Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di:  OF 1 (Conoscenza e comprensione): 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).  OF 2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): 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.  OF 3 (Autonomia di giudizio): 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.  OF 4 (Abilità comunicative): 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.  OF 5 (Capacità di apprendimento): 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:  OF 1 (Knowledge and understanding): 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).  OF 2 (Ability to apply knowledge and understanding): 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.  OF 3 (Autonomy of judgment): 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.  OF 4 (Communication skills): 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.  OF 5 (Learning skills): 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

Nel corso del semestre verranno programmate prove orali o scritte di verifica che verteranno sulla parte del corso svolta fino alla data della prova per valutare la conoscenza teorica acquisita durante il corso e degli aspetti metodologico-operativi dell'ingegneria dei biomateriali. Ciò al fine di colmare eventuali lacune e quindi di poter suggerire eventuali approfondimenti laddove si dovessero riscontrare problematiche da risolvere. Verrà altresì valutata la capacità di identificare, formulare e risolvere problemi utilizzando metodi, tecniche e strumenti aggiornati in modo da poter affrontare con successo la professione di ingegnere in tale ambito. L’esame finale comprenderà una prova orale sugli argomenti teorici trattati. Tutte le verifiche saranno finalizzate ad accertare le conoscenze acquisite per la soluzione di problemi e le capacità di applicarle in maniera critica, utilizzando linguaggi tecnici appropriati e corretti approcci metodologici al fine di risultare in grado di interagire con esperti del proprio o di altri settori ingegneristici.

Assessment

During the semester, oral or written verification tests will be scheduled which will focus on the part of the course held up to the date of the test to evaluate the theoretical knowledge acquired during the course and the methodological-operational aspects of biomaterial engineering. This is in order to fill any gaps and therefore to be able to suggest any further information where problems need to be solved. The ability to identify, formulate and solve problems using up-to-date methods, techniques and tools will also be assessed to successfully address the engineering profession in this field. The final exam will include an oral test on the theoretical topics covered. All tests will be aimed at ascertaining the knowledge acquired for solving problems and the ability to apply them critically, using appropriate technical languages and correct methodological approaches to be able to interact with experts from one's own or other engineering sectors.

Programma del Corso

-SCELTA DEI MATERIALI NELLA PROGETTAZIONE: Il processo di progettazione, la selezione dei materiali e gli strumenti di progettazione; i diagrammi delle proprietà dei materiali; esempi e applicazioni. -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 isotropi ed anisotropi; esempi ed applicazioni. Strutture tridimensionali di supporto per tessuti molli (scaffold): comportamento meccanico ed esempi. -INGEGNERIA DEI TESSUTI DURI: strutture omogenee, strutture composite; progettazione di materiali compositi in bioingegneria. Strutture tridimensionali di supporto (scaffold) per tessuti duri (applicazioni ortodontiche e ortopediche).

Course Syllabus

-CHOICE OF MATERIALS IN THE DESIGN: The design process, selection of materials and design tools; material property diagrams; examples and 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; isotropic and anisotropic fabrics and materials; examples and applications. Three-dimensional support structures for soft tissues (scaffolds): mechanical behavior and examples. - HARD TISSUE ENGINEERING: homogeneous structures, composite structures; design of composite materials in bioengineering: exo-prostheses. Three-dimensional support structures (scaffolds) for hard tissues (orthodontic and orthopedic applications).