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Verbundwerkstoffe und Oberflächen (MWT-M4-BioMat-Comp)5 ECTS (englische Bezeichnung: Advanced Applications III: Composites and Surfaces)
Modulverantwortliche/r: Aldo R. Boccaccini Lehrende:
Aldo R. Boccaccini, Julia Will, Sannakaisa Virtanen, Ulrich Lohbauer, Renan Belli, Kai Zheng
Start semester: |
SS 2023 | Duration: |
1 semester | Cycle: |
jährlich (SS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Language: |
Deutsch und Englisch |
Lectures:
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Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien in der Medizintechnik
(Vorlesung, 2 SWS, Aldo R. Boccaccini et al., Fri, 14:15 - 15:45, H14)
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Dentale Biomaterialien (optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Ulrich Lohbauer et al., Fri, 08:15 - 09:45, H14)
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Biomaterial Interfaces und Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine (optional)
(Vorlesung, 2 SWS, Aldo R. Boccaccini et al., Mon, 16:15 - 17:45, H15)
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 und Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine
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 und Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine: 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 und Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine: see below
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 und Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine
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 in order to judge the success of the different biomaterials and to optimize the surface properties for specific applications
know and can explain methods of surface characterization.
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 und Werkstoffoberflächen in der Medizin/Material surfaces in medicine
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
Bemerkung:
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Nanotechnologie (Master of Science)
(Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | Kernfächer | Biomaterialien | Advanced applications: Composites and Surfaces)
- 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 2023, 1. Wdh.: WS 2023/2024
1. Prüfer: | Aldo R. Boccaccini |
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