Fachbuch „Medizintechnik mit biokompatiblen Werkstoffen und Verfahren“, Erich Wintermantel und Suk-Woo Ha, (2002).
Fachbuch E. Hornbogen, G. Eggeler, E. Werner, Werkstoffe: Aufbau und Eigenschaften von Keramik-, Metall-, Polymer- und Verbundwerkstoffen, Springer Verlag Berlin Heidelberg (2008), ISBN 978-3-540-71857-4.

Lehr- und Lernmethoden

Rechnergestützte Vorlesung mittels Beamer.
Als Lernunterstützung wird das Skript als Datei zur Verfügung gestellt.
Demonstrationen, Demomaterialien, Labortour.
Interaktive rechnergestützte Übungen mittels Beamer und Overheadprojektor, zum Teil als Gruppenarbeit.
Erarbeitung und Präsentation eines englisch verfassten, wissenschaftlichen Artikels.

Leistungsbewertung

gemäss Modulverzeichnis in der aktuellen StuPO

Bemerkungen

3 Lektionen / Woche KW 38 bis 51 (14 Wochen im Herbst- Semester)