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.

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.

Conoscenze di Chimica e Fisica, formazione avanzata sulla Scienza e Tecnologia dei Materiali.

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.

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 ruoli. SECONDA ESERCITAZIONE (1,5h) – impostazione della struttura dell’elaborato e del pitch, definizione dei requisiti: breve abstract, riferimenti bibliografici (link), 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. QUINTA ESERCITAZIONE (1,5h) - implementazione elaborato e invio alla docente. Implementazione elaborato/pitch. Discussione con la docente. Consegna prima bozza. SESTA ESERCITAZIONE (1.5h) – conclusione dell’elaborato sulla base del feedback ricevuto dal docente. Impostazione del pitch. SETTIMA ESERCITAZIONE (1.5h) – Peer education: correzione dell’elaborato da parte di un altro gruppo, implementazione del pitch. OTTAVA ESERCITAZIONE (1.5h) – Peer education: rivalutazione dell’elaborato sulla base dei commenti ricevuti dal gruppo dei pari e invio alla docente. Implementazione e conclusione del pitch. NONA ESERCITAZIONE (1.5h) – Peer education: esposizione del pitch degli studenti. DECIMA ESERCITAZIONE (1.5h) - Peer education: esposizione del pitch degli studenti.

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; Libro di testo; Video lezioni tratte da anni precedenti; Materiale multimediale ; Strumenti di collaborazione tra studenti;

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.