Il corso si propone di fornire conoscenze specifiche sulle principali metodologie di progettazione, nonché tecnologie di produzione, trasformazione e caratterizzazione di materiali di applicazione in medicina. Si precisa che il corso tratta argomenti differenti rispetto a quelli presentati neI corsi Materiali per la Bioingegneria (01QHFMV) e Ingegneria per la medicina rigenerativa (01QHGMV) come illustrato di seguito. Esso affronta le problematiche relative all’ingegnerizzazione di superfici ed alla modifica superficiale dei biomateriali, nonché ai fenomeni di degrado indesiderato o ingegnerizzato e bioriassorbimento. Sono discusse le proprietà e le problematiche relative ai materiali di uso clinico ad esempio in ortopedia, odontoiatria, chirurgia cardiovascolare e chirurgia generale, siano questi polimerici, metallici, ceramici o compositi. Particolare enfasi sarà data alle correlazioni esistenti tra struttura, microstruttura, nanostruttura e prestazioni del materiale, in riferimento alle applicazioni in medicina, sottolineando le potenzialità di progettazione dei dispositivi attraverso il controllo delle caratteristiche microstrutturali, della superficie e dei parametri di processo. Verranno descritte le principali tecniche di caratterizzazione dei biomateriali, con particolare riferimento alle superfici e le tecniche maggiormente impiegate per modificarne la superficiale, con esempi sia relativi al campo della ricerca che dell'applicazione clinica. Verranno inoltre affrontati argomenti relativi al rilascio di farmaci ed ai materiali innovativi per l'ingegneria tissutale. Esempi applicativi tratti da progetti di ricerca che coinvolgono il Politecnico di Torino verranno integrati negli argomenti del corso.

Sviluppare adeguate conoscenze sulle caratteristiche specifiche, nonché sulle tecnologie di caratterizzazione, di lavorazione, di trasformazione e di modifica superficiale dei materiali maggiormente utilizzati nei diversi settori della medicina. Lo studente acquisirà le conoscenze necessarie per poter comprendere l'influenza che le caratteristiche di superficie di un biomateriale esercitano sulle sue prestazioni finali in vivo e sulle tecnologie utilizzabili per modificare tali superfici in funzione delle specifiche esigenze cliniche. I concetti di degrado indesiderato, bioerosione e bioriassorbimento saranno parte integrante del bagaglio di competenze acquisito. Lo studente acquisirà competenze utili per progettare e studiare nuovi biomateriali, anche con l’utilizzo dei diagrammi di Ashby.

Lo studente deve avere una buona preparazione di Scienza e Tecnologia dei Materiali con particolare riferimento al settore dei Biomateriali. In particolare deve aver sostenuto il seguente esame: Scienza Tecnologia dei Materiali.

Materiali per l’ortopedia Attraverso alcuni esempi applicativi, ad esempio le artroprotesi, i sostituti ossei ed i cementi compositi, verrà offerta una panoramica dei materiali in uso in questo settore, della loro ingegnerizzazione e produzione, nonché delle problematiche aperte. Materiali per l’odontoiatria Verranno descritti i materiali per gli impianti dentali, gli scaffold, i fili per ortodonzia e gli altri materiali di utilizzo in questo settore. Materiali per la chirurgia cardiovascolare Attraverso la descrizione dei materiali per stent vascolari, pace-maker e protesi vascolari si fornirà una panoramica non solo dei materiali, ma anche dei coating e delle superfici ingegnerizzate utilizzate, nonché delle tecnologie in questo settore. Materiali per la chirurgia generale, Verranno descritti come esempio i materiali per la chirurgia dei tessuti molli, ed una panoramica dei materiali utilizzati in questo settore. Il degrado nei biomateriali: Degrado indesiderato di polimeri, metalli e ceramici (cause, effetti e possibili soluzioni). Esempi di fallimenti clinici. Degrado ingegnerizzato (suture, barriere addominali, stent e dispositivi multifunzionali, metalli bioriassorbibili) Materiali bioerodibili. Superfici dei biomateriali L’importanza delle superfici nel settore biomedicale, il problema delle contaminazioni. Tecniche di caratterizzazione (XPS, IR, FT-IR, ATR, SIMS, angolo di contatto, microscopia a forza atomica, misura del potenziale zeta, spettroscopia Raman, misure di fisisorbimento di gas, DLS). Modifiche superficiali: realizzazione di rivestimenti sottili, trattamenti termochimici, CVD e PVD, rivestimenti di Langmuir-Blodget, deposizione strato autoassemblante, microcontact printing, modifiche laser ecc. ecc. Esempi di superfici per migliorare la risposta biologica (commerciali e non). Antibattericità e biomateriali antibatterici, superfici zwitterioniche. Superfici sensibili al pH per il rilascio controllato di farmaci Progettazione di biomateriali L’utilizzo dei diagrammi di Ashby per la selezione dei materiali in base ai requisiti richiesti, valutazione degli indici di merito. Utilizzo della nanotomografia computerizzata nella caratterizzazione di device biomedicali. Il tessuto osseo Caratteristiche del tessuto osseo, rimodellamento osseo, possibili soluzioni per un sostituto osseo/cemento iniettabile. Tecniche di preparazione di uno scaffold: stampa 3D e elettrospinning.

L'insegnamento è organizzato in lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio relative all’utilizzo di alcune strumentazioni quali microscopia elettronica, nanotomografia computerizzata, stampa 3D, potenziale zeta e reologia.

Slide fornite dal docente ed articoli scientifici di recente pubblicazione su tecniche particolari.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;

Exam: Written test; Compulsory oral exam;

... L'esame consta di un breve scritto (4 domande a risposta multipla) da superare per accedere alla prova orale. La valutazione dello scritto determinerà unicamente l'accesso o il non accesso all'esame orale ma non farà media con la valutazione della prova orale. La prova orale durerà circa 40 minuti con domande relative a tutti gli argomenti trattati nel corso e nei laboratori didattici.

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.