BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR Polimertechnika Tanszék Polimerek az orvostechnikában 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 óraszám Hét E G L Előadás Dátum 1 2 - - 2 2 - - 3 - - - 4 2 - - 5 2 - - 6 2 - - 7 2 - - Az orvostechnikában alkalmazott polimer protézisek, segédeszközök követelményrendszere: mechanikai, kémiai és biológiai követelmények, sterilitás, biofunkcionalitás, biokompatibilitás. Polimer anyagok kontaktusban élő sejtrendszerekkel: hemokompatibilitás, szövet kompatibilitás 2009.02.11 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. 2009.02.18 Természetes polimerek az orvostechnikában: kollagén, kitin, kitozán, fibrin. Biodegradábilis polimerek orvostechnikai célokra: poli-laktidok, polikaprolakton, polianhidridek. 2009.02.25 Kompozit polimerek az orvostechnikában. Az alkalmazás feltételrendszere. A szálerősítés mechanizmusa végtelen és vágott, rövid szállal erősített kompozitokban. 2009.03.04 Az orvostechnikai polimerek sterilizálása. A sterilizálás fizikai és kémiai módszerei. A sterilizálás hatása a készenléti eszközök stabilitására. A steril eszközök csomagolástechnikája. 2009.03.11 Polimerek a cardiovasculáris gyógyászatban, az érpótlás polimertechnikája. Egyszerhasználatos, extracorporális eszközök: fecskendők, vérvételi szerelvények. A házi betegellátás, a csecsmő- és idősgondozás polimer eszközei. 2009.03.18 A sebészet polimer implantátumai. Csípőizület endoprotézis szálerősített polimerkompozitból. A modell: a csont, mint 2009.03.25
3 anizotróp, strukturált polimer kompozit. a protézis: karbonszállal erősített poliéter-éterketon (PEEK). Modellezés CT képfelvétel után 3D CAD eljárással. Orvostechnikai polimerek a szemészetben. Az akrilát 8 2 - - szemüveglencse anyaga és technológiája. Kontaktlencse anyagok és technológiák. Műanyag lencse implantátum. A szemsebészet viszkoelasztikus polimer gél anyagai. 2009.04.01 9 2 - - A fogászat polimertechnikája. A fogpótlás, a fogrestaurálás polimer anyagai. Polielektrolitok, üveg-ionomer cementek. Akrilát polimerek a fogpótlásban és javításban. Elasztomerek a fogpótlás laboratóriumi munkáiban. 2009.04.08 10 2 - - 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 2009.04.15 11 2 - - Az orvosegészségügyi polimer környezetvédelmi szempontjai. Recycling, downcycling, upcycling. Hulladékanyagok környezeti veszélyessége, toxicitásvizsgálatok. Megújuló alapanyagok, öko-kompatibilis polimerek. 2009.04.22 12 2 - - Tanítási szünet. 2009.04.29 Az orvostechnikai polimerek stabilitása. Egészségügyileg 13 2 - - elfogadható polimer adalékok, minősítési módszereik, stabilitásának hőmérséklet- és időfüggése. 2009.05.06 14 2 - - Polimerek a jövő orvostechnikájában. Új polimer anyagok cikloolefinek. A polimer feldolgozási technológiák fejlődése. Fakultatív ZH 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 LD 50 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 (LD 50 ) és az effektív dózis (ED 50 ) 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?