Detail předmětu

Biomateriály I: Syntézy a charakterizace

FCH-MC_BM_IAk. rok: 2021/2022

Přírodní i syntetické polymery a jejich kompozity jak s biokeramickou tak i kovovou složkou tvoří významnou část biomateriálů využívaných v medicíně, především jako součásti medicínských zařízení, biosenzorů, implantátů, nosičů léčiv či buněk. Předmět shrnuje dosavadní poznatky o syntéze biomedicínských polymerů včetně jejich modifikace, kopolymerace, funkcionalizace a chemicko-fyzikální charakterizace. Je kladen důraz na vlastnosti hydrogelů a biodegradovatelných polymerů využitelných v medicíně, na testování jejich biokompatibility, stability a bioaktivity v živém organizmu. Část je věnována moderním metodám příprav a přehledu biomateriálů pro regenerativní medicínu a tkáňové inženýrství.

Výsledky učení předmětu

Studenti budou schopni vybrat vhodné biomateriály a jejich kombinace pro definované medicínské aplikace, navrhnout metody syntéz, modifikace a příprav (bio)polymerů včetně metod fyzikálně-chemických charakterizací a biologického testování.

Prerekvizity

Student by měl mít základy organické a makromolekulární chemie, výhodou jsou znalosti ze struktury a vlastností polymerních materiálů e jejich kompozitů.

Doporučená nebo povinná literatura

Guelcher SA, Hollinger JO, editors. An Introduction to Biomaterials. In: The biomedical engineering series, Neuman MR, series editor. Taylor & Francis Group, LLC. Boca Raton, Florida, USA. 2006, pp. 553. ISBN: 0-8493-2282-0. (EN)
Rieger B, Künkel, Coates GW, Reichardt R, Dinjus E, Zevaco TA, volume editors. Synthetic biodegradable polymers. In: Advances in Polymer Science. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2012; vol. 245, pp. 364. ISSN: 0065-3195 (EN)
Vojtová, L.; Wolfová, L.; Jurečková, L.; Kohutová, L. Úvod do tkáňového inženýrství. Česká Republika: MediaBros s.r.o., 2015. s. 19-45. ISBN: 978-80-260-9720- 4. (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Výuka je vedena formou přednášek.

Způsob a kritéria hodnocení

Ústní zkouška (70 %), které předchází písemný test splněný na 60 %.
Aktivní účast na výuce včetně splněného testu (30 %)

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Biomateriály – úvod, definice, rozdělení a aplikace v medicíně.
2. Biologické vlastnosti biomateriálů: Biodegradace polymerů, biokompatibilita, toxicita - charakterizace a testování materiálů in vitro i in vivo.
3. Syntetické polymery I - biodegradovatelné – polyestery (PLA, PGA, PCL, PHB, PHV)- polykondenzace, polymerace za otevření kruhu, blokové kopolymery, katalyzátory.
4. Syntetické polymery II - biodegradovatelné - polyhydroxyalkanoáty, polyesterkarbonáty, polyesteramidy, polyesteruretany, polypropylenfumaráty, polyortoestery, polyanhydridy, polyalkylkyanoakryláty, polyiminokarbonáty, anorganické polyfosfazeny a polyfosfoestery.
5. Chemické modifikace (bio)polymerů – reakce dle funkčních skupin, funkcionalizace syntetických polymerů, vázání biologicky aktivních látek.
6. Biopolymery I – polysacharidy: celulóza, hyaluronan, chitosan, alginát – vlastnosti, modifikace a aplikace.
7. Biopolymery II – polynukleotidy (RGD), proteiny (kolagen, fibrin), silk fibroin – vlastnosti, modifikace a aplikace.
8. Hydrogely (v medicíně) – botnání, sol-gel přechod, reologie, síťování, biomechanické vlastnosti.
9. Tkáňové inženýrství – principy, interakce biomateriálů s buňkami, nosiče buněk a léčiv.
10. Metody příprav biomateriálů pro tkáňové inženýrství – lyofilizace, elektrospining, lití rozpouštědla, napěnění, sol-gel, laserové slinování, 3D tisk.
11. Chemické analýzy polymerů I: GPC, GC, HPLC, FTIR, UV-VIS, CD.
12. Chemické analýzy polymerů II: 1H NMR, 13C NMR, COSY, NOSY, FTIR, DSC, TGA.
13. Zobrazovací techniky: SEM, STEM, TEM, konfokální mikrospopie, fluorescenční, AFM, mikro(nano)CT.

Cíl

Předmět poskytne studentům základní přehled o biomateriálech, o jejich historii a současnosti. Kromě komerčně dostupných materiálů budou studenti především seznámeni i s (bio)polymerními materiály ve stádiu výzkumu, s jejich syntézou, chemickými modifikacemi, přípravou vzorků, charakterizací a testováním jak chemicko-fyzikálním tak i biologickým se zaměřením na jednotlivé medicínské aplikace, především na regenerativní medicínu a tkáňové inženýrství.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Není, ale účast na přednáškách se doporučuje.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 2. ročník, zimní semestr, 3 kredity, povinně volitelný

  • Program NKCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 2. ročník, zimní semestr, 3 kredity, povinně volitelný