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Il corso si articola in lezioni di teoria ed esercitazioni pratiche di laboratorio. Nelle lezioni di teoria, dopo aver fornito le nozioni fondamentali di metrologia e illustrati i principali strumenti di misura, si descrivono i modelli costitutivi ed i metodi di caratterizzazione della meccanica dei tessuti, con principale riferimento ai tessuti biologici.

La parte sperimentale è volta all’apprendimento guidato delle fasi della caratterizzazione meccanica di tessuti biologici: a) progettazione dell’esperimento; b) preparazione dei campioni; c) utilizzo delle macchine e delle attrezzature di prova; d) esecuzione dell’esperimento; e) analisi dei dati e identificazione delle proprietà costitutive.

Al termine del corso, lo studente dovrebbe aver acquisito la capacità di:

- comprendere la risposta meccanica dei tessuti

- sviluppare ed analizzare esperimenti per caratterizzare meccanicamente i tessuti

Programma delle lezioni

a) Fondamenti di misure meccaniche e termiche

Principi della misura. Caratteristiche degli strumenti di misura. Misure di lunghezza e spostamento. Misura di deformazioni. Misure di forza, coppia e pressione. 

(b) Meccanica dei tessuti biologici (Richiami)

Struttura e composizione dei tessuti biologici; classificazione ed analisi dei principali tessuti. Caratteristiche meccaniche dei tessuti e risposta alle sollecitazioni: funzione, struttura e caratteristiche meccaniche; elasticità, viscoelasticità e poroelasticità; anisotropia; resistenza meccanica e trauma; riparazione e rimodellamento.

(c) Metodi sperimentali per la caratterizzazione meccanica dei tessuti biologici

Problemi nella sperimentazione. Conservazione e preparazione dei campioni. Afferraggi per prove uniassiali e biassiali. Misura di deformazione su tessuti ad alta deformabilità. Prove di caratterizzazione su tessuti e organi. Prove meccaniche su tessuti ricchi di collagene (legamenti, membrane biologiche) e su tessuti mineralizzati (osso). Prove su materiali bifasici (cartilagine). Misura di viscosità di fluidi biologici. Metodi di caratterizzazione in vivo.

Attività di laboratorio

(a) Materiali e metodi di prova

Macchine di prova: dispositivi uniassiali e biassiali; attuatori; sistemi di controllo in forza, spostamento e deformazione. Esecuzione di prove meccaniche (trazione, compressione, flessione, torsione, creep e rilassamento, isteresi, viscosità, durezza). Taratura di trasduttori.

(b) Caratterizzazione di tessuti soffici

Preparazione dei campioni. Afferraggio e misura di deformazione. Prove di caratterizzazione viscoelastica (precondizionamento, trazione, creep, rilassamento, isteresi). Prove uniassiali (tendini, legamenti) e biassiali (membrane). Identificazione dei parametri di un modello viscoelastico.

(c) Caratterizzazione di tessuti mineralizzati

Preparazione dei campioni. Afferraggio e misura di deformazione. Prove di trazione, compressione e flessione (trazione indiretta) su osso.

(d) Caratterizzazione di tessuti poroelastici

Preparazione dei campioni. Prove di compressione e creep confinato e non confinato su cartilagine. Determinazione dei parametri del modello poroelastico.

NB L’accesso al corso è a numero limitato. La procedura obbligatoria di richiesta accesso si trova qui http://www.ccsbio.polimi.it/?page_id=27

Modalità di esame: relazioni sui laboratori a gruppi oltre ad uno scritto individuale. Non sono previste verifiche in itinere 

Si presume già acquisita la conoscenza dei principali modelli costitutivi (elastico, viscoelastico, elastoplastico) e delle fondamenta della meccanica dei solidi, così come delle caratteristiche morfologiche e funzionali dei principali tessuti biologici.

Gli studenti, suddivisi in gruppi di lavoro, dovranno redigere delle relazioni sulle attività sperimentali svolte durante le ore di laboratorio e consegnarle secondo scadenze comunicate in aula.

La verifica finale consiste in un esame scritto che verterà sugli argomenti trattati a lezione e in laboratorio e sulla valutazione delle relazioni presentate dagli studenti.  Tutti i membri di ciascun gruppo sono interamente responsabili della qualità del manoscritto presentato.

le dispense saranno distribuite durante il corso