18787 - BIOMATERIALI

Scheda insegnamento

  • Docente Giovanni Valdrè

  • Crediti formativi 4

  • SSD GEO/06

  • Modalità didattica Convenzionale - Lezioni in presenza

  • Lingua di insegnamento Italiano

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente apprende concetti di base su le basi scientifiche e tecnologiche dei processi di biomineralizzazione, sulla chimica dei materiali biomimetici, a base di carbonio e ceramici fosfatici e sul comportamento dei biomateriali interfacciati con i tessuti vitali (biocompatibilità). Lo studente è in grado di: comprendere le potenzialità professionali sui processi di produzione di oggetti utili per applicazioni biomediche, farmaceutiche ed ambientali, con utilizzo di materiali da fonti rinnovabili (biominerali) per applicazioni eco e biocompatibili (biomateriali).

Programma/Contenuti

Generalità

  • Introduzione e definizioni
  • Panoramica sulle applicazione dei biomateriali
  • Cenni di progettazione dei biomateriali
  • Definizione di compatibilità all'applicazione nell'uomo
  • La frontiera della ricerca: i materiali biomimetici e l'ingegneria tissutale

Reazioni dell'organismo all'impianto di materiali estranei

  • Introduzione e definizioni
  • Cenni di Biologia (la cellula, i tessuti, ecc.)
  • Il processo di guarigione di una lesione tissutale
  • La risposta dei tessuti all'impianto di materiale estraneo 
  • La risposta del sangue
  • Le reazioni agli impianti che attraversano la cute o la mucosa

Struttura e proprietà dei materiali

  • Introduzione
  • Gli stati di aggregazione della materia
  • Lo stato gassoso e lo stato liquido
  • Lo stato solido ed i legami chimici nei solidi
  • Concetto di  fase, la regola delle fasi
  • Cenni di termodinamica, energia libera, stabilità di fase
  • Principi di cristallografia
  • Ordine e disordine atomico, transizioni termodinamiche
  • Imperfezioni e difetti nei solidi
  • Relazione struttura-proprietà
  • Metodi per lo studio della struttura, della difettualità e della chimica dei materiali (microscopia elettronica, diffrazione di elettroni e di raggi X, fluorescenza di raggi X, microanalisi di raggi X, FTIR-UV-VIS, analisi termiche, spettrometria di massa, elettrodi iono-selettivi)
  • Considerazioni generali sulle proprietà meccaniche
  • Sollecitazione meccanica semplice, sollecitazione statica e sollecitazione dinamica
  • Ruolo dei difetti sulle proprietà meccaniche dei solidi
  • Viscoelasticità, creep e rilassamento dello sforzo
  • Durezza, attrito ed usura
  • Proprietà termiche, elettriche, acustiche ed ultrasoniche
  • Densità, porosità ed assorbimento dei raggi X
  • Permeabilità dentinale ed ossea
  • Proprietà ottiche, il colore e la sua determinazione

I biomateriali metallici

  • Struttura e proprietà dei materiali metallici
  • I diagrammi di equilibrio delle leghe (il diagramma FeC, NiTi, CoCr, la trasformazione martensitica)
  • I biomateriali metallici (acciai inossidabili, leghe CoCr e di Titanio, leghe auree, NiTi, amalgama, leghe a memoria di forma “Shape Memory Alloys”)
  • Applicazioni dei metalli come biomateriali (endoprotesi ortopediche, materiali e protesi odontoiatriche, metalli ortodontici)
  • Problematiche, la corrosione (diagrammi di Pourbaix), la corrente di Faraday, la biocompatibilità e la tossicità
  • Processi tecnologici di produzione e formatura

I biomateriali ceramici

  • Struttura e proprietà dei materiali ceramici
  • I biomateriali ceramici
  • Materiali ceramici bioinerti, biodegradabili e bioattivi
  • Applicazioni dei bioceramici, funzionalità
  • Il carbonio ed il suo utilizzo come biomateriale
  • Processi tecnologici di produzione e formatura
  • I biominerali

I tessuti biologici

  • Fondamenti di chimica organica e di biochimica
  • Tessuti duri mineralizzati
  • Anatomia dell'osso e del dente
  • Proprietà meccaniche dei tessuti duri mineralizzati
  • Rimodellamento osseo e proprietà elettriche dell'osso
  • Proprietà meccaniche e chimico-fisiche dello smalto e della dentina
  • I tessuti molli
  • Anatomia della pelle, del tessuto vascolare e del tessuto muscolare
  • La cartilagine
  • Il collagene e i tessuti ricchi di collagene
  • L'elastina e i tessuti elastici, i tessuti compositi
  • Il collagene come biomateriale, trattamento e applicazioni
  • Anatomia dell'occhio, dell'orecchio e i relativi materiali sostitutivi

I Biomateriali polimerici sintetici

  • I polimeri sintetici e il processo di polimerizzazione
  • La struttura e la tessitura del materiale polimerico
  • La transizione vetrosa e il significato della temperatura di transizione vetrosa Tg
  • I polimeri termoplastici
  • I polimeri termoindurenti
  • Relazione tra struttura e proprietà dei polimeri
  • I biomateriali polimerici
  • Degradazione dei polimeri
  • Biocompatibilità
  • Processi tecnologici di produzione e formatura

I Biomateriali compositi

  • Metallo-ceramica
  • Metallo-metallo
  • Ceramico-ceramico
  • Polimero-ceramico
  • Metallo-organici
  • Applicazioni e processi tecnologici di produzione e formatura

Le Protesi

  • Protesi Vascolari
  • Protesi valvolari cardiache
  • Endoprotesi ortopediche
  • Protesi in odontoiatria
  • Protesi in oculistica
  • Chirurgia generale e plastica

Biocompatibilità - normativa-divulgazione scientifica

  • Test di valutazione
  • Test iniziali, test secondari e test di utilizzo
  • Fonti di informazioni sui biomateriali e sulla loro biocompatibilità
  • Banche dati, siti internet
  • I principali Laboratori e Centri di studio sui Biomateriali
  • L'Istituto Superiore di Sanità ed il Ministero
  • Le principali riviste sui Biomateriali

Testi/Bibliografia

R. Pietrabissa, Biomateriali per protesi e organi artificiali, Pàtron Editore, Bologna

G. Valdrè, U. Valdrè, Misure, CLUEB, Bologna

C. Di Bello, Biomateriali, Pàtron Editore, Bologna

A. von Recum, Handbook of Biomaterials Evaluation, Taylor & Francis, London

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esami orali

Strumenti a supporto della didattica

Esercitazioni

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Valdrè