93925 - MECHANICS OF BIOLOGICAL TISSUES

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce la struttura e le caratteristiche meccaniche dei principali tessuti biologici, ed ha la capacità di: - Comprendere il legame funzione biomeccanica, proprietà meccaniche e struttura dei tessuti; - Analizzare i vari aspetti della risposta meccanica dei tessuti; - Sviluppare ed analizzare esperimenti per caratterizzare meccanicamente i diversi tessuti.

Contenuti

Richiami sulla meccanica dei materiali:
- Elasticità, Plasticità, Visco-elasticità, Pseudoelasticità
- Criteri di collasso (fragile, duttile, visco-elastico, fatica)

Struttura e composizione dei tessuti:
- Componenti strutturali dei tessuti biologici
- Organizzazione e caratteristiche dei tessuti

Classificazione ed analisi dei principali tessuti (in base alla funzione; in base alle caratteristiche):
- Connettivo (osso, cartilagine, menischi, legamenti, tendini, tessuti adiposi)
- (Muscolare)
- Epiteliale (derma, epitelio, mesotelio, endotelio)
- Vasi sanguigni
- (Nervoso)

Caratteristiche meccaniche dei vari tessuti e risposta alle sollecitazioni:
- Funzione, struttura e caratteristiche meccaniche
- Elasticità visco-elasticità
- Resistenza meccanica e trauma dei tessuti
- Crescita, modellamento, riparazione, e rimodellamento

Metodi per la caratterizzazione meccanica dei tessuti:
- Problemi nella sperimentazione (incertezze di misura, propagazioni degli errori, progetto dell'esperimento)
- Tipi di prove (trazione, flessione, compressione, attrito, creep, isteresi, viscosità, etc).
- Strumentazione


Esercitazioni:
Il corso si avvale di esercitazioni sia numeriche che, soprattutto, sperimentali (una alla settimana). Nel corso delle esercitazioni vengono eseguite caratterizzazioni di tessuti e sistemi biomeccanici. Ciascuno studente deve redigere una relazione tecnica per ciascuna delle esercitazioni svolte. La relazione deve essere sintetica ma esaustiva e coprire i seguenti aspetti: introduzione e finalità dell'esperimento; descrizione dei provini, dei materiali utilizzati e dei metodi; presentazione dei risultati (comprensiva di un'analisi degli errori); discussione dei risultati e note conclusive.


Svolgimento di tesine:
- Gli argomenti vengono concordati entro 4 settimane dall'inizio del corso.

- Gli studenti si organizzano in gruppi di lavoro di 2-5 persone, e ne comunicano la composizione entro 4 settimane dall'inizio del corso.

- Variazioni della composizione del gruppo dopo tale data vanno concordate con il docente.

- Sono previsti incontri di discussione/revisione del lavoro durante lo svolgimento della tesina.

- Due settimane prima del termine delle lezioni ciascun gruppo consegna al docente una relazione scritta (unica per il gruppo).  L'estensione della relazione dipende dalla numerosità del gruppo: si raccomandano 5-10 pagine (comprese eventuali illustrazioni) per componente del gruppo.

- Nel corso delle ultime lezioni ciascun gruppo presenta il proprio lavoro (secondo un calendario concordato con il docente). Ciascuno degli studenti del gruppo ne presenterà una parte.  Si raccomanda di utilizzare delle slides (es Powerpoint): 8-10 minuti per componente del gruppo (indicativamente 8-10 slides a testa)

- Tutti i membri di ciascun gruppo sono interamente responsabili della qualità del manoscritto presentato; ciascuno è responsabile della propria presentazione orale.

- La presentazione della tesina (nel corso delle ultime lezioni) costituirà parte integrante della prova d'esame.

Testi/Bibliografia

Il corso si basa principalmente su dispense a cura del docente (sufficienti a coprire l'intero programma d'esame).

Le dispense vengono rese disponibili tramite i servizi web di ateneo, e sono scaricabili dal portale Insegnamenti Online (accesso riservato Studenti UniBo)

Lo studente può inoltre approfondire gli studi nei seguenti testi specialistici (facoltativo):
- Montevecchi F., Redaelli A. “Biomeccanica. Analisi multiscala di tessuti biologici” Patron Pubbl. 2007
- Fung Y.C. "Biomechanics: Mechanical properties of living tissues” Springer-Verlag Publ., 1981 (caratteristiche dei tessuti)
- Fung Y.C. "Biomechanics: Motion, flow, stress and growth” Springer-Verlag Publ., 1990 (adattamento dei tessuti alle sollecitazioni)
- Beer F.P., Russel J.E. "Scienza delle costruzioni. Introduzione alla meccanica dei materiali" McGraw-Hill Publ. (scienza delle costruzioni: teoria ed esempi)
- Nordin M., Frankel V.H. "Basic biomechanics of the musculoskeletal system" Lea & Febiger Publ. (esercizi ed esempi di biomeccanica)
- Black J., Hastings G. "Handobook of biomaterial properties" Chapman & Hall Publ. (proprieta' dei materiali)
- Bronzino J.D. "The Biomedical engineering handbook" CRC Press - IEEE Press (riferimento generale)
- Palastanga et al. "Anatomy and human movement" Butterworth-Heinemann Publ. (anatomia funzionale)
- Pietrabissa R. "Biomateriali per protesi e organi artificiali" Patron ed. (biomateriali)

Metodi didattici

Le lezioni teoriche vengono alternate ad esercitazioni pratiche (che costituiscono parte integrante del programma d'esame) in cui vengono illustrati gli argomenti trattati a lezione.

 

Per poter seguire le esercitazioni in laboratorio

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

NOTA: in relazione all'emergenza COVID-19, le modalità di esame saranno necessariamente adattate rispetto a quanto indicato qui sotto, per poter condurre gli esami in remoto. Le notizie più aggiornate si trovano nella pagina "avvisi" del docente e nelle bacheche virtuali di Ateneo e della Scuola di Ingegneria.

Per superare l'esame è necessario:

1) Avere svolto le tesine concordate con il docente ed averle presentate in maniera soddisfacente;

2) Presentare le relazioni scritte sulle esercitazioni di laboratorio (il giorno stesso dell'orale, non prima).  Ciascuno studente deve presentare una stampa cartacea (esame in presenza) o pdf (esame in remoto) al momento dell'orale.

3) Sostenere un esame orale consistente in :

• Domande di teoria su tutto il programma svolto, compresi i seminari svolti in orario di lezione;

• Discussione relazioni sulle esercitazioni di laboratorio.  

Il voto finale si basa sul voto conseguito nella presentazione della tesina (33%), e sulla prova orale (66%).

In caso di insufficienza, lo studente non potra' ri-sostenere l'orale prima di 30 giorni.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, lavagna tradizionale. L'attivita' pratica in laboratorio prevede l'uso di strumenti per la preparazione dei provini, e di macchine di prova materiali.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Cristofolini