Obiettivi Formativi

 OF 1 (Conoscenza e comprensione): 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.  OF 2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): 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.  OF 3 (Autonomia di giudizio): 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.  OF 4 (Abilità comunicative): Sviluppare la capacità di esposizione e di comunicazione degli argomenti inerenti i materiali polimerici per la bio-ingegneria con linguaggio tecnico appropriato.  OF 5 (Capacità di apprendimento): 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.

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.

Prerequisiti

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

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 metodologicooperativi 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.

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 non- Newtoniani. 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).