Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di: Fornire la conoscenza sul comportamento dei biomateriali e sulle strutture dei biomateriali per la bioingegneria, con particolare riferimento alle proprietà di superficie e alle proprietà meccaniche. Far acquisire agli studenti le conoscenze sulle tecniche di sintesi dei biomateriali inorganici, sulle modifiche superficiali e di fabbricazione di strutture biomimetiche. Fornire le conoscenze sulle proprietà meccaniche dei tessuti molli e dei tessuti duri e sulle strutture tridimensionali di supporto (scaffold). Far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite sul comportamento dei biomateriali, attraverso lo svolgimento di attività di progettazione di semplici dispositivi protesici utilizzando tecniche e strumenti adeguati.  Far sviluppare la capacità di applicare le conoscenze ingegneristiche acquisite per la scelta dei materiali in funzione dell’applicazione in campo protesico. Far sviluppare la capacità di utilizzare le fonti tecnico scientifiche, normative nazionali, europee e internazionali del settore per aggiornarsi su metodi, tecniche, tecnologie e strumenti nel campo dell'ingegneria industriale. Far acquisire la capacità di individuare autonomamente gli strumenti e le fonti di dati necessarie all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei problemi pertinenti la progettazione dei biomateriali e di dispositivi protesici anche attraverso l'integrazione delle conoscenze acquisite con appropriate indagini bibliografiche tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili. Fornire le competenze nel campo della progettazione di una appropriata attività sperimentale, dell’interpretazione dei dati e della deduzione delle conclusioni. Sviluppare 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 tecniche coinvolte e non anche con una terminologia specifica in lingua inglese. far acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate o settoriali e la capacità di apprendimento anche attraverso un confronto tra pari o con esperti del settore.

Learning Goals

The course aims to: To provide knowledge on the behavior of biomaterials and on the structures of biomaterials for bioengineering, with particular reference to surface properties and mechanical properties. To allow students to acquire knowledge on the synthesis techniques of inorganic biomaterials, on surface modifications and on the manufacture of biomimetic structures. To provide knowledge on the mechanical properties of soft and hard tissues and on three-dimensional support structures (scaffolds). To develop the ability to apply the engineering knowledge acquired on the behavior of biomaterials, by carrying out design activities of simple prosthetic devices using appropriate techniques and tools. To develop the ability to apply the engineering knowledge acquired for the choice of materials according to the application in the prosthetic field. To develop the ability to use technical scientific sources, national, European and international regulations of the sector to update on methods, techniques, technologies and tools in the field of industrial engineering. To acquire the ability to independently identify the tools and data sources necessary for the analysis, understanding and resolution of problems relating to the design of biomaterials and of prosthetic devices also through the integration of the knowledge acquired with appropriate bibliographic investigations such as to allow a critical comparison between the different possible solutions. Provide skills in the field of designing an appropriate experimental activity, data interpretation and deduction of conclusions. To develop the student's exhibition skills and critical skills in theoretical and experimental contexts; to develop a communication skills with appropriate technical language aimed at allowing the students to converse constructively with other technical professionals involved and not also with a specific terminology in English. To acquire an adequate individual study method to allow the deepening of knowledge and to address further advanced or sectoral issues and learning ability also through a comparison between peers or with experts in the field.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni frontali svolte in aula anche attraverso l’uso di strumenti multimediali. Sono previste esercitazioni in laboratorio e di sviluppo progettuale tese ad applicare le conoscenze e sviluppare la capacità di comprensione da svolgere sia individualmente che in gruppo. Lo sviluppo delle attività progettuali prevede anche l'integrazione delle conoscenze acquisite con appropriate indagini bibliografiche tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili. Sono previste esercitazioni pratiche sia in laboratorio con analisi critica dei risultati e discussione in aula.

Teaching Methods

The course includes lectures held in the classroom also through the use of multimedia tools. Laboratory and project development exercises are planned, to be carried out both individually and in groups, aimed at applying knowledge and developing the ability to understand. The development of the project activities also provides for the integration of the knowledge acquired with appropriate bibliographic investigations such as to allow a critical comparison between the different possible solutions. Practical exercises are planned in the laboratory with critical analysis of the results and discussion in the classroom.

Prerequisiti

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

Prerequisites

A knowledge of the fundamental principles of Physics (quantities, units of measurement, forces), of Chemistry (nomenclature, atoms and atomic bonds), of Science and Technology of Materials (structure and properties of materials) and of precipices of structural mechanics.

Verifiche dell'apprendimento

Verifiche intermedie durante il corso (almeno due) con valutazione in trentesimi che prevedono la risoluzione di esercizi e quesiti a risposta aperta in forma scritta; L’esame finale consiste in una prova scritta e una prova orale finale sugli argomenti del programma: La valutazione sarà modulata sulla base dell’accertamento delle conoscenze acquisite, della padronanza dei concetti e della capacità di applicazione critica delle conoscenze alla soluzione dei problemi proposti, adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati. Sono esonerati dalla prova scritta gli studenti che hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche in itinere. La valutazione finale, in trentesimi, per gli studenti hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche in itinere si baserà sulla media delle valutazioni ottenute durante le prove in itinere e nella prova orale. Per gli studenti non frequentanti o che non hanno ricevuto una valutazione media maggiore o uguale a 18/30 nelle verifiche in itinere, la valutazione finale, in trentesimi, si baserà sulla media delle valutazioni ottenute nella prova scritta e nella prova orale.

Assessment

Intermediate course checks (at least two), with score out of thirty, to provide the resolution of exercises and open-ended questions in written form will be done; the final exam consists of a written test and an oral discussion concerning the topics of theprogram. The quantitative exam evaluation will be modulated on the basis of the assessment of the knowledge acquired, the mastery of the concepts and the ability to critically apply them to solve the proposed problems, by using an appropriate technical language and methodological approach. Students who received an average rating equal or greater than 18 out of thirty in the ongoing checks are exempted from the written test. Students who have received an average rating of less than 18/30 in the intermediate tests will also have to take the written test. The final evaluation, out of thirty, for students who have received an average rating of equal or higher than 18 out of thirty in the intermediate tests will be based on the average of the assessments obtained during the ongoing tests and in the discussion of the design work. For non-attending students or students who have received an average rating of less than 18 out of thirty in the intermediate tests will also have to take the written test. The final assessment, out of thirty, will be based on the average of the assessments obtained in the written test and in the oral discussion.

Programma del Corso

-SCELTA DEI MATERIALI NELLA PROGETTAZIONE: Il processo di progettazione, strumenti di progettazione e dati dei materiali; Diagrammi delle proprietà dei materiali; Vincoli multipli e obiettivi in conflitto; Selezione dei materiali e forma; fattori di forma, fattori di forma microscopici e microstrutturali; I limiti dell’efficienza della forma; Selezione dei materiali e forma: esempi e applicazioni; Progettazione di materiali e sistemi ibridi. Esempi di sistemi ibridi per applicazioni biomediche. -INGEGNERIA DELLE SUPERFICI: Proprietà di superficie dei materiali; Forze di interazione ed energia di superficie; Interazioni tra superfici; Bagnabilità, idrofilia, idrofobia, oleofilia e oleofobia, anfifilia; effetto della rugosità superficiale, modifica delle superfici e trattamenti superficiali; interazioni delle cellule organiche con le superfici. -INGEGNERIA DEI TESSUTI MOLLI: proprietà meccaniche e modellazione dei tessuti molli; proprietà elastiche lineari e non lineari; tessuti e materiali anisotropi; strutture tridimensionali e stati tensionali; esempi ed applicazioni. -INGEGNERIA DEI TESSUTI DURI: strutture omogenee, strutture composite, strutture tridimensionali di supporto (scaffold) per tessuti molli (comportamento meccanico ed esempi); strutture tridimensionali di supporto (scaffold) per tessuti duri (applicazioni ortodontiche e ortopediche); Comportamento meccanico di strutture cellulari aperte e chiuse.

Course Syllabus

-CHOICE OF MATERIALS IN DESIGN: The design process, design tools and material data; Material property diagrams; Multiple constraints and conflicting goals; Selection of materials and shape; form factors, microscopic and microstructural form factors; The limits of the efficiency of the form; Selection of materials and shape: examples and applications; Design of hybrid materials and systems. Examples of hybrid systems for biomedical applications. -SURFACE ENGINEERING: Surface properties of materials; Interaction forces and surface energy; Interactions between surfaces; Wettability, hydrophilicity, hydrophobia, oleophilia and oleophobia, amphiphilia; effect of surface roughness, modification of surfaces and surface treatments; interactions of organic cells with surfaces. -SOFT TISSUE ENGINEERING: mechanical properties and soft tissue modeling; linear and non-linear elastic properties; anisotropic fabrics and materials; three-dimensional structures and stress states; examples and applications. -HARD TISSUE ENGINEERING: homogeneous structures, composite structures, three-dimensional support structures (scaffolds) for soft tissues (mechanical behavior and examples); three-dimensional support structures (scaffolds) for hard tissues (orthodontic and orthopedic applications); Mechanical behavior of open and closed cell structures.