18787 - BIOMATERIALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente e' in grado di conoscere i piu' importanti biomateriali e le relative interazioni con il corpo umano. In particolare è in grado di: - conoscere i materiali utilizzati per la progettazione e la realizzazione dei biomateriali; - analizzare i comportamenti di biocompatibilita'; - conoscere le applicazioni specifiche dei biomateriali; - conoscere le metodologie analitiche idonee per la caratterizzazione dei biomateriali.

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

Commercializzazione e sorveglianza dei dispositivi medici

• Direttiva nazionale, internazionale e recepimento italiano
• Gli obblighi del produttore
• Gli organismi notificati per il marchio CE
• Il ruolo dei laboratori di prova
• La responsabilità del medico e la sperimentazione clinica

Testi/Bibliografia

TESTI CONSIGLIATI:

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 e valutazione dell'apprendimento

Esami orali

Strumenti a supporto della didattica

Esercitazioni

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.geomin.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Valdrè