Última actualización: 19/12/2023


Curso Académico: 2023/2024

Microdispositivos Biomédicos
(15564)
Grado en Ingeniería Biomédica (Plan: 419 - Estudio: 257)


Coordinador/a: MUÑOZ BARRUTIA, MARIA ARRATE

Departamento asignado a la asignatura: Departamento de Bioingeniería

Tipo: Optativa
Créditos: 6.0 ECTS

Curso:
Cuatrimestre:




Requisitos (Asignaturas o materias cuyo conocimiento se presupone)
Se recomienda haber completado con éxito: - Introducción al diseño de instrumentación biomédica; y - Dispositivos e instrumentación médica
Objetivos
El objetivo principal de este curso es proporcionar a los estudiantes una comprensión de los principios biofísicos y químicos de los sistemas biomédicos micro-electro-mecánicos, también conocidos como BioMEMS, y sus aplicaciones en campos multidisciplinares como la medicina, las ciencias clínicas, la ciencia de los materiales y la ingeniería. El estudio de los principios de las técnicas de microfabricación, los micropatrones, los sistemas microfluídicos y los biosensores, se complementarán con ejemplos de aplicaciones reales de los BioMEMS como: los transductores biomecánicos, ópticos y electroquímicos utilizados para medidas in vivo e in vitro, los microdispositivos empleados en biología molecular y celular, las aproximaciones de microfabricación utilizadas en análisis y diagnóstico clínico, las tecnologías híbridas orientadas a la microingeniería de tejidos y crecimiento de órganos, los microdispositivos implantables basados en microelectrónica biomédica, las microherramientas para cirugía, los dispositivos en el punto de cuidado y los procesos de interfaz y empaquetado macroscópico/microscópico. En particular, al final del curso cada estudiante debería ser capaz de: - Integrar el conocimiento adquirido en cursos previos de medicina y biología para crear soluciones implementables a problemas de microingeniería. - Seleccionar los materiales apropiados para la construcción de los microdispositivos biomédicos. - Comprender los principios básicos de la microfabricación y la integración de sistemas en los dispositivos BioMEMS. - Diseñar y construir sistemas microfluídicos sencillos y realizar experimentos utilizando dichos dispositivos. - Describir diferentes mecanismos de transducción y elegir el apropiado para una aplicación dada. - Tener una apreciación de los retos técnicos y las oportunidades que los micro-dispositivos biomédicos brindan a las ciencias biológicas y médicas. - Trabajar de forma eficaz como parte de un grupo de estudiantes tanto en las sesiones prácticas como en la resolución de ejercicios. - Adquirir mediante la lectura individual, los ejercicios prácticos y la investigación, conocimiento técnico relacionado con el contenido del curso, incluyendo las aplicaciones emergentes de los micro-dispositivos biomédicos.
Competencias y resultados del aprendizaje
RA3: Ser capaces de realizar diseños conceptuales para aplicaciones de bioingeniería de acuerdo a su nivel de conocimiento y comprensión, trabajando en equipo. El diseño abarca dispositivos, procesos, protocolos, estrategias, objetos y especificaciones más amplias que las estrictamente técnicas, lo cual incluye conciencia social, salud y seguridad, y consideraciones medioambientales y comerciales. RA4: Ser capaces de usar métodos apropiados para llevar a cabo estudios y resolver problemas del ámbito biomédico, en consonancia con su nivel de conocimiento. La investigación implica la realización de búsquedas bibliográficas, el diseño y ejecución de prácticas experimentales, la interpretación de datos, la selección de la mejor propuesta y la comunicación de los conocimientos, ideas y soluciones en el ámbito de su campo de estudio. Puede requerir la consulta de bases de datos, normas y procedimientos de seguridad. RA5: Adquirir conocimientos medios-avanzados de la ingeniería y de las ciencias biomédicas, así como demostrar una comprensión de los aspectos teóricos y prácticos y de la metodología de trabajo en su campo de estudio. CB1: Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio. CB2: Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio. CB3: Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética. CB4: Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado. CB5: Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. CG2: Capacidad para diseñar, redactar y desarrollar proyectos científico-técnicos en el ámbito de la ingeniería biomédica. CG4: Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidad ética, social y profesional de la actividad del ingeniero biomédico. Capacidad de liderazgo, innovación y espíritu emprendedor. CG6: Conocimiento de las normas, reglamentos y legislación vigentes y capacidad de aplicación a proyectos de bioingeniería. Bioética aplicada a la ingeniería biomédica. CG7: Redactar, representar e interpretar documentación científico-técnica. CG8: Capacidad para la resolución de los problemas matemáticos, físicos, químicos y bioquímicos que puedan plantearse en la ingeniería biomédica. CG9: Capacidad para el análisis y diseño conceptual de dispositivos electrónicos que permitan resolver problemas en biología y medicina. CG15: Capacidad de aplicar técnicas de microfabricación, microfluídica, nanotecnología e impresión en 3 D en el ámbito de los biomateriales. CG20: Capacidad de diseñar instrumentos para aplicaciones médicas, desde instrumental quirúrgico hasta biosensores de tamaño micro y nanométrico. CG21: Capacidad de analizar problemas complejos y multidisciplinares desde el punto de visto global de la Instrumentación Biomédica. CT1: Capacidad de comunicar los conocimientos oralmente y por escrito, ante un público tanto especializado como no especializado. CT2: Capacidad de establecer una buena comunicación interpersonal y de trabajar en equipos multidisciplinares e internacionales. CT3: Capacidad de organizar y planificar su trabajo tomando las decisiones correctas basadas en la información disponible, reuniendo e interpretando datos relevantes para emitir juicios dentro de su área de estudio.
Descripción de contenidos: Programa
1. Introducción Parte I. Fundamentos de BioMEMS 2. Materiales para BioMEMS 3. Métodos y procesos de microfabricación para BioMEMS 4. Sistemas microfluídicos 5. Lab-on-a-Chip or Micro Total Analysis Systems 6. Sensores y métodos de detección Parte II. Aplicaciones de los BioMEMS 7. 'Chips' basados en células para biotecnología y biología molecular 8. BioMEMS para la biología celular 9. Vigilancia clínica e intervención terapéutica Parte III. Prácticas en el laboratorio 1. Diseño de microdispositivos en PDMS 2. Fabricación y caracterización de microdispositivos en PDMS 3. Diseño y caracterización de dispositivos microfluídicos en papel 4. Diseño y calibración de un glucómetro 5. Electrónica flexible 6. Análisis de datos de citometría de flujo
Actividades formativas, metodología a utilizar y régimen de tutorías
La metodología de la enseñanza se basará principalmente en clases, seminarios y sesiones prácticas. CLASES: Debido a la gran cantidad de temas cubiertos y su naturaleza multidisciplinar, es muy conveniente que el estudiante lea la documentación asignada antes de las clases y cuándo sea necesario, la complemente con información adicional conseguida mediante su trabajo personal. 1) Clases: Serán una herramienta para que los profesores incidan y clarifiquen algunos aspectos difíciles o interesantes de la materia correspondiente. 2) Seminarios: Se dedicarán a presentaciones dadas por investigadores invitados expertos en materias relacionadas con el curso y discusión con los estudiantes. Durante las sesiones, se distribuirán ejercicios que serán resueltos en pequeños grupos de 2 o 3 estudiantes. En algunas ocasiones, los ejercicios se asignarán como trabajo para realizar fuera de clase. La resolución de los trabajos asignados se deberán subir a la plataforma dentro del plazo previsto. 3) Presentaciones orales: Al menos una vez durante el curso, cada estudiante tendrá la oportunidad de realizar una presentación oral corta en un tema relacionado con el curso. Estas presentaciones orales se prepararán o individualmente o en grupos de dos personas y tendrán una duración aproximada de 10-15 minutos por estudiante. Se realizarán tutorías y clases de apoyo antes del examen final. Asistencia a las clases, realización de los exámenes intermedios o la entrega de las soluciones a los ejercicios no son obligatorios. SESIONES PRÁCTICAS: Las sesiones prácticas consistirán en visitas a centros clínicos o de investigación y a trabajo práctico en el laboratorio. 1) Visitas a centros clínicos o de investigación: Estas visitas a centros que diseñan, fabrican o utilizan bioMEMS tendrá como objetivo exponer a los estudiantes a los aspectos prácticos relacionados con la materia estudiada. Para consolidar los conceptos aprendidos, los estudiantes prepararán un pequeño informe sobre la visita. 2) Prácticas de laboratorio: Durante estas sesiones, los experimentos se realizarán en grupos de 2 o 3 estudiantes. Cada práctica consistirá de un experimento sencillo que permitirá a los estudiantes familiarizarse con un tipo de dispositivo diferente. Se obtendrán datos experimentales, que serán analizados y presentados en un informe. La asistencia a las sesiones prácticas es obligatoria. Las sesiones de tutoría y sus horarios se publicarán en Aula Global.
Sistema de evaluación
  • Peso porcentual del Examen Final 40
  • Peso porcentual del resto de la evaluación 60
Calendario de Evaluación Continua
Bibliografía básica
  • Albert Folch. Introduction to BioMEMS. CRC Press. 2013
  • Albert Folch. Hidden in Plain Sight. The MIT Press. 2022
  • Ellis Meng. Biomedical Microsystems. CRC Press. 2011
Bibliografía complementaria
  • Simona Badilescu, Muthukumaran Packirisamy. BioMEMS: Science and Engineering Perspectives. CRC Press. 2016
  • Stephen D. Senturia. Microsystems Design. Kluwer Academic Publishers. 2001

El programa de la asignatura podría sufrir alguna variación por causa de fuerza mayor debidamente justificada o por eventos académicos comunicados con antelación.