Polimerek az orvostechnikában BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR Polimertechnika Tanszék
c. tantárgy leírása
Kód: BMEGEPT6587 Tárgyfelelős: Dr. Nagy Péter egyetemi docens Előadó: Dr. Nagy Péter egyetemi docens
2008/2009 II. félév A tárgy a gépészmérnöki szak modultárgya nappali tagozaton, magyar nyelven. A tárgy célja, rövid tartalma: A gyógyászat polimer protéziseinek, segédeszközeinek ismertetése, a velük szemben támasztott mechanikai, kémiai és biológiai követelmények. A gyógyászatban alkalmazott polimerek. A polimerek orvosi, egészségügyi alkalmazási területei. Egyszer használatos orvosi eszközök gyártása műanyagból. Gyártmánykialakítás, anyagmegválasztás, a technológia megválasztása, csomagolás, sterilezés. Műanyag protézisek speciális gyártási technológiái. Az orvostechnikai műanyag eszközök stabilitása, a tulajdonságok időtartam-függése. Orvostechnikai polimerek sterilizálása, újrahasznosítása, megsemmisítése. A tantárgy témakörei: Orvosi polimerekkel szemben támasztott követelmények A gyógyászat polimer protéziseinek, segédeszközeinek ismertetése, a velük szemben támasztott mechanikai, kémiai és biológiai követelmények: sterilitás, biofunkcionalitás, biokompatibilitás. (4 óra) Polimer típusok, alkalmazási területek. A gyógyászatban alkalmazott leggyakoribb szintetikus, biokompatibilis polimerek áttekintése. Reaktív polimerfeldolgozás: izotróp és anizotróp, biokompatibilis polimer kompozitok. Természetes polimerek az orvostechnikában. A polimerek orvosi, egészségügyi alkalmazási területei. Egyszer használatos orvosi eszközök gyártása műanyagból. Gyártmánykialakítás, anyagmegválasztás, a technológia megválasztása, csomagolás, sterilezés. (10 óra) Orvosi szakterületek polimertechnikája Egyes orvosi szakterületek polimertechnikája: cardiovascularis gyógyászat, vérvétel, infúzió, transzfúzió, ízületi pótlások, szemészet, fogászat. Szabályozott (lassú) gyógyszeradagoló polimer rendszerek. Az orvostechnikai műanyag eszközök stabilitása, a tulajdonságok időtartam-függése. (10 óra) Környezeti hatások, újrahasznosítás kérdései Az orvostechnikai polimerek öko-kompatibilitása. Orvostechnikai polimerek sterilizálása, újrahasznosítása, megsemmisítése. Az újratermelhető, biodegradábilis polimerek szerepe. (4 óra) A tantárgy követelményei: Előtanulmányi követelmény: nincs
2
A félév végi aláírás feltétele a félévközi tervezési feladat leadása. Határidő: utolsó oktatási hét péntek 12 óra. A tárgy szóbeli vizsgával zárul. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megszerzése. A vizsga évét max. 5 évvel megelőző években megszerzett aláírások fogadhatók el. A vizsgajegy a tervezési feladatra kapott osztályzat, valamint a vizsgán elért érdemjegy átlaga, amennyiben ezen osztályzatok mindegyike minimum elégséges (2). Szakirodalom: 1. Czvikovszky Tibor, Nagy Péter: Polimerek az orvostechnikában, Egyetemi tankönyv, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2003 2. Silver, F.H.: Biomaterials, medical devices and tissue engineering, Chapmann & Hall, London, 1994. 3. Wintermantel, E., Suk-Woo Ha: Biokompatible Werkstoffe und Bauweisen, Springer, Berlin-Heidelberg, 1996. 4. Williams, D.F.: Concise encyclopedia of medical and dental materials, Pergamon Press, Oxford, 1990. 5. S.W.Shalaby: Biomedical Polymers, Hanser/Gardner, Cincinnati, 1994
Hét
1
2
3 4 5
6 7
óraszám
E G L 2
2
2 2
2 2
-
-
-
-
-
-
-
-
Előadás Az orvostechnikában alkalmazott polimer protézisek, segédeszközök követelményrendszere: mechanikai, kémiai és biológiai követelmények, sterilitás, biofunkcionalitás, biokompatibilitás. Polimer anyagok kontaktusban élő sejtrendszerekkel: hemokompatibilitás, szövet kompatibilitás Szintetikus biokompatibilis polimerek a biokompatibililis fémekkel és kerámiákkal összehasonlításban. A leggyakoribb szintetikus, biokompatibilis polimerek. Polietilén (PE), poli(etiléntereftalát) (PET), poli(vinilklorid) (PVC), polikarbonát (PC), poliamid (PA) típusok. Természetes polimerek az orvostechnikában: kollagén, kitin, kitozán, fibrin. Biodegradábilis polimerek orvostechnikai célokra: poli-laktidok, polikaprolakton, polianhidridek. Kompozit polimerek az orvostechnikában. Az alkalmazás feltételrendszere. A szálerősítés mechanizmusa végtelen és vágott, rövid szállal erősített kompozitokban. Az orvostechnikai polimerek sterilizálása. A sterilizálás fizikai és kémiai módszerei. A sterilizálás hatása a készenléti eszközök stabilitására. A steril eszközök csomagolástechnikája. Polimerek a cardiovasculáris gyógyászatban, az érpótlás polimertechnikája. Egyszerhasználatos, extracorporális eszközök: fecskendők, vérvételi szerelvények. A házi betegellátás, a csecsmő- és idősgondozás polimer eszközei. A sebészet polimer implantátumai. Csípőizület endoprotézis szálerősített polimerkompozitból. A modell: a csont, mint
Dátum
2009.02.11
2009.02.18
2009.02.25
2009.03.04
2009.03.11
2009.03.18 2009.03.25
3
8
9
10
2
2
2
-
-
-
-
-
-
11
2
-
-
12
2
-
-
13
2
-
-
14
2
-
-
anizotróp, strukturált polimer kompozit. a protézis: karbonszállal erősített poliéter-éterketon (PEEK). Modellezés CT képfelvétel után 3D – CAD eljárással. Orvostechnikai polimerek a szemészetben. Az akrilát szemüveglencse anyaga és technológiája. Kontaktlencse anyagok és technológiák. Műanyag lencse implantátum. A szemsebészet viszkoelasztikus polimer gél anyagai. A fogászat polimertechnikája. A fogpótlás, a fogrestaurálás polimer anyagai. Polielektrolitok, üveg-ionomer cementek. Akrilát polimerek a fogpótlásban és javításban. Elasztomerek a fogpótlás laboratóriumi munkáiban. Szabályozott (lassú) gyógyszeradagoló polimer rendszerek (Controlled Drug Delivery Systems). A gyógyszerek hatásmechanizmusát optimális szinten biztosító, programozott gyógyszer-koncentrációhoz kifejlesztett polimer membránok, mátrixok, hordozók és egyéb adagoló rendszerek. Polimerhez kötött gyógyszerek. Transzdermális gyógyszeradagolás polimer rendszerei Az orvosegészségügyi polimer környezetvédelmi szempontjai. Recycling, downcycling, upcycling. Hulladékanyagok környezeti veszélyessége, toxicitásvizsgálatok. Megújuló alapanyagok, öko-kompatibilis polimerek. Tanítási szünet. Az orvostechnikai polimerek stabilitása. Egészségügyileg elfogadható polimer adalékok, minősítési módszereik, stabilitásának hőmérséklet- és időfüggése. Polimerek a jövő orvostechnikájában. Új polimer anyagok – cikloolefinek. A polimer feldolgozási technológiák fejlődése. Fakultatív ZH
2009.04.01
2009.04.08
2009.04.15
2009.04.22 2009.04.29
2009.05.06
2009.05.13
Felkészülést segítő témakörök 1. Mit értünk biokompatibilitáson, milyen „fokozatokat” lehet megkülönböztetni? 2. Mi a biofunkcionalitás? Soroljon fel néhány funkcionalitási követelményt. 3. Milyen válaszreakciót válthatnak ki a szervezetben a bio-inkompatibilis anyagok? 4. Soroljon fel legalább 3 biokompatibilis polimert, és ismertesse, milyen célra alkalmazhatók. 5. Milyen PE-féleségeket ismer, melyiket milyen célra lehet az orvosi gyakorlatban felhasználni? 6. Mely polimerekből készítenek orvosi fonalakat? 7. Miért nem használunk lágy PVC-t implantátunként? 8. Ismertesse a hőre lágyuló (termoplasztikus) polimerek extrudálási technológiáját. 9. Ismertesse a hőre lágyuló polimerek fröccsöntését. Melyek a fröccsöntési ciklus főbb lépései? 10. Mi okozza a fröccstermék zsugorodását? 11. Vázolja fel a fröccsöntéskor a termékben kialakuló orientációt. 12. Milyen eljárásokat ismer üreges testek előállítására? 13. Ismertesse a szálerősített biokompatibilis termékek anyagrendszerével és technológiájával szemben támasztott követelményeket. 14. Hasonlítsa össze a szálerősített biokompatibilis termékek előállításánál a fröccsöntéses és a sajtolásos technológiát. Melyek az előnyök, hátrányok? 15. Milyen célra alkalmazzák a PMMA-t (illetve kopolimerjeit) (Plexi) az orvostechnikában és miért?
4
16. Hol alkalmaznak kémiai és hol UV iniciált térhálósítást az orvostechnikai célra használt akrilátoknál? Miért? 17. Mi a csontcement, milyen komponenseket tartalmaz? 18. Az akrilát monomerek toxicitása, biokompatibilitása. 19. Miért előnyösek az epoxi polimerek (térfogati kontrakció)? Miért előnyös az epoxi-akrilátok használata? 20. Milyen biokompatibilis kompozitokat ismer? Milyen erősítőszálakat és mátrix anyagokat használnak leggyakrabban ezeknél a kompozitoknál? 21. Mit értünk kompozit anyagon? 22. Mi a mátrix anyag szerepe a kompozitoknál? Ismertesse a biokompatibilis kompozitok néhány előnyös tulajdonságát, összehasonlítva a biokompatibilis fémekkel, kerámiákkal. 23. Hogyan változik a végtelen szállal erősített kompozit anyagok mechanikai tulajdonsága (modulusza, szilárdsága) az erősítőanyag arányának függvényében? Mi itt a terhelés irányának hatása? 24. Mi a kritikus szálhossz, mitől függ az értéke? Mi az aspect ratio, és a rövid szálerősítésű kompozitoknál mekkora szokott lenni? 25. Milyen technológiával dolgozhatók fel a rövid szálerősítésű biokompatibilis kompozitok? Hogyan befolyásolja a technológia a szálorientációt? 26. Mi a kollagén, hogyan állítják elő, és mire használják az orvostechnikában? 27. Mi a kitin, hogyan állítják elő, és mire használják a gyógyászatban? Hogyan készítik a kitozánt, és mire használható? 28. Mi a fibrin, mire használják? 29. Ismertessen néhány biológiailag lebomló (biodegradábilis) polimert. 30. Milyen lebomlási mechanizmusokat ismer biodegradábilis polimereknél? 31. Mi a bulk degradation? Mi okozza az ilyen típusú lebomlást? 32. Milyen lebomlás előnyös a szabályozott gyógyszerleadású rendszereknél? 33. Milyen úton juthat be mérgező anyag a szervezetbe, és ott milyen hatást válthat ki? 34. Hogyan vizsgálják a vegyi anyagok akut toxicitását, mi az LD50 érték? 35. Hogyan vizsgálják a vegyi anyagok krónikus toxicitását? 36. Mi a „recycling”, „downcycling” és „upcycling”? Mondjon példákat. 37. Hogyan fejtik ki hatásukat a káros anyagok a környezetben (természetben)? Soroljon fel néhány ismertebb károsító anyagot. 38. Mivel foglakozik az öko-toxikológia? 39. Mit értünk geogén referencia alatt? Hol kell(ene) a geogén referenciát leginkább alkalmazni? 40. Hogyan jellemezhető az öko-kompatibilitás? 41. Milyen környezeti toxicitásvizsgálati módszereket ismer? 42. Mire szolgál a citotoxicitás-vizsgálat? 43. Milyen öko-kompatíbilis polimereket ismer? 44. Ismertesse a fogászatban használt polimereket. Hogyan csökkenthetjük a zsugorodást? 45. Ismertesse a fogászatban használt „fogcement” típusokat. 46. Ismertesse a fogászatban használt fényre polimerizálódó rendszerek elvét. 47. Ismertesse a szemészetben használható polimereket. 48. Ismertesse a kontaktlencsék polimer anyagával szemben támasztott követelményeket. 49. Ismertesse a műanyag szemüveglencsék előállításának technológiáját. 50. Milyen polimer anyagokat használnak beültethető szemlencse (IOL) céljára? 51. Mire használják a hialuronsav polimerjeit a szemészetben? 52. Ismertesse az ér-protézisekkel szemben támasztott követelményeket. Milyen anyagok és technológiák alkalmasak ér-protézisek készítésére? 53. Milyen célt szolgálnak a szabályozott gyógyszerleadású rendszerek?
5
54. Mi az összefüggés a farmakológiában a terápiás index, a halálos adag (LD50) és az effektív dózis (ED50) között? 55. Ismertesse a hatóanyag útját a szervezetben a kiürülésig. 56. Mi a különbség a nyílt hurkú és a zárt hurkú terápiás rendszerek között? 57. Ismertesse a szabályozott gyógyszerleadású terápiás rendszerek legfontosabb típusait. 58. Ismertesse a membrán típusú szabályozott gyógyszerleadású terápiás rendszerek felépítését. 59. Ismertesse a mátrix típusú szabályozott gyógyszerleadású terápiás rendszerek felépítését. 60. Mely esetben rendelkezik nulladrendű kinetikával a (degradábilis) mátrix típusú szabályozott gyógyszerleadású terápiás rendszer? 61. Ismertesse a hordozó típusú szabályozott gyógyszerleadású terápiás rendszerek felépítését. 62. Hasonlítsa össze a membrán és mátrix típusú TTS rendszereket (előnyök, hátrányok). 63. Milyen lehetőségek vannak a polimerek hőstabilitásának növelésére? 64. Milyen lehetőségek vannak a polimerek fénystabilitásának növelésére? 65. Mik a szuperabszorbensek, hol használják őket? 66. Hogyan lehet megnövelt gáz (és pára) áteresztő képességű fóliákat előállítani? 67. Ismertesse a fogpótlásnál használatos szilikon elasztomereket. 68. Ismertesse a napjainkban használatos sterilezési eljárásokat. 69. Milyen sugársterilező eljárásokat ismer?
