• 086026 - BIOINGEGNERIA CHIMICA [1]

Il corso integrato intende fornire le basi di scienza dei Biomateriali (Bioingegneria Chimica [1]) e dei meccanismi di interazione con i tessuti biologici (Bioingegneria Chimica [2]).

L’insegnamento del modulo Bioingegneria Chimica [1] si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della scienza e della tecnologia dei materiali, in particolare delle tre principali classi di materiali: metalli, polimeri e ceramici. Inoltre, allo studente verranno fornite competenze riguardanti i materiali che vengono impiegati in ambito biomedico, evidenziando le problematiche, i vantaggi e le principali applicazioni di questi. I possibili meccanismi di degradazione dei materiali polimerici e ceramici verranno illustrati per meglio comprendere come questi possano influenzare la risposta dell’ambiente biologico in presenza di un biomateriale.

A seguito del superamento dell'esame, lo studente:

• conoscerà la struttura dei materiali metallici, polimerici e ceramici;
• conoscerà le tecnologie di lavorazione dei materiali appartenenti alle tre classi di materiali;
• conoscerà le principali tipologie di materiali metallici, polimerici e ceramici;
• saprà definire le principali proprietà dei materiali utilizzati per realizzare dispositivi biomedici;
• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali della struttura dei materiali;
• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali della degradazione dei materiali polimerici e della corrosione dei materiali metallici;
• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali dei metodi di sterilizzazione;
• sarà in grado di valutare le possibili applicazioni dei biomateriali;
• sarà in grado di applicare le conoscenze trasmesse a problemi di carattere biomedico;
• sarà in grado di affrontare problemi inerenti alla Bioingegneria Chimica anche non esplicitamente trattati nell’insegnamento utilizzando i metodi appresi.

Introduzione ai materiali.

Materiali polimerici: struttura, ottenimento (naturali, sintetici), configurazione; conformazione, transizioni termiche e proprietà generali.

Materiali ceramici: struttura e proprietà.

Materiali metallici e leghe: struttura e proprietà.

Materiali compositi: principali proprietà.

Proprietà meccaniche dei materiali, metodi di valutazione e parametri ottenibili.

Tecnologie di lavorazione delle varie classi dei materiali, con particolare riferimento alle applicazioni biomedicali.

Metodi di sterilizzazione e problematiche connesse.

Degradazione dei materiali polimerici, corrosione dei materiali metallici e problematiche di usura con particolare riferimento all'ambiente corpo umano.

Principali tipi di biomateriali e loro impiego nella preparazione di dispositivi e protesi.

Le esercitazioni in aula e in laboratorio verteranno sull’approfondimento di argomenti trattati a lezione, con dimostrazioni pratiche. Durante le esercitazioni, gli studenti saranno chiamati a rispondere a domande ed esercizi concernenti gli argomenti specifici del corso.

 Main classes of materials used in medicine: metals, polymers, ceramics and composites. Structure-property relationships, processing, mechanical behaviour. Sterilization and related problems. Most important biomaterials and examples of their use.  Introduction to materials, Polymeric materials: structure, processing (synthetic polymers), configuration, conformation, thermal transitions and general properties. Ceramics: structure and properties. Metals and alloys: structure and properties. Composites: main properties. Mechanical properties and investigation techniques. Processing methods for the different classes of materials, in particular for biomedical applications. Problems related to sterilization methods. Degradation, corrosion and wear. Main biomaterials and their applications in the fabrication of devices and prosthesis.

Practical activities: exercises, problems, questions on the topics explained during the lessons.

The learning outcomes of the course are those defined by Dublin descriptors, specifically applied to the programme and the notions supplied in the course: 1) Knowledge and understanding, 2) Ability to apply knowledge and understanding, 3) making judgments, 4) Communication skills, 5) Learning skills.

Sono necessarie e propedeutiche conoscenze elementari di chimica e fisica.

L’esame consiste in una prova scritta, della durata indicativa di un’ora, sull'intero programma dell’insegnamento, nella quale viene chiesto allo studente di rispondere a domande ed esercizi su concetti fondamentali trattati durante il corso, utilizzando il formalismo e la terminologia appropriati. Non è prevista alcuna prova orale.

In sede di esame finale lo studente deve dimostrare di:

• conoscere la struttura dei materiali polimerici, metallici e ceramici;
• aver acquisito concetti riguardanti le tecnologie di lavorazione e le proprietà specifiche dei materiali appartenenti alle tre principali classi di materiali;
• conoscere le tipologie di materiali utilizzabili in ambito biomedico;
• conoscere i meccanismi di degradazione a cui possono essere soggetti i biomateriali anche quando impiantati nel corpo umano;
• conoscere le principali tecniche di sterilizzazione dei biomateriali;
• applicare metodi e strumenti propri della bioingegneria chimica per valutare le possibili applicazioni in ambito biomedico dei materiali;
• saper discutere le possibili applicazioni dei biomateriali in ambito biomedico;
• saper gestire risorse e tempi per il completamento del compito assegnato.