Obiettivi Formativi

Il raggiungimento della conoscenza delle proprietà base dei materiali polimerici per la bioingegneria; il raggiungimento dalla conoscenza delle principali tecnologie costruttive dei biomateriali e delle loro prestazioni meccaniche dei sistemi ingegneristici biocompatibili. Sviluppare la capacità applicativa delle conoscenze ingegneristiche acquisite attraverso lo svolgimento di attività di progettazione/sviluppo pratico di concetti teorici, utilizzando tecniche e strumenti adeguati con l’analisi di esempi pratici o applicazioni ed esercitazioni da svolgere sia individualmente che in gruppo; sviluppare la capacità di selezionare ed individuare la migliore materia plastica o combinazione di materie plastiche da utilizzare in bioingegneria per le diverse applicazioni; effettuare la scelta della tecnologia di base per la produzione di manufatti per la bio ingegneria a base polimerica; sviluppare la capacità di aggiornamento continuo su nuovi e/o ulteriori bio-materiali polimerici, e relative tecnologie anche consultando riviste tecnico-scientifiche e le normative nazionali, europee e internazionali del settore. Sviluppare la capacità di condurre in maniera autonoma indagini articolate, esperimenti, confronto critico tra diverse possibili soluzioni attraverso le conoscenze già acquisite e ricerche bibliografiche specifiche, sapendo interpretare i dati e sapendo trarre conclusioni. Sviluppare la capacità di esposizione e di comunicazione degli argomenti inerenti i materiali polimerici per la bio-ingegneria con linguaggio tecnico appropriato. Sviluppare un metodo di studio soggettivo ed adeguato per consentire l'approfondimento delle conoscenze acquisite e di ulteriori tematiche settoriali inerenti i materiali polimerici per la bio-ingegneria.

Learning Goals

The achievement of knowledge of the basic properties of polymeric materials for bioengineering; the achievement of knowledge of the main construction technologies of biomaterials and their mechanical performance of biocompatible engineering systems. Develop the application capacity of the engineering knowledge acquired through the performance of design / practical development of theoretical concepts, using appropriate techniques and tools with the analysis of practical examples or applications and exercises to be carried out both individually and in groups; develop the ability to select and identify the best plastic material or combination of plastic materials to be used in bioengineering for the various applications; choose the basic technology for the production of polymer-based bioengineering products; develop the ability to continuously update on new and / or additional polymeric bio-materials, and related technologies also by consulting technical-scientific journals and national, European and international sector regulations. Develop the ability to independently conduct articulated investigations, experiments, critical confrontation between different possible solutions through the knowledge already acquired and specific bibliographic research, knowing how to interpret the data and knowing how to draw conclusions. Develop the ability to exhibit and communicate topics related to polymeric materials for bioengineering with appropriate technical language. Develop a subjective and adequate study method to allow the in-depth study of the knowledge acquired and of further specific topics concerning polymeric materials for bioengineering.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula con presentazioni power point per integrare il materiale didattico con una vasta raccolta di immagini e video esplicativi; esercitazioni in aula e discussione di esempi specifici; esercitazioni in laboratorio per mostrare le attività pratiche di lavorazione e di analisi dei materiali polimerici per la bioingegneria.

Teaching Methods

Lectures in the classroom with power point presentations to integrate the teaching material with a vast collection of images and explanatory videos; exercises in the classroom and discussion of specific examples; practical based lessons in laboratory to show the practical activities of processing and analysis of polymeric materials for bioengineering.

Prerequisiti

Conoscenza della scienza dei materiali e dei concetti base di chimica e chimica organica.

Prerequisites

Knowledge of materials science and basic concepts of chemistry and organic chemistry.

Verifiche dell'apprendimento

Nel corso del semestre verrà programmata una prova scritta da effettuarsi a metà corso, contenente quesiti a risposta multipla, e risoluzione di esercizi. Ciò al fine di valutare la conoscenza teorica acquisita e valutare altresì la conoscenza degli aspetti metodologico-operativi dell'ingegneria dei materiali. Il risultato della prova in itinere sarà espresso in trentesimi ed avrà validità per un anno solare dalla fine delle lezioni. Nel caso di esito positivo della prova in itinere (con votazione maggiore o uguale a 18/30), l’esame finale consisterà in un colloquio orale sugli argomenti trattati durante la seconda parte del semestre, allo scopo di accertare le conoscenze acquisite e le capacità di applicarle in maniera critica, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato ed un corretto approccio metodologico al fine di risultare in grado di interagire con esperti del proprio o di altri settori ingegneristici. La valutazione finale complessiva terrà conto dei risultati della prova in itinere e dell’esame finale. Per gli studenti che non abbiano svolto la prova in itinere, o nel caso essa abbia avuto esito negativo, l’esame consisterà in un colloquio orale che verterà su tutti gli argomenti trattati durante il corso, compresi i contenuti delle esercitazioni effettuale in aula e le esercitazioni in laboratorio

Assessment

During the semester, a written test is scheduled to be carried out in the middle of the course, containing multiple choice questions, and solving exercises. This is to evaluate the theoretical knowledge acquired and also to evaluate the knowledge of the methodological-operational aspects of materials engineering. The result of the ongoing test will be expressed out of thirty and will be valid for one calendar year from the end of the lessons. In the event of a positive outcome of the ongoing test (with a grade greater than or equal to 18/30), the final exam will consist of an oral interview based exam, on the topics covered during the second part of the semester to ascertain the knowledge acquired and the ability to apply them in a critical way, using an appropriate technical language and a correct methodological approach, to be able to interact with experts from one's own or other engineering sectors. The overall final assessment will consider the results of the ongoing test and the final exam. For students who have not completed the ongoing test, or if it has had a negative result, the exam will consist of an oral interview that will focus on all the topics covered during the course, including the contents of the exercises carried out in the classroom and the laboratory exercises.

Programma del Corso

INTRODUZIONE AI MATERIALI PER USO BIOMEDICO: concetti e definizioni di biomateriale, biocompatibilità, bioattività e bioinerzia. Biodegradabilità. Funzioni dei biomateriali. I biopolimeri nel corpo umano. Le endoprotesi e le esoprotesi. DEFINIZIONE E CLASSIFICAZIONE DEI POLIMERI. I polimeri ottenuti per addizione e condensazione. Polimeri naturali e sintetici: proprietà generali dei polimeri. Copolimeri e miscele. Grado di polimerizzazione e transizioni termiche dei polimeri. Pesi molecolari medi: definizione e determinazione. LO STATO SOLIDO DEI POLIMERI: transizione vetrosa (Tg) ed influenza di parametri interni ed esterni sulla Tg. Invecchiamento o “ageing”. La cristallinità nei polimeri e influenza sulla struttura e sulle proprietà. Elasticità delle gomme: definizione di elastomero. Il processo di vulcanizzazione. Le gomme termoplastiche e termoindurenti. Resine termoindurenti. Il processo di reticolazione. REQUISITI MECCANICI dei materiali polimerici per la bio-ingegneria. Il fenomeno di snervamento e stiro. Meccanismi di frattura dei polimeri (fragile e duttile). LA BIO-DEGRADAZIONE DEI POLIMERI. Degradazione termo-meccanica e fotochimica dei polimeri. Cause e prevenzione della degradazione. REOLOGIA DEI POLIMERI PER LA BIO-INGEGNERIA. Fluidi Newtoniani e nonNewtoniani. Definizione di viscosità. Dipendenza delle proprietà di flusso da parametri molecolari. Curve di flusso. Flusso di taglio ed elongazionale. Proprietà viscoelastiche dei polimeri: fenomeni viscoelastici del fuso polimerico. Il tempo di rilassamento. TECNOLOGIE DI LAVORAZIONE per la produzione di materiali polimerici per la bioingegneria. APPLICAZIONI DI POLIMERI IN AMBITO BIOMEDICO. Principali polimeri per uso biomedico (bio-poliesteri; poliammidi; il polietilene biomedico; polisilossani; politetrafluoroetilene; poliuretani; polimetilmetacrilato).

Course Syllabus

INTRODUCTION TO MATERIALS FOR BIOMEDICAL USE: concepts and definitions of biomaterial, biocompatibility, bioactivity and bio inertia. Biodegradation. Functions of biomaterials. Biopolymers in the human body. Endoprostheses and exoprostheses. DEFINITION AND CLASSIFICATION OF POLYMERS. Polymers obtained by addition and condensation. Natural and synthetic polymers: general properties of polymers. Copolymers and mixtures. Degree of polymerization and thermal transitions of polymers. Average molecular weights: definition and determination. THE SOLID STATE OF POLYMERS: glass transition (Tg) and influence of internal and external parameters on Tg. Aging or "aging". Crystallinity in polymers and influence on structure and properties. Elasticity of the tires: definition of elastomer. The vulcanization process. Thermoplastic and thermosetting rubbers. Thermosetting resins. The crosslinking process. MECHANICAL REQUIREMENTS of polymeric materials for bioengineering. The phenomenon of yielding and stretching. Fracture mechanisms of polymers (fragile and ductile). BIO-DEGRADATION OF POLYMERS. Thermo-mechanical and photochemical degradation of polymers. Causes and prevention of degradation. POLYMER RHEOLOGY FOR BIOENGINEERING. Newtonian and non-Newtonian fluids. Definition of viscosity. Dependence of flow properties on molecular parameters. Flow curves. Cutting and elongational flow. Viscoelastic properties of polymers: viscoelastic phenomena of the polymeric melt. The relaxation time. PROCESSING TECHNOLOGIES for the production of polymeric materials for bioengineering. APPLICATIONS OF POLYMERS IN THE BIOMEDICAL FIELD. Main polymers for biomedical use (bio-polyesters; polyamides; biomedical polyethylene; polysiloxanes; polytetrafluoroethylene; polyurethanes; polymethylmethacrylate).