Матеріалознавство та біосумісні матеріали

Мета дисципліни:

забезпечити розвиток загальних та спеціальних компетентностей майбутніх бакалаврів: розуміння концептуальних основ розробки та дослідження сучасних біосумісних матеріали медичного призначення; набуття студентами необхідних знань щодо будови та властивостей конструкційних та біосумісних матеріалів у медичній техніки, технологічні методи їх виробництва, регулювання властивостей та раціонального використання в медичній практиці.

Завдання дисципліни:
 
навчити студентів розуміти та використовувати засоби та методи дослідження медичних біосумісних матеріалів; 
оволодіння основними поняттями про будову, структуру й властивості матеріалів, будову однорідних речовин у різних агрегатних станах, взаємодію структурних часток речовин;
оволодіння знаннями про стратегії формування імплантатів на основі ортофосфатів кальцію для біомедичного застосування;
оволодіння основними поняттями про будову та технології синтезу кальцій-фосфатних покриттів для медичних імплантатів;
оволодіння основними поняттями про будову імплантантів зі сплаву на основі магнію; 
оволодіння знаннями щодо біоміметичні технології синтезу кальцій-фосфатних біоматеріалів;
оволодіння знаннями щодо специфічних металевих сплавів для медичної техніки; 
оволодіння знаннями щодо керамічних матеріалів; 
оволодіння знаннями щодо біосумісних пористих матеріалів і проникних матеріалів, металомістких біосумісних матеріалів. 
сформувати навички здійснювати пошук та узагальнення інформації з питань медичних матеріалів і застосовувати їх за призначенням;
сформувати навички проводити дослідження матеріалів із застосуванням сучасних приладів;
сформувати навички вибору раціональних методів та технологій синтезу біосумісних матеріалів.
 
 
Основні результати навчання
 
У результаті вивчення даної навчальної дисципліни студент повинен: 
Знати: 
будову, структуру й властивості матеріалів, будову однорідних речовин у різних агрегатних станах, взаємодію структурних часток речовин. 
будову ортофосфатів кальцію для біомедичного застосування; 
структуру імплантатів зі сплаву на основі магнію, механічні властивості; 
структуру і властивості специфічних металевих сплавів для медичної техніки; 
структуру і властивості біосумісних пористих матеріалів і проникних матеріалів, металомістких біосумісних матеріалів. 

Вміти: 
визначати будову, структуру й властивості матеріалів, будову однорідних речовин у різних агрегатних станах, взаємодію структурних часток речовин;
визначати і аналізувати будову ортофосфатів кальцію для біомедичного застосування; 
визначати структуру імплантантів зі сплаву на основі магнію, механічні властивості; 
визначати структуру і властивості специфічних металевих сплавів для медичної застосування; 
визначати структуру і властивості біосумісних пористих матеріалів і проникних матеріалів, металомістких біосумісних матеріалів. 

 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; ЛЗ – лабораторні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; Кз – самостійні контрольні завдання; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
4 семестр
 
1 тиждень
 
Л1. Біомінералізація кісткової тканини. Бiocумicнicть мaтерiaлiв
ЛЗ1. Порівняльна характеристика структури біоапатиту та синтетичних кальцій-фосфатів.
СРС. К.
 
2 тиждень
 
Л2. Біоміметичні технології синтезу кальцій-фосфатних біоматеріалів.
ЛЗ2. Ідентифікація кальцій-фосфатних біоматеріалів із використанням плазмово-десорбційної мас-спектрометрії.
СРС. К.
 
3 тиждень
Л3. Структура катіон-заміщених кальцій-фосфатів.
ЛЗ3. Дослідження впливу іонів титану на формування кальцій- фосфатної фази.
Кз1. Осадження біосумісних матеріалів з додаванням срібла.
СРС. К.
 
4 тиждень
 
Л4. Матеріали для медичних імплантатів.
ЛЗ4. Методика синтезу композиту на основі кальцій-фосфатів та біополімерів (хітозан, альгінат).
СРС. К.
 
5 тиждень
 
Л5. Основні характеристики покриттів для медичних імплантатів. Кальцій-фосфатні покриття для медичних імплантатів. 
ЛЗ5. In vivo дослідження хітозан-металевих комплексів.
Кз2. Антибактеріальні властивості ХЗ-АЛ-ГА композитів.
СРС. К.
 
6 тиждень
 
Л6. Огляд існуючих методів нанесення покриттів на металеві субстрати.
ЛЗ6. Дослідження основних характеристик покриттів для медичних імплантатів.
СРС. К.
 
7 тиждень
 
Л7. Поведінка імплантатів у модельних системах та організмі.
ЛЗ7. Формування покриттів ГА методом термодепозиції (МТД) на титанових субстратах.
СРС. К.
 
8 тиждень
 
Л8. Адгезії покриттів, отриманих на попередньо оброблених субстратах.
ЛЗ8. Дослідження морфології та фазового складу покриттів, отриманих на хімічно оброблених субстратах.
МКР1. СРС. К.
 
9 тиждень
 
Л9. Особливості морфології та структури покриттів ГА, отриманих у магнітному полі.
ЛЗ9. Дослідження морфології та фазового складу покриттів, отриманих під впливом магнітного поля.
СРС. К.
 
10 тиждень
Л10. Стратегія формування імплантатів на основі ортофосфатів кальцію для біомедичного застосування.
ЛЗ10. Аналіз отриманих зразків методом інфрачервоної спектроскопії.
Кз3. Установка для осадження покриттів методом термодепозиції.
СРС. К.
 
11 тиждень
 
Л11. Сплави на основі магнію як імплантаційний біорезорбційний матеріал. Остеосинтез імплантатами зі сплаву на основі магнію.
ЛЗ11. Дослідження хімічних і біомеханічних властивостей сплавів магнію для імплантатів в остеосинтезі.
СРС. К.
 
12 тиждень
 
Л12. Характеристика клінічного матеріалу.
ЛЗ12. Аналіз механічних властивостей сплавів. Обґрунтування вибору легувальних і модифікувальних елементів.
СРС. К.
 
13 тиждень
 
Л13. Біосумісні полімери.
ЛЗ13. Дослідження структури та фізико-механічних властивостей композиційних матеріалів.
Кз4. Загальна характеристика високомолекулярних полімерів. Термопластичные полімери. Термореактивні полімери.
СРС. К.
 
14 тиждень
 
Л14. Допоміжні медичні матеріали.
ЛЗ14. Визначення типів руйнувань матеріалів.
СРС. К.
 
15 тиждень
 
Л15. Біосумісні пористі матеріали і проникні матеріали. Проникність пористих сплавів на основі нікеліда титану. Особливості взаємодії пористого нікеліда титану із тканинами організму..
ЛЗ15. Визначення характеристик металічних матеріалів медичного застосування.
МКР2.
СРС. К.
 
 
Індивідуальна робота
 
Курсова робота (4 семестр)
 
Курсова робота з дисциплін «Матеріалознавство та біосумісні матеріали» є обов’язковим індивідуальним завданням для студентів, які вивчають цю дисципліну. 
Вона виконується протягом весняного семестру на другому курсі навчання за програмою підготовки бакалаврів. Виконання роботи має на меті набуття навичок вирішення конкретних практичних навчальних задач з використанням відомого, а також (або) самостійно вивченого теоретичного матеріалу в галузі розроблення біосумісних матеріалів.
Виконання роботи дозволить студентам освоїти практичне застосування відомих біоміметичні технології синтезу кальцій-фосфатних біоматеріалів, а також дослідження структури катіон-заміщених кальцій-фосфатів.
Курсова робота містить наступні розділи:
Розділ 1. Біоміметичні технології синтезу кальцій-фосфатних біоматеріалів.
Розділ 2. Розроблення методики синтезу дрібнодисперсних форм нанокристалічного гідроксилапатиту.
Розділ 3. Розроблення методики синтезу наноструктурованого карбонат апатиту.
Розділ 4. Дослідження структура катіон-заміщених кальцій-фосфатів.
Вплив іонів титану на формування кальцій- фосфатної фази
Вплив іонів кобальту на формування кальцій- фосфатної фази
Вплив іонів ванадію на формування кальцій- фосфатної фази
Вплив іонів хрому на формування кальцій- фосфатної фази
Вплив іонів алюмінію на формування кальцій- фосфатної фази

Захист роботи проводиться в кінці семестру.

Максимальна оцінка за кожне завдання першого, другого та третього розділів (якщо не вказано інше) – 5 бали, за четвертий розділ – максимум 15 балів (10 – за зміст, 3 – за якість обраних джерел, 2 – за оформлення).

Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 165 годин.
 
Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 30 годин;
2) підготовка до лабораторних занять та до виконання індивідуальних контрольних завдань – разом 30 годин;
3) виконання курсової роботи − 75 годин;
4) підготовка до екзамену – 30 годин.
 
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи та 4 індивідуальних контрольних завдання.
 
Модульні контрольні роботи № 1 та № 2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (2 запитання) та практичної частини (1 задача). Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 10 балами. Правильне розв’язання задачі оцінюється в 5 балів.
 
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
 
Семестровий модуль № 1
 
Кз1. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 3 тиждень.
Кз2. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 5 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 30 балів (8 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.

Семестровий модуль № 2
 
Кз3. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 10 тиждень.
Кз4. Оцінка за виконання – 10 балів. Термін надання – 13 тиждень.
МК2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен, білет до якого складається з теоретичної частини (4 запитання) та практичної частини (1 задача). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів. 
 
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.
Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.
Складання/перескладання екзаменів організовується за встановленим відділом аспірантури розкладом.
 
Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 
Виконаний не свій варіант завдання здобувачем не оцінюється.
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
Відсутність здобувача на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».
Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.
 
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.
Під час розв’язання задач на МКР та екзамені дозволяється користуватися хімічними довідниками.