Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di: Fornire la conoscenza sui meccanismi e tipologie di degrado dei materiali metallici, polimerici e ceramici al variare delle caratteristiche chimico-fisiche dell’ambiente con speciale riferimento ad ambiente biologico. Fornire le conoscenze sugli effetti sinergici che l’ambiente aggressivo e lo stato di sollecitazione hanno sui fenomeni di degrado dei biomateriali e sulle loro prestazioni . Far apprendere le possibili tecniche di protezione, acquisendo la capacità di comprendere gli aspetti critici che intervengono a causare i fenomeni di degrado. Far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite sui meccanismi e tipologie di degrado dei materiali in diversi ambienti, attraverso lo svolgimento di attività di progettazione/sviluppo pratico di concetti teorici, utilizzando tecniche e strumenti adeguati.  Far sviluppare la capacità di utilizzare delle fonti tecnico scientifiche, normative nazionali, europee e internazionali del settore per aggiornarsi su metodi, tecniche, tecnologie e strumenti nel campo della bio ingegneria; fornire le competenze nel campo della progettazione di biomateriali da utilizzare per specifici ambienti, stimando la durata del biomateriale in funzione delle condizioni di esercizio Far acquisire la capacità di identificare, formulare e risolvere problemi nel campo della durabilità dei materiali utilizzando metodi teorici, analitici e sperimentali; fornire le conoscenze di base per l’interpretazione della letteratura tecnica e l’utilizzo di dati sperimentali; far sviluppare la capacità di consultare norme, manuali tecnici e letteratura scientifica del settore discernendo l'utilità delle informazioni ottenute anche per progettare e condurre esperimenti appropriati, interpretare i dati e trarre conclusioni; sviluppare la capacità di elaborare autonomamente i concetti, sviluppando ed interpretando le informazioni tecniche e scientifiche inerenti il degrado dei materiali con speciale riferimento all’ambiente biologico Valorizzare le capacità espositive e la capacità critiche dello studente in contesti teorici e sperimentali; far sviluppare una capacità comunicativa con linguaggio tecnico appropriato mirato a consentire di dialogare costruttivamente con altre figure professionali coinvolte tecniche e non. Far acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate o settoriali.

Learning Goals

The course aims to: To provide the knowledge on types and mechanisms of degradation of metal, polymeric and ceramic materials at varying chemical-physical characteristics of the environment with special attention to the biological environment. To proved specific knowledge on the synergistic effects of aggressive environment and the state of stress on the degradation phenomena of biomaterials and on their performance. To learn knowledge about the different protection techniques, acquiring the ability to understand the critical aspects that cause the degradation phenomena. To develop the ability to apply the engineering knowledge acquired on the mechanisms and types of materials degradation in different environmental conditions, by carrying out design/ development of theoretical and practical concepts, by using appropriate techniques and tools. To develop the ability to use technical and scientific sources, national, European and international regulations of the sector to update on methods, techniques, technologies and tools in the field of bioengineering; to provide skills in the field of bio-material design for specific environments, estimating the durability of the bio-material according to the operating conditions; To acquire the ability to identify, formulate and solve problems in the field of the materials durability by using theoretical, analytical and experimental methods;  to provide basic knowledge for the interpretation of technical literature and the use of experimental data; to develop the ability to examine standards, technical manuals and scientific literature in the sector by discerning the usefulness of the information obtained also to design and carry out appropriate experiments, interpret the data and draw conclusions; to develop the ability to independently elaborate the concepts, developing and interpreting the technical and scientific information inherent the materials degradation with specific reference to biological environment; To enhance the student's exhibition and critical skills in theoretical/experimental contexts; to develop communication skills with appropriate technical language aimed to allow constructive dialogue with other professional (technical and otherwise) figures involved. To acquire an individual study method suitable to allow the deepening of knowledge and to address further advanced or specific issues.

Metodi didattici

Lezioni con presentazioni PowerPoint; esercitazioni e discussione di esempi specifici. Il corso prevede 24 ore di attività didattica frontale, integrate da 24 ore di esercitazioni in aula o in laboratorio. Durante il corso, saranno organizzate lezioni (inerenti la progettazione e prevenzione dalla corrosione) volte a stimolare la partecipazione individuale ed in gruppo degli studenti.

Teaching Methods

Lectures with PowerPoint slides; experimental tests and analysis of specific examples. The course consists on 24 hours of classroom lectures integrated by 24 hours of classroom written applications and laboratory practicals. During the course, lessons will be organized (concerning the design and prevention of corrosion) aimed at stimulating the individual and group participation of students.

Prerequisiti

È richiesta una conoscenza dei principi fondamentali di Fisica (grandezze e unità di misura) Chimica (nomenclatura, atomi e legami atomici, elettrochimica) e Scienza e Tecnologia dei Materiali (struttura e proprietà dei materiali).

Prerequisites

Knowledge of the basic principles of Physics (quantities and units of measure), Chemistry (nomenclature, atoms and atomic bonds, electrochemistry) and Science and Technology of Materials (structure and properties of materials) is required.

Verifiche dell'apprendimento

Durante il corso saranno svolte 2 prove in itinere programmate per verificare la preparazione degli studenti sugli argomenti svolti. Le prove in itinere saranno somministrate solo agli studenti frequentanti (frequenza >=70%). Le due prove saranno svolte a metà ed a fine del corso, rispettivamente. La valutazione delle prove in itinere saranno espresse in trentesimi. L’eventuale esito positivo delle prove in itinere sarà conservato per 3 anni. Per gli studenti che hanno svolto le prove in itinere l’esame finale consisterà in un colloquio integrativo che dagli argomenti che ha sviluppato nelle verifiche si estenderà ai ulteriori concetti sviluppati durante il corso. Il voto finale terrà in conto inoltre della interazione e partecipazione attiva dei ragazzi alle lezioni. Per chi non volesse svolgere le prove in itinere o non ha raggiunto un esito positivo delle prove in Itinere, potrà sostenere direttamente un esame finale. In tal caso, l'esame finale consiste in una esercitazione scritta e una discussione orale su vari argomenti trattati durante il corso. Il giudizio finale, sarà basato sulla valutazione sia della esercitazione scritta che della discussione orale. Sarà espresso in trentesimi, è commisurato alla preparazione dimostrata dallo studente negli argomenti trattati nel corso, con particolare riferimento alla padronanza dei concetti e dei metodi, alla capacità di applicare concetti e metodi alla soluzione di problemi, alla chiarezza di esposizione. Nel caso in cui lo studente non superi l’esame, può sostenere il medesimo al prossimo appello utile secondo le medesime modalità. Tuttavia, questo esame può prevedere solo discussione orale se, lo studente a sua discrezione, chiede di considerare valida l'esercitazione scritta svolta in precedenza (possono essere considerate come prova scritta anche le prove in itinere).

Assessment

During the course, 2 scheduled in itinere tests will be carried out to check the students' preparation on the course lesson topics. The ongoing tests will be performed only to attending students (course frequency>=70%). The two tests will be carried out in the middle and at the end of the course, respectively. The grade of the itinere tests will be expressed in thirtieths. Any positive grade result of the scheduled tests will be kept for 3 years. For students who have carried out the in itinere tests, the final exam will consist of an integrative interview which will extend from the topics developed in the tests to the additional concepts developed during the course. The final grade will also take into account the interaction and active participation of the students in the lessons. For those who do not want to carry out the in itinere tests or have not reached a positive grade of the in itinere tests, they can take directly the final exam. The final exam consists of a written exercise and an oral discussion on various topics covered during the course. The final judgment will be based on the evaluation of both the written exercise and the oral discussion. It will be expressed in thirtieths, it is commensurate with the preparation demonstrated by the student in the topics covered in the course, with particular reference to the mastery of the concepts and methods, the ability to solve problems, to the clarity of exposition. In the event that the student does not pass the exam, he can take the exam at the next useful session, in the same way. However, this exam can only include an oral discussion if, at its discretion, the student asks to consider valid the written exercise previously carried out (in itinere tests can also be considered as written test).

Programma del Corso

​​​​​​​-ASPETTI INTRODUTTIVI. Introduzione al corso. Durabilità e degrado dei materiali nel corpo umano. Tossicità, allergenicità e biocompatibilità dei materiali. Alcuni esempi pratici. -BIOMATERIALI METALLICI. Le leghe metalliche in campo biomedico. I fluidi organici come elettroliti. Concetti di base dei fenomeni corrosivi. Aspetti termodinamici ed elettrochimici dei meccanismi di corrosione sulle superfici dei biomateriali metallici nel corpo umano. Velocità ed intensità dell'attacco corrosivo. Forme di corrosione generalizzata e localizzata. L’influenza delle sollecitazioni meccaniche: tensocorrosione, fatica e corrosione fatica. Metodi di protezione e prevenzione della corrosione nel corpo umano dei materiali metallici. Metalli biodegradabili. Metalli bioassorbibili. Casi studio. -BIOMATERIALI POLIMERICI. Durabilità ed affidabilità dei polimeri non bioassorbibili: processi di usura e problematiche di accoppiamento con altri materiali. Meccanismi di invecchiamento, infragilimento e frattura. Polimeri bioassorbibili. Meccanismi di degradazione. Casi Studio. -BIOMATERIALI CERAMICI. I materiali ceramici per applicazioni biomediche. Principali tecnologie di sintesi. Proprietà dei materiali ceramici e applicazioni. Resistenza all’usura e comportamento in accoppiamento con altri materiali. Meccanismi di degrado e di frattura. Il caso studio della zirconia. Rivestimenti ceramici. Materiali ceramici a gradiente di composizione. Materiali ceramici biocompatibili e bioassorbibili. Esempi applicativi.

Course Syllabus

INTRODUCTORY ASPECTS. Introduction to the course. Durability and degradation of materials in the human body. Toxicity, allergenicity and biocompatibility of materials. Some practical examples. -METALLIC BIOMATERIALS. Metal alloys in the biomedical field. Organic fluids such as electrolytes. Basic concepts of corrosive phenomena. Thermodynamic and electrochemical aspects of corrosion mechanisms on the surfaces of metallic biomaterials in the human body. Corrosion rate and intensity of the corrosive attack. Forms of generalized and localized corrosion. The influence of mechanical stresses: stress corrosion, fatigue and fatigue corrosion. Methods of protection and prevention of corrosion in the human body of metallic materials. Biodegradable metals and alloys. Bioabsorbable metals. Case studies. -POLYMERIC BIOMATERIALS. Durability and reliability of non-bioabsorbable polymers: wear processes and coupling problems with other materials. Mechanisms of aging, embrittlement and fracture. Bioabsorbable polymers. Mechanisms of degradation. Case Studies. -CERAMIC BIOMATERIALS. Ceramic materials for biomedical applications. Main synthesis technologies. Properties of ceramic materials and applications. Wear resistance and behavior in conjunction with other materials. Mechanisms of decay and fracture. The case study of zirconia. Ceramic coatings. Composition gradient ceramic materials. Biocompatible and bioabsorbable ceramic materials. Application examples.