IBL9

Lingua Insegnamento:

Italiano
Testi di riferimento:

Biomaterials Science - 4th edition
Editors: William Wagner Shelly Sakiyama-Elbert, Guigen Zhang Michael Yaszemski
Academic Press (Elsevier), 2020
eBook ISBN: 9780128161388
Hardcover ISBN: 9780128161371

Biomateriali. Dalla scienza dei materiali alle applicazioni cliniche
C. Di Bello, A. Bagno
Ed. Patron, 2016
ISBN/EAN: 9788855533324

Slides delle lezioni
Obiettivi formativi:

Il corso intende fornire agli studenti i fondamenti di Scienza e Tecnoloiga dei Biomateriali
e le competenze necessarie ad operare nel campo del design di Biomateriali e di dispositivi biomedici che utilizzino biomateriali.
D1 - Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere i principi fisici e
chimici di
base che sottendono alle proprietà dei materiali studiati, le proprieta’
funzionali dei vari materiali e come queste siano correlate
alla loro
microstruttura e/o composizione chimica
D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite
valutando razionalmente le proprietà funzioali dei vari materiali (o
famiglie di materiali) e dimostrando di aver compreso le basi chimiche e
microstruttuali di tali comportamenti (per es. spiegando perché una piastra di rigenerazione ossea in nylon si degradi velocemente in un sito d'impianto ben irrorato dai fluidi corporei e lentamente in uno poco irrorato).
D3 - Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà essere in grado di valutare, optando tra le varie
possibilità, la scelta del materiale piu’ adatto per la produzione di un dispositivo biomedico
D4 - Abilità comunicative
Lo studente dovrà essere in grado, con proprietà di linguaggio, di
descrivere le caratteristiche meccaniche e/o strutturali e/o chimico-funzionali dei vari materiali
trattati, e di comunicare efficacemente i fondamenti fisici e chimci che
sottendono a dette proprietà meccaniche/strutturali.
D5 - Capacità di apprendimento
Lo studente dovrà essere in grado di interpretare e impiegare manuali
tecnici per operare selezioni di componenti o applicazioni specifiche, e di acquisire in modo ragionato informazioni su materiali innovativi correlate agli argomenti studiati.
Prerequisiti:

Conoscenza di Chimica generale, conoscenze di base di chimica organica e di Scienza e tecnologia dei Materiali.
Metodi didattici:

Lezioni frontali
Modalità di verifica dell'apprendimento:

Esami scritti dal vivo, più eventuali esami orali per gli studenti leggermente al di sotto del punteggio di 18, o che vogliono aumentare il loro punteggio dopo gli esami scritti.
Più in dettaglio, ci saranno due percorsi:
a) quattro esami parziali, ognuno incentrato su una parte del programma del corso, con domande a scelta multipla; gli studenti che avranno ottenuto voti ≥18 in tutti e quattro gli esami parziali potranno scegliere se mantenere la media dei voti dei quattro esami parziali senza ulteriori verifiche; quelli che avranno superato con voto >= 18 solo alcuni dei parziali potranno sostenere un esame orale sulle sole parti di programma insufficienti.
Gli studenti che non avranno sostenuto/superato nessun esame parziale dovranno sostenere il percorso b). Gli esami parziali si terranno solo durante il corso.
b) un unico esame orale su tutto il corso.
Sostenibilità:
Altre Informazioni:

Parte 1 - Generalità sui biomateriali e sulla loro interazione con l’organismo
• Classificazione dei biomateriali e normative principali
• Matrice extracellulare
• Risposta dell'organismo ospite
• Esempi di applicazioni pratiche dei biomateriali
• Parte 2 - Polimeri come biomateriali
• Polimeri: generalità (definizione, caratteristiche meccaniche e chimiche, stabilità/
degradabilità)
• Polimeri biostabili
• Esempi di polimeri biocompatibili biostabili sintetici e naturali (PE, PP, ecc)
• Polimeri biodegradabili/bioassorbibili: generalità e caratteristiche
• Polimeri degradabili sintetici: Caratteristiche ed esempi (Poliesteri, PLLA, ecc)
• Polimeri degradabili naturali: Caratteristiche ed esempi (chitosani, alginati, ecc)
Parte 3 - Biomateriali metallici, bioceramiche e biovetri
Parte 4 - Altri tipi di biomateriali, modifica delle superfici, cenni di ingegneria
tissutale e organi artificiali

Parte I
- Generalità sui biomateriali: definizioni, storia, utilizzi, rilevanza economica e sociale
- Effetti dei biomateriali sull'organismo: potenzialità (cura, mantenimento, potenziamento, diagnostica) e problematiche (rigetto, carcinogenicità, tossicità, pirogenicità, ecc)
- Applicazioni dei biomateriali in impianto interno, esterno, ambito extracorporeo
- Esempi pratici di applicazioni di biomateriali: stents, impianti d'anca, viti per fissaggio osseo, sistemi protesici ortodontici, ricostruzioni mandibolari
- Classificazione dei biomateriali rispetto agli organismi viventi: biostabili a conservazione di forma, biostabili rigonfiabili, biodegradabili, bioassorbibili
- Classificazione dei biomateriali (metalli, polimeri naturali, polimeri sintetici, biomateriali derivanti da organismi, bioceramiche, biovetri, compositi)
- Attuali metodi di classificazione internazionale dei biomateriali e normative principali
- Matrice extracellulare
- Risposta dell'organismo ospite (fasi dell'infiammazione, tempistiche di sviluppo, problemi generati)
- Caratteristiche principali dell'interfaccia organismo ospite/biomateriale e problematiche correlate (infiammazione, durabilità, conservazione della funzionalità, ecc)

Parte II
- Polimeri: generalità (definizione di polimero, polimeri lineari/branched/reticolati, copolimeri, peso molecolare, polimeri idrofili/idrofobi)
- Polimeri biostabili: generalità e caratteristiche ai fini dell'utilizzo come biomateriali (biocompatibilità, facilità di reperimento, costo)
- Esempi di polimeri biocompatibili biostabili:
- Polietilene: bassa, media, alta e ultra-alta densità - Caratteristiche e applicazioni
- Polipropilene: Caratteristiche e applicazioni
- Polimetilmetacrilato: Caratteristiche e applicazioni
- Poliammidi: Caratteristiche e applicazioni
- Polietere-etere-chetone: Caratteristiche e applicazioni
- Polivinilcloruri: Caratteristiche e applicazioni
- Gomme e lattici (sia sintetici che naturali): Caratteristiche e applicazioni
- Poliuretani: Caratteristiche e applicazioni
- Polimeri biodegradabili/bioassorbibili: generalità e caratteristiche ai fini dell'utilizzo come biomateriali (utilità, problemi generati, costi, qualità della vita)
- Cinetica di degradazione dei polimeri
- Erosione massiva ed erosione superficiale
- Meccanica molecolare e fenomeni chimici (idrolisi, autocatalisi) dell'erosione in vitro e in vivo
- Principali parametri che governano la velocità dell'erosione (peso molecolare, acidità, cristallinità, ecc)
- Esempi di polimeri biodegradabili/bioassorbibili:
- Polimeri sintetici: Caratteristiche e desiderabilità del loro utilizzo, problematiche
- Poliesteri: Caratteristiche e applicazioni
- Acido polilattico: Caratteristiche e applicazioni
- Acido poliglicolico: Caratteristiche e applicazioni
- Acido poli(lattico-co-glicolico): Caratteristiche e applicazioni
- Polidiossanone: Caratteristiche e applicazioni
- Policaprolattone: Caratteristiche e applicazioni
- Idrogels sintetici: Caratteristiche e applicazioni
- Polimeri naturali: Caratteristiche e desiderabilità del loro utilizzo, problematiche
- Chitine e chitosani: Caratteristiche e applicazioni
- Alginati: Caratteristiche e applicazioni
- Collagene: Caratteristiche e applicazioni
- Acido ialuronico: Caratteristiche e applicazioni
- Destrano: Caratteristiche e applicazioni
- Idrogels naturali: Caratteristiche e applicazioni

Parte III
- Biomateriali metallici: generalità e caratteristiche (stabilità, proprietà strutturali, peculiarità di produzione, biomateriali metallici biostabili e biodegradabili)
- Principali applicazioni dei biomateriali metallici: morfologia (compatti, reti, schiume), problematiche pratiche (biocompatibilità, detriti, trombi, rilascio),
- Esempi di biomateriali metallici biostabili:
- Acciai inossidabili: Caratteristiche e applicazioni
- Leghe di cobalto: Haynes, Stelliti, Vitallium; Caratteristiche e applicazioni
- Leghe di titanio: Caratteristiche e applicazioni
- Leghe Zirconio-Niobio: Caratteristiche e applicazioni
- Leghe Nichel-Titanio: Caratteristiche e applicazioni
- Leghe a memoria di forma: Caratteristiche e applicazioni
- Leghe dentali (oro, amalgama, ecc): Caratteristiche e applicazioni
- Esempi di biomateriali metallici biodegradabili:
- A base Magnesio: Caratteristiche e applicazioni
- A base Zinco: Caratteristiche e applicazioni
- A base Ferro: Caratteristiche e applicazioni
- Schiume metalliche: fabbricazione, caratteristiche meccaniche e funzionali, esempi di applicazioni.
- Biomateriali metallici per elettrodi impiantabili: oro, platino, platino-iridio
- Biomateriali ceramici: generalità e caratteristiche (stabilità, proprietà strutturali, peculiarità di produzione, ceramiche biostabili e biodegradabili)
- Ceramiche biostabili, biodegradabili, bioattive
- Esempi di biomateriali ceramici biostabili:
- Allumina: Caratteristiche e applicazioni
- Zirconia: Caratteristiche e applicazioni
- Titania: Caratteristiche e applicazioni
- Porcellana feldspatica: Caratteristiche e applicazioni
- Titanio nitruro: Caratteristiche e applicazioni
- Zirconio nitruro: Caratteristiche e applicazioni
- Silicio nitruro: Caratteristiche e applicazioni
- Esempi di biomateriali biomateriali ceramici biodegradabili/bioassorbibili:
- Idrossiapatite: Caratteristiche e applicazioni
- Dicalcio fosfato idrato: Caratteristiche e applicazioni
- Tricalcio fosfato: Caratteristiche e applicazioni
- Biovetri: generalità e caratteristiche (stabilità, proprietà strutturali, meccanismo di biodegradabilità)
- Silicati bioattivi: Caratteristiche, meccanismi di assorbimento e applicazioni
- Biovetri osteoproduttivi e osteoconduttivi
- Biovetri da fuso o da sol-gel
- Applicazioni dei biovetri

Parte IV
- Biomateriali carboniosi: generalità e caratteristiche (composizione, preparazione, biocompatibilità)
- Carbonio turbostratico: Caratteristiche e applicazioni
- Carbonio vitreo: Caratteristiche e applicazioni
- Biomateriali derivanti da organismi viventi: generalità e caratteristiche (tipologie, peculiarità, rigetto, variabilità, disponibilità)
- Esempi di applicazioni di biomateriali derivanti da organismi viventi:
- Tessuti biologici animali per protesi valvolari
- Innesti di pelle autologhi
- Innesti ossei autologhi, omologhi, eterologhi
- Biomateriali compositi: generalità e caratteristiche (tipologie, caratteristiche funzionali, applicazioni)
- Esempi di biomateriali compositi:
- Cermets: Caratteristiche e applicazioni
- Polimeri-ceramici: Caratteristiche e applicazioni
- Polimeri-metalli: Caratteristiche e applicazioni
- Biomateriali avanzati (grafene, nanofibre e nanocompositi): panoramica
- Tecniche di modifica superficiale dei biomateriali
- Trattamenti fisici: plasma, corona, radiazioni ionizzanti
- Trattamenti chimici: ossidazione, trattamenti acidi e basici, funzionalizzazione
- Cenni di Biomateriali per Ingegneria tissutale
- Cenni su Biomateriali per organi artificiali