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Academic Year: 2024/25

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

69707 - Materials and surface treatments for prostheses and implants


Teaching Plan Information

Academic year:
2024/25
Subject:
69707 - Materials and surface treatments for prostheses and implants
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
633 - Master's Degree in Biomedical Engineering
ECTS:
3.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

The objective of the subject is to provide the student with the knowledge that the interaction of biomaterials with their environment is done through their surface which can be intentionally altered to have control over their behaviour in applications such as implants and prostheses. This subject describes the main techniques used to modify the surfaces of biomaterials. The main methods used to characterise these surfaces from a structural and microstructural point of view are also discussed. This makes it possible to obtain information on the modification carried out and thus to correlate it with the benefit or deterioration of their performance in biomedical applications.

 

 

2. Learning results

1) To understand the importance of the surface of biomaterials for their behaviour.

2) To know the main techniques for surface modification of biomaterials by surface treatments and coatings, and to understand the rationale for their use in a specific application.

3) To know the main techniques to characterize the composition, structure, microstructure and properties of surfaces and coatings.

4) To deepen in some applications of the previous techniques in the field of biomedical engineering.

3. Syllabus

Introduction

1.1- Surface engineering

1.2- Types of biomaterials: Interaction with the biological environment. Adverse effects

1.3- Examples of biomedical applications: Importance of surface area

Surface treatments

2.1- Plasma-based technologies

2.2- Ionic implantation

2.3- Laser surface modification

2.4- Thermochemical treatments

2.5- Mechanical treatments

Coatings

3.1- Plasma polymerization

3.2- Vapor Phase Deposition: PVD and CVD

3.3- Thermal projection

3.4- Sol-gel

3.5- Electrochemicals

Surface characterization techniques

4.1- Composition (XPS, AES, SIMS, EDS)

4.2- Microstructure (electron microscopy, AFM)

4.3- Roughness (profilometry, AFM)

4.3- Coating thickness (calotest, ellipsometry)

4.4- Mechanical properties (hardness, elastic modulus, tribological)

4. Academic activities

Master class: 18 hours

Presentation of the topics combined with examples of commercial products.

Problem solving and case studies: 4 hours

Solving of exercises and discussion of cases extracted from scientific publications.

Laboratory practices: 6 hours

Selection of materials for biomedical engineering applications (CES software), coating technique (anodizing) and visit to characterization equipment.

Practical work: 12 hours of personal work.

Study of a scientific article and preparation of a presentation document.

Personal study:30 hours

Assessment tests: 1 hour of written exam + 2 hours of defence and discussion of papers.

5. Assessment system

The evaluation consists of the following parts:

 

E1: Final exam (30% of the final grade (NF)): Multiple-choice test of 20 to 30 questions.

 

E2: Academic paper (TA) (30% of the NF): This TA consists of analysing a research paper given to each group of students and preparing a paper for presentation.

 

E3: Presentation and discussion (20% of the NF): The TA will be presented to teachers and students.

 

E4: Practical sessions (20% of the NF): reports and laboratory work will be evaluated.

 

If the practical sessions and their reports are not completed, part E4 will be replaced by a practical exam (E5) (written and laboratory) to be taken together with E1, E2 and E3 on a day and time determined by EINA.

 

In order to calculate the NF, at least 40% of the maximum grade for each of the parts must be obtained. Failure to pass this minimum in one or more of these parts will result in a failing grade. and the student will have to pass this (these) part(s) in the second call. The parts with a grade equal to or higher than 40% will be kept for the second call.

 

6. Sustainable Development Goals

9 - Industry, Innovation and Infrastructure


Curso Académico: 2024/25

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

69707 - Materiales y tratamientos superficiales para prótesis e implantes


Información del Plan Docente

Año académico:
2024/25
Asignatura:
69707 - Materiales y tratamientos superficiales para prótesis e implantes
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica
Créditos:
3.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

El objetivo de la asignatura es dotar al alumno del conocimiento de que la interacción de los biomateriales con su entorno se realiza a través de su superficie la cual se puede alterar de forma intencionada para tener control sobre su comportamiento en aplicaciones como implantes y prótesis. En esta asignatura se describen las principales técnicas para modificar las superficies de los biomateriales. También se tratan los métodos más importantes para caracterizar esas superficies desde el punto de vista de su estructura y microestructura lo que permite obtener información de la modificación realizada y por lo tanto correlacionarla con el beneficio o deterioro de sus prestaciones en aplicaciones biomédicas.
 
 

2. Resultados de aprendizaje

1)  Comprender la importancia de la superficie de los biomateriales para su comportamiento.
2) Conocer las principales técnicas de modificación de las superficies de los biomateriales mediante tratamientos superficiales y recubrimientos, y es capaz de entender el porqué de su uso en una aplicación concreta.
3) Conocer las principales técnicas para caracterizar la composición, estructura, microestructura y propiedades de las superficies y recubrimientos.
4)  Profundizar en algunas aplicaciones de las técnicas anteriores en el campo de la Ingeniería Biomédica.

3. Programa de la asignatura

Introducción
1.1. Ingeniería de Superficies
1.2. Tipos de biomateriales: Interacción con el medio biológico. Efectos adversos
1.3. Ejemplos de aplicaciones biomédicas: Importancia de la superficie
Tratamientos superficiales
2.1. Tecnologías basadas en plasma
2.2. Implantación iónica
2.3. Modificación superficial por láser
2.4. Tratamientos termoquímicos
2.5. Tratamientos mecánicos
Recubrimientos
3.1. Polimerización por plasma
3.2. Deposición en fase vapor: PVD y CVD
3.3. Proyección térmica
3.4. Sol-gel
3.5. Electroquímicos
Técnicas de caracterización de la superficie
4.1. Composición (XPS, AES, SIMS, EDS)
4.2. Microestructura (microscopía electrónica, AFM)
4.3. Rugosidad (perfilometría, AFM)
4.3. Espesor de recubrimiento (calotest, elipsometría)
4.4. Propiedades mecánicas (dureza, módulo elástico, tribológicas)

4. Actividades académicas

Clase magistral: 18 horas
Exposición de los temas combinados con ejemplos de productos comerciales.
Resolución de problemas y casos: 4 horas
Resolución de ejercicios y discusión de casos extraídos de publicaciones científicas.
Prácticas de laboratorio: 6 horas
Selección de materiales para aplicaciones en Ingeniería Biomédica (software CES), técnica de recubrimiento (anodizado) y visita a equipos de caracterización.
Realización de trabajos prácticos: 12 horas de trabajo personal.
Estudio de un artículo científico y preparación de un documento de presentación.
Estudio personal: 30 horas
Pruebas de evaluación: 1 horas de examen escrito + 2 horas de defensa y discusión de los trabajos.

5. Sistema de evaluación

La evaluación consta de las siguientes partes:

 

E1: Examen final (30% de la nota final (NF)): Tipo test de entre 20 y 30 preguntas.

 

E2: Trabajo académico (TA) (30% de la NF): Este TA consiste en analizar un artículo de investigación entregado a cada grupo de alumnos y preparar un documento para su presentación.

 

E3: Presentación y discusión (20% de la NF): Se realizará la presentación del TA, ante los profesores y los alumnos.

 

E4: Prácticas (20% de la NF): Se evaluarán los informes y el trabajo en el laboratorio.

 

Si no se realizan las prácticas ni sus informes, la parte E4 se sustituirá por un examen de prácticas (E5) (escrito y de laboratorio) a realizar junto con E1, E2 y E3 en día y horario determinado por la EINA.

 

Se debe obtener por lo menos el 40% de la nota máxima de cada una de las partes para realizar el cálculo de la NF. Si no se supera este mínimo en una o varias de estas partes se obtendrá la calificación de suspenso. y se deberá en la segunda convocatoria superar esta(s) parte(s). Las partes con nota igual o superior al 40% se guardarán para dicha convocatoria.

6. Objetivos de Desarrollo Sostenible

9 - Industria, Innovación e Infraestructura