L’insegnamento si propone di descrivere le problematiche relative allo studio, la progettazione, la caratterizzazione e l'utilizzo di materiali per applicazioni biomediche, correlandone la struttura e le proprietà con i possibili campi di utilizzo.
Verranno descritte le caratteristiche principali di componenti e strumenti con i quali un ingegnere impiegato nel settore biomedico si troverà a lavorare, quali impianti e dispositivi medicali, e le proprietà dei biomateriali utilizzati per loro realizzazione.
Oltre alla trattazione degli aspetti teorici, gli studenti saranno guidati nell'approfondimento della materia tramite esercitazioni pratiche (project oriented study) con l'obiettivo di concretizzare i concetti appresi durante le lezioni nel contesto della futura vita professionale.
The aims of the Course is to describe the issues related to the study, the design, the characterization and the use of materials for biomedical applications, correlating their structure and properties with the applications. The Course will describe the main characteristics of components and tools which an engineer employed in the biomedical sector will have to work with, such as implants and medical devices, and the properties of the biomaterials used for their construction. In addition to the theoretical aspects, students will be guided in deepening the subject through practical exercises (project oriented study) with the aim of putting the concepts learned during the lessons into practice in the context of their future professional life.
Gli studenti acquisiranno le conoscenze necessarie per poter comprendere le potenzialità delle diverse classi di materiali nell’ottica di una loro applicazione in campo biomedico. Le conoscenze acquisite saranno utili per lo studio e la progettazione di dispositivi biomedici e protesici ove la scelta del materiale gioca un ruolo importante, con particolare attenzione alle problematiche legate, da un lato alla trasformazione dei materiali, dall’altro al loro impatto con il corpo umano e il mondo biologico. Gli studenti saranno guidati nell'acquisizione di competenze relative al problem-solving e alla comunicazione scientifica nel settore biomedicale. Il corso fornisce la base utile per chi intende approfondire i temi relativi ai Materiali per applicazioni in Biomedicina.
The student will acquire the knowledge useful to understand the potentialities of different class of materials in view of their application in the biomedical field. The acquired knowledge will be useful for the study, the design of biomedical and prosthetic devices for which the choice of the materials plays an important role, with particular attention to the material’s processing, to their impact with the human body and with the biological environment. This course gives the basis for deepening the study of all the topics related to Materials for Biomedical applications.
Conoscenze di Chimica e Fisica, formazione avanzata sulla Scienza e Tecnologia dei Materiali.
Full knowledge about Chemistry, Physics, Materials Science and Technology.
Breve storia dei biomateriali. Definizione di Tossicità, Biocompatibilità e Bioattività; loro criteri di valutazione in vivo e in vitro. La risposta dei tessuti viventi all'impianto di materiali estranei. L'interfaccia fra i materiali protesici e i tessuti biologici.
Problematiche inerenti la progettazione, la trasformazione e l'utilizzo dei materiali in campo biomedico e dei dispositivi medicali, per applicazioni nei seguenti settori:
• Ortopedico (artroprotesi, chirurgia vertebrale e del cranio),
• Dentale (implantologia orale, materiali da restauro),
• Cardio-vascolare (protesi valvolari, protesi vascolari, stent coronarici e periferici, tradizionali e medicati),
• Oftalmico (lenti intraoculari, lenti a contatto, dispositivi per la chirurgia dell’occhio),
• Chirurgico e implantologico dei tessuti molli (suture, materiali per la ricostruzione delle pareti addominali, stomie, cute artificiale),
Verranno approfondite poi le relazioni fra, struttura, proprietà e settori di utilizzo delle principali classi di biomateriali quali i metalli e le leghe, i polimeri, i ceramici bioinerti, i ceramici bioattivi, i vetri e i vetroceramici bioattivi, i materiali a base di carbonio, i materiali compositi, i materiali biologici. Per alcuni di essi verranno approfonditi i metodi di sintesi e di lavorazione.
Short History of Biomaterials. Definition of Toxicity, Biocompatibility, Biocompatibility and their in vitro and in vivo assessment. The response of biological tissues to the implant of foreign bodies. The interface between prosthetic materials and biological tissues.
Issues about the design, processing and use of materials and devices in the biomedical field, with applications in the following areas:
• Cardio-vascular (valve and vascular prostheses, bare metal stent and drug loaded stents),
• Orthopedic (arthro prosthesis, spine surgery, cranioplasty),
• Dental (dental implants, restoration),
• Ophthalmic (intra ocular lenses, contact lenses, eye surgery),
• Soft tissues (suture, abdominal wall repair, artificial skin),
The relationship among structure, properties and applications of the main class of biomaterials will be studied, such as metals and alloys, polymers, bioinert ceramics, bioactive ceramics, glasses and glass-ceramics, carbon, composite materials, biological materials. For most of them the synthesis and processing methods will be presented.
Esempi di progetto e relativo output previsto:
a) potenzialità di una classe di materiali nell’ottica della sua applicazione in campo biomedico:
Scegli un caso studio/problema di produzione relativo ad un dispositivo/impianto, analizzane le cause e proponi un miglioramento del materiale utilizzato. Giustifica e argomenta le tue scelte.
b) scelta del materiale idoneo per la progettazione di dispositivi biomedici e protesici:
Scegli il/i materiale/i più idoneo/i per la realizzazione di un dispositivo/impianto in una delle applicazioni proposte dalla docente. Giustifica e argomenta le tue scelte.
c) trasformazione dei materiali per la realizzazione di dispositivi biomedici e protesici:
Scegli il processo produttivo/trattamento/funzionalizzazione che ritieni più adatto per realizzare un dispositivo/impianto in una delle applicazioni proposte dalla docente. Giustifica e argomenta le tue scelte.
d) impatto dei biomateriali con il corpo umano e il mondo biologico:
Scegli una delle sfide/problemi irrisolti/eventi avversi proposte dalla docente e proponi una strategia per affrontarla basata sull’uso di biomateriali. Giustifica e argomenta le tue scelte.
La matrice valutativa è messa a disposizione degli studenti nella sezione "Materiale" in una apposita presentazione bilingue.
Esempi di progetto e relativo output previsto:
a) potenzialità di una classe di materiali nell’ottica della sua applicazione in campo biomedico:
Scegli un caso studio/problema di produzione relativo ad un dispositivo/impianto, analizzane le cause e proponi un miglioramento del materiale utilizzato. Giustifica e argomenta le tue scelte.
b) scelta del materiale idoneo per la progettazione di dispositivi biomedici e protesici:
Scegli il/i materiale/i più idoneo/i per la realizzazione di un dispositivo/impianto in una delle applicazioni proposte dalla docente. Giustifica e argomenta le tue scelte.
c) trasformazione dei materiali per la realizzazione di dispositivi biomedici e protesici:
Scegli il processo produttivo/trattamento/funzionalizzazione che ritieni più adatto per realizzare un dispositivo/impianto in una delle applicazioni proposte dalla docente. Giustifica e argomenta le tue scelte.
d) impatto dei biomateriali con il corpo umano e il mondo biologico:
Scegli una delle sfide/problemi irrisolti/eventi avversi proposte dalla docente e proponi una strategia per affrontarla basata sull’uso di biomateriali. Giustifica e argomenta le tue scelte.
La matrice valutativa è messa a disposizione degli studenti nella sezione "Materiale" in una apposita presentazione bilingue.
Le lezioni sono organizzate sotto forma di didattica frontale (45 ore) tramite la proiezione di slide e filmati, e di esercitazioni in aula (15 ore) con interazione con gli studenti. Non sono previste ore di laboratorio. E' necessaria la frequenza di almeno il 70% delle ore di esercitazione.
In particolare, durante le esercitazioni ogni gruppo di studenti dovrà elaborare un progetto a scelta, oggetto di valutazione, che dovrà essere descritto in un elaborato finale di 1000-1200 parole (da caricare sul portale nella sezione elaborati entro il termine delle lezioni del corso), e che sarà presentato ai compagni durante un “pitch scientifico”, riguardante una fra le seguenti aree di competenza (coerenti con gli obiettivi del corso):
a) potenzialità di una classe di materiali nell’ottica della sua applicazione in campo biomedico
b) scelta del materiale idoneo per la progettazione di dispositivi biomedici e protesici
c) trasformazione dei materiali per la realizzazione di dispositivi biomedici e protesici
d) impatto dei biomateriali con il corpo umano e il mondo biologico
La docente indicherà:
-Tempo a disposizione in aula (15 ore di esercitazione in aula, di cui 12 per la realizzazione del progetto, 3 dedicate alla presentazione di tutti i progetti)
-Tempo a disposizione per presentare il pitch scientifico (presentazione ppt, breve video, … max 5 minuti)
-I materiali e gli strumenti utilizzabili (materiale didattico fornito dal docente, banche dati, letteratura scientifica e di riferimento brevettuale, interviste, strumenti informatici (dichiarare quale e come).
Il gruppo di studenti dichiarerà:
- L'area di progetto prescelta (a, b, c, d),
- Le informazioni che intende trasmettere,
- Gli strumenti che intende utilizzare,
- Approccio scelto per rendere efficace la comunicazione.
PRIMA ESERCITAZIONE (1,5h) – Distribuzione del materiale di partenza ai gruppi, lettura e inizio della progettazione dell’elaborato e della presentazione (pitch); definizione dei requisiti: breve abstract, riferimenti bibliografici (link)…
SECONDA ESERCITAZIONE (1,5h) – impostazione della struttura dell’elaborato e del pitch, discussione con la docente.
TERZA ESERCITAZIONE (1,5h) – selezione di 2/3 articoli, brevetti, informazioni commerciali sui prodotti, relativi all'argomento prescelto e discussione con la docente.
QUARTA ESERCITAZIONE (1,5h) – implementazione elaborato/pitch.
QUINTA ESERCITAZIONE (1,5h) - implementazione elaborato/pitch e invio alla docente.
SESTA ESERCITAZIONE (1.5h) – conclusione dell’elaborato/pitch sulla base del feedback ricevuto dal docente.
SETTIMA ESERCITAZIONE (1.5h) – Peer education: correzione dell’elaborato/pitch da parte di un altro gruppo.
OTTAVA ESERCITAZIONE (1.5h) – Peer education: rivalutazione dell’elaborato/pitch sulla base dei commenti ricevuti dal gruppo dei pari e invio alla docente.
NONA ESERCITAZIONE (1.5h) – Peer education: esposizione del pitch degli studenti.
DECIMA ESERCITAZIONE (1.5h) - Peer education: esposizione del pitch degli studenti.
The lectures, both in presence and in virtual classroom, will be organized as frontal lessons, with some interactions with the students, by slides or video. No laboratory experience are foreseen.
Lucidi delle lezioni.
Letture di riferimento per approfondimenti (principalmente alcune reviews bibliografiche) saranno suggeriti per le varie parti del Corso durante la discussione in aula.
Gran parte dei contenuti possono essere approfonditi sui "Volumi della collana di Ingegneria Biomedica" dedicati ai Biomateriali (Pietrabissa - Di Bello - Patron Editore)
Slides of the lessons will be given to the students.
Specific references from literature will be suggested during the lessons.
Slides; Libro di testo; Video lezioni tratte da anni precedenti; Materiale multimediale ; Strumenti di collaborazione tra studenti;
Lecture slides; Text book; Video lectures (previous years); Multimedia materials; Student collaboration tools;
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Written test; Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;
...
Obiettivi che l'esame intende accertare, coerentemente con i risultati di apprendimento attesi:
- verificare l'apprendimento delle potenzialità delle diverse classi di materiali per applicazioni in campo biomedico.
- verificare la conoscenza delle nozioni di base per la corretta scelta dei materiali per la progettazione di dispositivi biomedici e protesici.
- verificare la conoscenza delle problematiche legate alla trasformazione dei materiali per uso biomedico.
- verificare la conoscenza dell'impatto dei materiali sul corpo umano e il mondo biologico.
- verificare la conoscenza delle basi utili all'approfondimento di temi relativi ai Materiali per applicazioni in Biomedicina.
- verificare la capacità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi reali.
L’apprendimento è verificato tramite la valutazione del progetto di gruppo realizzato e presentato durante le esercitazioni, nonché tramite un esame finale individuale scritto, della durata di 40 minuti. Il massimo punteggio ottenibile in seguito alla valutazione del progetto di gruppo è di 15 punti (+1 per particolare merito a discrezione della docente) in base ai criteri esposti nella rubrica valutativa (Uso del tempo, Uso degli strumenti, Uso delle conoscenze, Chiarezza e correttezza delle informazioni trasmesse, Efficacia della presentazione). A questo punteggio si aggiungerà quello conseguito durante l'esame scritto, erogato durante la regolare sessione di esami, che servirà a valutare le conoscenze acquisite durante le lezioni frontali.
Lo scritto consterà di 10 quiz multiscelta su tutto il programma, da 1,5 punti a domanda (totale 15 punti).
Per i quiz multiscelta ad ogni risposta sbagliata sarà applicata una penalizzazione pari a 0,3 punti.
Ogni risposta non data varrà 0 punti.
In totale (somma del voto conseguito in seguito alla valutazione del progetto e di quello conseguito con l'esame scritto) il massimo punteggio acquisibile è pari a 31/30 (che equivale a 30 e lode) e la sufficienza si ritiene acquisita con un punteggio minimo di 18/30.
Durante la prova scritta non sarà consentito l’uso di materiale didattico. Dopo la correzione della prova scritta verranno comunicati giorni e orari per chi desidera visualizzare l’elaborato e comprendere le motivazioni della valutazione ottenuta.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;
Obiettivi che l'esame intende accertare:
- verificare l'apprendimento delle potenzialità delle diverse classi di materiali per applicazioni in campo biomedico.
- verificare la conoscenza delle nozioni di base per la corretta scelta dei materiali per la progettazione di dispositivi biomedici e protesici.
- verificare la conoscenza delle problematiche legate alla trasformazione dei materiali per uso biomedico.
- verificare la conoscenza dell'impatto dei materiali sul corpo umano e il mondo biologico.
- verificare la conoscenza delle basi utili all'approfondimento di temi relativi ai Materiali per applicazioni in Biomedicina.
L’apprendimento è verificato tramite un esame finale individuale scritto, della durata di un'ora.
Lo scritto, sia nel caso in cui venga svolto in presenza, sia in remoto, consterà di 18 domande totali, di cui:
· 8 domande a risposta aperta su tutto il programma, da 2 punti a domanda (totale 16 punti).
· 10 quiz multiscelta su tutto il programma, da 1,5 punti a domanda (totale 15 punti).
Per i quiz multiscelta ad ogni risposta sbagliata sarà applicata una penalizzazione.
Alle risposte sbagliate alle domande a risposta aperta non saranno applicate penalizzazioni (0 punti).
Ogni risposta non data varrà 0 punti.
Il punteggio massimo totale sarà 31 punti, pari a 30L.
Si considera superato lo scritto con un punteggio superiore o uguale a 18/30.
Durante la prova non è consentito l’uso di materiale didattico. Dopo la correzione della prova scritta vengono comunicati giorni e orari per chi desidera visualizzare l’elaborato e comprendere le motivazioni della valutazione ottenuta. Ad esclusiva discrezione della docente, potrà essere previsto un eventuale orale integrativo, che si terrà in orario da concordare nel giorno in cui verranno esposti i risultati dello scritto.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.