Materialien in der Medizin-NT (NT-M7-MatMed)15 ECTS
(englische Bezeichnung: Materials in Medicine-NT)

Lehrveranstaltungen:

• Aus den optionalen Veranstaltungen des Wintersemesters und des Sommersemesters ist je eine Vorlesung im Umfang von 2 SWS/3 ECTS zu wählen.
  In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.

• NT-M7-MatMed-Pflicht
  • Grundlagen der Anatomie und Physiologie für Medizintechniker, Naturwissenschaftler und Ingenieure, Teil 2 (Neurophysiologie) (WS 2017/2018)
    (Vorlesung, Clemens Forster et al., Di, 14:15 - 15:45, Hörsaal Physiologie 1; ab 24.10.2017)
  • Grundlagen der Anatomie und Physiologie für Medizintechniker, Naturwissenschaftler und Ingenieure, Teil Vegetative Physiologie (SS 2018)
    (Vorlesung, Clemens Forster et al., Di, 14:15 - 15:45, Hörsaal Physiologie 1; ab 17.4.2018)
  • Dentale Biomaterialien (WS 2017/2018)
    (Vorlesung, 2 SWS, Helga Hornberger et al., Fr, 8:15 - 9:45, H2 Egerlandstr.3)
• NT-M7-MatMed-WahlWintersemester

  Aus den optionalen Veranstaltungen des Wintersemesters ist eine Vorlesung im Umfang von 2 SWS/3 ECTS zu wählen.
  In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.

  • Keramische Werkstoffe in der Medizin (WS 2017/2018 - optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Stephan E. Wolf, Di, 8:15 - 9:45, H14)
  • Metallische Werkstoffe in der Medizin (WS 2017/2018 - optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Stefan M. Rosiwal, Fr, 12:15 - 13:45, 0.68)
  • Polymerwerkstoffe in der Medizin (WS 2017/2018 - optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Joachim Kaschta, Mo, 12:15 - 13:45, 1.84)
• NT-M7-MatMed-WahlSommersemester

  Aus den optionalen Veranstaltungen des Sommersemesters ist eine Vorlesung im Umfang von 2 SWS/3 ECTS zu wählen.
  In anderen Modulen bereits gewählte Veranstaltungen können nicht erneut gewählt werden.

  • Biomechanik: Mechanische Eigenschaften biologischer Materialien (SS 2018 - optional)
    (Vorlesung, 2 SWS, Benoit Merle, Di, 10:15 - 11:45, H14; Beginn: 10.04.2018)
  • Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine (SS 2018 - optional)
    (Vorlesung, Aldo R. Boccaccini et al., Mo, 14:15 - 15:45, Hörsaal ZMPT)

Inhalt:

Anatomie:

• Die Grundlagen der menschlichen Physiologie und Anatomie werden betrachtet.

• Dabei wird das grundlegende menschliche Nervensystem, Auge, Ohr, das somatosensorische System und die zentrale Motorik des Menschen betrachtet.

• Im zweiten Teil der Vorlesung wird das Herz-Kreislauf System sowie das Magen-Darm System und der Blut- und Atmungskreislauf erklärt.
  

Dentale Biomaterialien:

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

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

• Krankheitsbilder, die zum Zahnverlust führen können

• Einblick in die Kariesätiologie

• Prinzipen der dentalen Befestigungstechnik und speziell der adhäsiven Klebetechnik

• Direkte, plastische Füllungstherapie und indirekte, prothetische Restaurationen
  

Keramische Werkstoffe in der Medizin:

• Die Vorlesung gibt eine grundlegende Einführung über moderne Materialien in der medizinischen Anwendung.

• Deren spezifischen Anforderungen an Gewebeverträglichkeit, mechanische Eigenschaften und Methoden der Verarbeitung wird 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

• Interaktive Gruppenübung zu aktuellen Fragestellungen
  

Biomechanik:

• Struktur, Aufbau, Wachstum und mechanische Eigenschaften von biologischen Materialien

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:

Anatomie:
Die Studierenden

• kennen den grundlegen Aufbau des menschlichen Körpers.

• verstehen die Mechanismen des Blut- und Atmungskreislaufs, Motorik und des Herz-Kreislaufsystems.
  

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 Einblicke 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.
  

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.
  

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.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2011 | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Wahlmodule (Module M5 bis M8) | Naturwissenschaftlich - technisches Wahlmodul I)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Modulprüfung "Materialien in der Medizin" (NT-M7-MatMed) (Prüfungsnummer: 892090)

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

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Geprüft werden nur die gewählten und obligatorischen Veranstaltungen. Details siehe Modulhandbuch.
Die Vorlesung "Grundlagen der Anatomie ... Teil 1 und 2" schließt mit einer unbenoteten 60-minütigen Abschlußklausur ab. Der Nachweis über die erfolgreiche Teilnahme ist bei der Modulprüfung vorzulegen. Die Klausur wird jedes Semester angeboten.

Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019

1. Prüfer:

Aldo R. Boccaccini