Per il modulo di lezioni frontali, gli obiettivi formativi del corso puntano alla sensibilizzazione dello studente riguardo i materiali per applicazioni biomediche. Dopo una prima descrizione degli ambiti dell'Ingegneria Tissutale, l'attenzione verrà focalizzata sui biomateriali di recente utilizzo in campo medico. Le lezioni frontali verranno accompagnate da esempi applicativi e da recenti pubblicazioni scientifiche con alta attendibilità. Lo studente verrà istruito anche nel riconoscimento delle fonti più adatte a cui far riferimento durante la ricerca bibliografica.

Per il modulo di laboratorio, Il corso si pone i seguenti obiettivi formativi:
• Fornire agli studenti nozioni di base su molteplici tecniche di caratterizzazione e analisi di biomateriali;
• Permettere agli studenti un approccio diretto con diverse strumentazioni di laboratorio impiegati ai fini della caratterizzazione dei biomateriali;
• Fornire agli studenti nozioni su preparazione e utilizzo di biomateriali in forma di idrogeli;
Fornire agli studenti una guida per l’analisi di dati ottenuti sperimentalmente e per la redazione di relazioni tecniche inerenti le attività pratiche svolte.

Descrittori di Dublino
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere le principali caratteristiche dei biomateriali e i principi base dell'ingegneria tissutale.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Lo studente dovrà essere in grado di effettuare una disamina dettagliata delle proprietà dei biomateriali illustrando vantaggi e svantaggi dei singoli casi. Particolare attenzione verrà posta sulle capacità di argomentazione interdisciplinare tra le materie proprie della scienza della vita e gli ambiti medici e della scienza dei materiali.

Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà essere in grado di valutare, optando tra le varie possibilità, qual è il biomateriale più adatto per una determinata applicazione.

Abilità comunicative
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere gli argomenti trattati durante il corso con un’adeguata proprietà di linguaggio.

Capacità di apprendere
Le nozioni acquisite durante le lezioni teoriche verranno applicate nelle attività di laboratorio in cui allo studente verrà chiesto di eseguire individualmente semplici esperimenti.

Nozioni di base di chimica e fisica.

Struttura del corso Lezioni frontali: 4 CFU (32 ore) – teoria e concetti fondamentali. Laboratorio: 2 CFU (24 ore) – esperienze pratiche e tecniche di caratterizzazione. Contenuti principali Parte teorica Introduzione ai biomateriali: definizione, generazioni, ingegneria tissutale e rigenerazione in situ. Proprietà dei materiali: Osteoinduzione, osteoconduzione, osteointegrazione. Rugosità superficiale e bagnabilità. Proprietà meccaniche: sforzo-deformazione, tenacità, duttilità, modulo di elasticità, Poisson. Carichi ciclici, fatica, durezza, stress shielding, bone remodelling. Tipologie di materiali: Metalli: titanio e leghe, corrosione, sterilizzazione. Ceramici: proprietà e produzione. Polimerici: composizione e applicazioni biomediche. Tecniche analitiche: diffrazione a raggi X, struttura cristallina. Applicazioni cliniche: “from bench to bedside”. Parte pratica (laboratorio) Misura dell’angolo di contatto (bagnabilità). Rugosità superficiale di impianti in titanio. Prove di durezza e trazione uniassiale. Diffrazione a raggi X. Preparazione di idrogeli e misura delle proprietà meccaniche. Microscopia elettronica a scansione (SEM). Analisi dati e redazione relazioni.

Dispense fornite durante il corso.
Per gli studenti frequentanti le slide delle lezioni sono scaricabili, previa iscrizione, dal canale Teams del corso di insegnamento.

Il corso prevede di ampliare la conoscenza delle proprietà chimico, fisiche, biologiche e meccaniche dei materiali già acquisita dallo studente in altri corsi. Tali proprietà verranno presentate concentrando l’attenzione sui materiali recentemente utilizzati in ambito biomedico. Parallelamente verranno discusse le tecniche di produzione e di applicazione dei biomateriali nell’ambito dell’ingegneria tissutale. Verranno descritte inoltre le più recenti evidenze scientifiche nell'ambito dei materiali per applicazioni biomediche.
Il corso consiste in lezioni frontali (4 CFU, corrispondenti a 32 ore di didattica) e in 2CFU (corrispondenti a 24 ore di attività) di esperienze pratiche di laboratorio.
Nelle lezioni frontali verranno trattati i seguenti argomenti:
- Definizione di biomateriali e dell’ingegneria tissutale. Generazioni di biomateriali.
- Ingegneria tissutale e in situ tissue regeneration
- Metodi per la misura dell’osteoinduzione, osteoconduzione e osteointegrazione.
- Rugosità superficiale. Bagnabilità dei materiali. Interazione tra rugosità e bagnabilità.
- Proprietà meccaniche dei materiali.
- Diagramma sforzo-deformazione, grafico tecnico e grafico reale, tenacità dei materiali, temperatura di transizione duttile-fragile.
- Duttilità, modulo di taglio o modulo di elasticità tangenziale, coefficiente di Poisson.
- Carichi ciclici e limite di fatica. Materiali metallici con limite di fatica. Durezza dei materiali.
- Stress shielding, bone remodelling, materiali compositi, proprietà meccaniche dei materiali compositi.
- Struttura e geometria cristallina, diffrazione raggi X.
- From bench to bedsides: le proprietà dei biomateriali applicate all'ambito medico.
- Biomateriali metallici: titanio e sue leghe.
- Degradazione dei materiali e corrosione dei metalli.
- Metodi di sterilizzazione dei metalli, effetti della sterilizzazione sulle proprietà dei biomateriali.
- Materiali ceramici: proprietà e produzione.
- Materiali polimerici per applicazioni biomediche, composizione e proprietà.

Le esercitazioni di laboratorio consistono in esperienze pratiche individuali e nell’apprendimento di tecniche di caratterizzazione tramite diversi approcci e strumentazioni.
Si prevede quindi di applicare le conoscenze acquisite durante il modulo di lezioni frontali e di apprendere ulteriori concetti volti all’esecuzione di attività pratiche di laboratorio per mezzo di diverse tecniche di caratterizzazione di biomateriali.
Tali esperienze sono dettagliate nella seguente lista:
- Studio della bagnabilità di biomateriali mediante misura dell’angolo di contatto statico.
- Misura della rugosità superficiale di impianti in titanio.
- Prove di durezza su materiali metallici
- Analisi delle proprietà meccaniche tramite prove di trazione uniassiale.
- Caratterizzazione di materiali tramite diffrazione a raggi X.
- Preparazione di idrogeli a base di alginato e misura delle proprietà meccaniche.
- Analisi tramite microscopia SEM.
- Esercitazione guidata sull’analisi di dati e informazioni aggiuntive sulla redazione delle relazioni di laboratorio.

Lezioni frontali con l’ausilio di lavagna e proiettore. Verranno utilizzate diapositive preparate dal docente e materiale audiovisivo disponibile in rete.
Attività/esercitazioni di laboratorio.

Per maggiori informazioni contattare il docente del corso: gturco@units.it
Nel caso di assenza da una esperienza di laboratorio, lo studente dovrà integrare le relazioni con una tesina compilativa inerente all’argomento dell’esperienza di laboratorio non frequentata. Tale tesina compilativa riguarderà l’uso della tecnica trattata durante la lezione pratica e dovrà contenere una revisione critica della recente letteratura scientifica. Gli argomenti specifici delle tesine compilative verranno assegnate personalmente dal docente allo studente.

Per il modulo di lezioni frontali (4CFU) la verifica dell'apprendimento avverrà tramite esame orale della durata media d 45minuti. Per il modulo di laboratorio (2CFU) essa avverrà tramite la consegna di una tesina contenente le relazioni individuali dello studente sulle attività laboratoriali.
Le relazioni devono essere consegnate via email al docente almeno 15 giorni prima dell’esame orale. Il voto e i commenti del docente riguardo le relazioni verranno esposti al termine dell’esame orale. Il voto finale dell’esame sarà una media ponderata sui CFU dei due singoli voti. Condizione necessaria per la registrazione del voto è che entrambe le prove siano superate con voto almeno pari a 18/30. In caso di rifiuto del voto positivo, l'esame potrà essere ripetuto non prima della successiva sessione d’esame.
Valutazione dell’esame orale (4CFU)
30-30 e lode: eccellente conoscenza degli argomenti e ottima proprietà di linguaggio; lo studente è in grado di applicare brillantemente le conoscenze teoriche a casi concreti e a collegare prontamente le nozioni.
27-29: buona conoscenza degli argomenti, notevole proprietà di linguaggio, buona capacità analitica; lo studente è in grado di applicare correttamente le conoscenze teoriche a casi concreti e a collegare le nozioni.
24-26: buona conoscenza dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio; lo studente mostra una adeguata capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti.
21-23: lo studente non dimostra piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento, pur possedendone le conoscenze fondamentali; necessita l’intervento del docente per rispondere correttamente alle domande; mostra comunque soddisfacente proprietà di linguaggio.
18-20: minima conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento e del linguaggio tecnico, limitata capacità di applicare in modo adeguato le conoscenze teoriche a casi concreti.
<18: lo studente non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti del programma.
Valutazione delle relazioni di laboratorio (2CFU)
30-30 e lode: la descrizione delle attività di laboratorio risulta riassunta in maniera impeccabile nell'elaborato il quale è stato scritto con ottima proprietà di linguaggio; lo studente descrive brillantemente le attività laboratoriali, approfondendo le nozioni, confrontandole con quanto riportato nella recente letteratura scientifica di cui è presentata adeguata discussione e bibliografia; l'elaborato è organizzato secondo le indicazioni fornite a lezione dal docente. È assente qualsiasi tipo di errore concettuale, formale o grammaticale.
27-29: lo studente descrive in modo adeguato quanto svolto in laboratorio; le conoscenze acquisite durante le attività laboratoriali sono state approfondite e confrontate con quanto riportato nella recente letteratura scientifica di cui è presentata adeguata bibliografia; l'elaborato è organizzato secondo le indicazioni fornite a lezione dal docente e presenta linguaggio tecnico-scientifico elevato e ricercato.
24-26: lo studente descrive in modo adeguato e approfondito quanto svolto in laboratorio; l'elaborato è redatto con linguaggio tecnico-scientifico preciso e rigoroso ed è organizzato secondo le indicazioni fornite a lezione dal docente.
21-23: lo studente è in grado di riassumere e presentare in modo adeguato, con opportuno linguaggio tecnico, quanto svolto in laboratorio; l'elaborato scritto non presenta errori concettuali o formali.
18-20: lo studente è in grado di riassumere e presentare in modo limitato, con linguaggio tecnico sufficiente, quanto svolto in laboratorio; l'elaborato scritto presenta minimi errori che determinano una limitata conoscenza degli argomenti trattati in laboratorio.
<18: le relazioni presentano lacune e gravi errori sia concettuali sia formali

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite