生体機能材料学

Bio-Functional Materials

9982411

82AMAMF308

菊池　明彦

Akihiko Kikuchi

2024年度後期

2024 second semester

月曜2限

Monday 2nd period

先進工学部　マテリアル創成工学科

Department of Materials Science and Technology, Faculty of Advanced Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

医療用材料(バイオマテリアル)は現代の医療を支える重要なものとなっている｡バイオマテリアルの開発で考えるべき重要な点は､材料が生体と接するときには必ず界面が存在することである｡界面における材料と生体との相互作用の制御を通じ､さまざまな医療用材料が作られ､利用されていることを実例を交えながら講義する｡この講義を通じ､表面(界面)の特徴がわかるようになる｡さらに､人工臓器材料､組織工学(再生医療)材料､ドラッグデリバリーシステム､などの実例から､バイオマテリアルとしての種々材料が備えるべき性質を理解する｡将来、医療機器分野の業務に就く技術者が備えるべき知識を養成する。この講義はカリキュラムポリシーの第1項、及び第3項、特に材料工学の専門家としての能力を養うための「専門科目」であり、本学科のディプロマポリシー「材料工学の専門を基盤として社会に貢献するクリエイティブな人材の育成」の目的達成の一環をなすものである。
Medical materials (biomaterials) have become important in supporting modern medical care. An important point to consider in the development of biomaterials is that an interface always exists when a material comes into contact with a living body. Through the control of the interaction between materials and living organisms, lectures will be given with examples of how various medical materials are made and used. Through this lecture, the characteristics of the surface (interface) will be understood. Understand the properties that various materials should have as biomaterials based on examples of materials such as artificial organ materials, tissue engineering (regenerative medicine) materials, and drug delivery systems. Engineers working in the medical device field should have these in the future. Develop knowledge. This lecture is a “specialized subject” to develop the skills of specialists in material engineering, especially in the first and third sections of the curriculum policy. Training creative human resources to contribute ”.

カリキュラムポリシーの第1項、及び第3項、特に材料工学の専門家としての能力を養うための「専門科目」であり、本学科のディプロマポリシー「材料工学の専門を基盤として社会に貢献するクリエイティブな人材の育成」の目的達成の一環をなすものである。　生体機能材料として用いられる三大材料の利用に関する基礎を理解するとともに、その用途、問題点の把握と課題を理解できるようになることを目的とする。
Sections 1 and 3 of the curriculum policy, in particular, "specialized subjects" to develop the skills as a specialist in materials engineering, and the diploma policy of this department "Creatives that contribute to society based on the specialization of materials engineering" Of human resources development ”. The purpose is to understand the basics of the use of the three major materials used as biofunctional materials, to understand their uses, problems, and to understand the issues.

生体機能材料として用いられる材料の代表例を理解するとともに、なぜ特定の材料がその用途に用いられているのかを理解できるようになる。
In addition to understanding typical examples of materials used as biofunctional materials, it becomes possible to understand why specific materials are used for the purpose.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

小テストの実施　Quiz type test／グループワーク　Group work／プレゼンテーション　Presentation／反転授業　Flipped classroom

授業内で示される演習をグループ内で議論しながら解くグループワークを実施する。一部の演習はクラスでの発表を行う。
Group work will be conducted in which students solve exercises presented in class while discussing them within the group. Some exercises will be presented in class.

準備学習：事前にLETUSで配布される講義用資料に目を通し、参考書を参照しながら、材料が医療分野でどのように使われているのか、また、その原理を学ぶ。
復習：講義内容と、授業内小テストの問題を十分復習するとともに、LETUSにより配布される講義内容に対する質問等の回答をよく読んで生体機能材料の理解を深める。
Preparatory learning: Read the lecture materials distributed at LETUS in advance, and refer to the reference books to learn how materials are used in the medical field and their principles.
Review: Review the contents of the lecture and the quizzes in the class, and read the answers to the lecture contents distributed by LETUS carefully to deepen the understanding of biofunctional materials.

講義の受講態度と授業内に行われる小テスト（または課題）(0〜20%)､授業内到達度評価の結果(80〜100%)等から総合的に評価する。
Comprehensive evaluations are made based on the attitude of attending lectures, quizzes (or exercises) conducted in class (0 to 20%), and in-class achievement evaluations (80 to 100%).

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

N

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

｢バイオマテリアルサイエンス｣(石原･中野･山岡･大矢著;東京化学同人　2018)
｢図解で学ぶDDS｣(監修　橋田　充・編集　高倉喜信;　じほう2016)
｢命を守る材料」（菊池・曽我・牧野・柴・大塚共著　東京書籍）
｢バイオマテリアルの基礎」（日本バイオマテリアル学会監修：日本医学館）
｢バイオマテリアルシリーズ１　金属バイオマテリアル｣(塙　隆夫・米山隆之著;コロナ社2007)
｢バイオマテリアルシリーズ２　ポリマーバイオマテリアル｣(石原一彦著;コロナ社2009)
｢バイオマテリアルシリーズ３　セラミックバイオマテリアル｣(岡崎正之・山下仁大共著;コロナ社2009)
｢ヴィジュアルでわかるバイオマテリアル」（古薗・岡田著　秀潤社　2011）


"Biomaterials Science" (Ishihara, Nakano, Yamaoka, Oya; Tokyo Kagaku Doujin 2018)
"DDS learned from illustration" (supervised by Mitsuru Hashida, editor; Yoshinobu Takakura; Jiho 2016)
"Materials for Protecting Life" (Kikuchi, Soga, Makino, Shiba, Otsuka, Tokyo Books)
"Basics of Biomaterials" (Supervised by the Society of Biomaterials, Japan Society of Medical Science)
"Biomaterial Series 1: Metal Biomaterials" (by Takao Hanawa and Takayuki Yoneyama; Coronasha 2007)
"Biomaterial Series 2: Polymer Biomaterial" (Ishihara Kazuhiko; Coronasha 2009)
"Biomaterial Series 3 Ceramic Biomaterial" (Masayuki Okazaki and Hitoshi Yamashita; Coronasha 2009)
"Biomaterials that can be seen through visuals" (by Furuzono and Okada, Shujunsha, 2011)

1　バイオマテリアル概論:　バイオマテリアル概論についてわかるようになる。生体の構造と機能の基礎が理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

2　材料特性:　高分子の特徴と表面物性の評価法の例を理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

3　生体適合性材料1:　血液の成分とそれぞれの役割を理解する。材料が血液と接触したときに起こる反応がわかるようになる。血液適合性材料の開発例を理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

4　生体適合性材料2:　血液適合性材料として特に人工血管に焦点を当て、その開発例を理解できる。軟組織･硬組織適合性材料と、生体との相互作用について理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

5　生体適合性材料3:　軟組織適合性材料と生体との相互作用について理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］
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6　生体適合性材料４:　硬組織適合性材料と生体との相互作用について理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］
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7　人工臓器材料1:　血液と接触する人工臓器の人工心臓を理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

8　人工臓器材料2:　血液と接触する人工肺の基礎を理解できる。人工腎臓の考え方、実際がわかるようになる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

9　人工臓器材料3:　代謝機能臓器の補助・代替機能を持つ人工肝臓の原理・用途を理解できるようになる。(準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

10　人工臓器材料4:　バイオハイブリッド人工臓器代謝機能臓器としての膵臓の機能を理解し、人工膵臓に求められる機能について理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

11　組織工学材料1:　組織工学、再生医療の概念を理解できる。生体内分解性材料と細胞とを用いた組織再生について理解できる。脱細胞化組織を用いた再生医療を理解できる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

12　組織工学材料2:　培養細胞をシート状組織として利用する再生医療法、並びに三次元組織構築の新しい方法論を理解できるようになる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

13　ドラッグデリバリーシステム1:　DDS概論､吸収と改善の方法論がわかるようになる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

14　ドラッグデリバリーシステム2:　コントロールドリリース、ターゲティングの考え方がわかるようになる。（準備学習：講義資料を読み、講義内容の概略を理解する。復習：準備学習と講義内容、授業内演習課題から、講義内容を理解する。）［各1．5h］

15　総合演習:　授業内到達度評価及び解説により本講義の講義内容の修得状況の確認をする。

1 Introduction to Biomaterials: Understand the overview of biomaterials. Understand the fundamentals of the structure and function of living organisms. (Preparatory study: Read the lecture materials and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises.) ［1.5h each]

2 Material properties: Understand the characteristics of polymers and examples of evaluation methods for surface properties. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

3 Biocompatible Materials 1: Understand the components of blood and their respective roles. Understand the reactions that occur when materials come in contact with blood. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

4 Biocompatible Materials 2: Focus on artificial blood vessels as hemocompatible materials and understand the examples of their development. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

5 Biocompatible Materials 3: Understand the interaction between soft tissue-compatible materials and the living body. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

6 Biocompatible Materials 4: Understand the interaction between hard  tissue-compatible materials and the living body. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

7 Artificial organ materials 1: Understand artificial hearts, which are artificial organs in contact with blood. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h for each]

8 Artificial Organ Materials 2: Understand the basics of artificial lungs in contact with blood. Understand the concept and practice of artificial kidney. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

9 Artificial Organ Materials 3: Understand principles and applications of artificial livers that have auxiliary and alternative functions to metabolic function organs. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

10 Artificial Organ Materials 4: Understand the function of the pancreas as a metabolic functional organ and to understand the functions required for a biohybrid artificial pancreas. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

11 Tissue engineering materials 1: Understand the concepts of tissue engineering and regenerative medicine. Understand tissue regeneration using biodegradable materials and cells. Understand regenerative medicine using decellularized tissue. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5 h each]

12 Tissue Engineering Materials 2: Understand regenerative medicine using cultured cells as sheet tissue and new methodologies for constructing three-dimensional tissue. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

13 Drug Delivery System 1: Understand the outline of DDS, absorption and improvement methodology. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5h each]

14 Drug delivery system 2: Understand the concepts of controlled release and targeting. (Preparatory study: Read the lecture material and understand the outline of the lecture content. Review: Understand the lecture content based on their preparatory study, the lecture content, and in-class exercises) [1.5 h each]

15 Comprehensive Exercise: Confirm the mastery of the lecture content of this lecture through in-class achievement evaluation and explanation.
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