Scienza e Tecnologia dei Biomateriali(9 CFU)
a.a. 2015-2016
Alessandra Bianco
Testi consigliati
Scienza e Tecnologia dei MaterialiW. F. Smith, Mc Graw-Hill (nuova edizione)
Materiali per l’Ingegneria Civile ed IndustrialeW. D. Callister and D. G. Rethwisch (nuova edizione)
Materials, Engineering, Science,ProcessingandDesign,
Biomaterials Sience: an Introduction to Materials in Medicine,B. D. Ratner, A.S. Hoffman, F. J. Schoen, J.E. Lemons, Academic press
Materials, Engineering, Science,ProcessingandDesign,M. Asby, Kluwer Academic/Plenum Publishers
The Williams Dictionary of BiomaterialsD. F. Williams, Liverpool University Press
Orario ricevimento
Edifici Sogene
Dipartimento Scienze e Tecnologie Chimichelivello 1, settore 6, stanza 9
tel 06 7259 [email protected]
Cosa è un “materiale”?
• “Aggregato di atomi, ioni o molecole che, grazie alla presenza di legami interatomici e/o intramolecolari è in grado di opporre una reazione a stimoli chimici, fisici e alle sollecitazioni meccaniche, tale da consentirne alle sollecitazioni meccaniche, tale da consentirne l’impiego per la fabbricazione di oggetti, strutture e dispositivi utili all’uomo.”
Struttura e proprietà materiali metallici, A. Cigada e T. Pastore, McGraw-Hill
Perché “Scienza e tecnologia dei materiali”?
“Engineers make things. They make themout ofmaterials. To make something out of a material youalso need a process. Not just any process, the oneyou choose has to be compatible with the materialyou plan to use. Compatibility betweenmaterial andyou plan to use. Compatibility betweenmaterial andprocessing is not easily found. The aimis to providea methods and tools to choose a durable unionbetween the universe of materials and the universeof processes.”
Materials Engineering, Science, Processing and Design M. Ashby
“A process is a method of shaping, joining or finishing a material.There are hundreds of them. It is important to choose the rightprocess-route at an early stage in the design before the cost-penaltyof making changes becomes large.The choise, for a given component, depends on thematerial of whichit is to be made, on itsshape, dimensionsandprecisionandhow many areto bemade, in short,on thedesignrequirement.”
Cosa è un “processo”?
how many areto bemade, in short,on thedesignrequirement.”
Materials Engineering, Science, Processing and Design M. Ashby
Materiali : dalla scienza alla progettazione ingegneristica M.Asby, H. Shercliff, D. Cebon
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Struttura Proprietà
Famiglie di materiali
•Metalli
•Ceramici
•Polimeri•Polimeri
•Compositi
Quali sono le proprietà dei materiali?
• Proprietà meccaniche
• Proprietà termiche• Proprietà termiche
• Proprietà elettriche, magnetiche ed ottiche
• Proprietà chimiche
Scienza e tecnologia dei biomaterialidei biomateriali
Materiale
?
Biomateriale
Biomateriale “Materiale progettato per interagire con sistemi
biologici per valutare, trattare, incrementare o
Consensus Conference, Chester, UK, 1991
biologici per valutare, trattare, incrementare o
sostituire tessuti, organi o funzioni corporee”.
The Williams Dictionary of Biomaterials, D. F. Williams, Liverpool University Press
Egizi, Etruschi, Greci, Romani, Cinesi ed Aztechidenti d'oro, suture con crine di cavallo, occhi di vetro
‘40: applicazione cemento in odontoiatria a base di PMMA
’40-’50: lenti intraoculari PMMA (IOL)
‘50-’60: protesi vascolari Dacron
‘60: protesi d'anca cementata (PE , acciaio inox, PMMA)
‘50-’70:protesi mammella (silicone)‘50-’70:protesi mammella (silicone)
’60-’70: ventricoli (LVAD) e cuore aritificiale
‘70: introduzione termine biomateriale
1975:fondazione Society for Biomaterials
‘70-’80: suture bioriassorbibili PLA
‘80-’90: impianti dentali osteointegrati di titanio, biovetri, testine femorali e coppe acetabolari di allumina
Classificazione dei biomateriali in base alla natura chimica Barbucci R. (1994)
Altre classificazioni dei biomateriali
Scienza dei Biomateriali
“Studio della struttura e delle proprietà dei biomateriali,
dei meccanismi con cui essi interagiscono con i sistemi biologici
e loro prestazioni cliniche”. The Williams Dictionary of Biomaterials, D. F. Williams, Liverpool University Press
Principali dispositivi cliniciortopedia
protesi articolari
sistemi di fissaggio di fratture
cemento per ossa
tendini e legamenti artificiali
….
odontoiatria
cardiovascolare
innesti vascolari
valvole cardiacheossigenatoripacemakerstent intravascolarifiltri cavali
…..odontoiatria implantologia
endodonzia
ortodonzia
odontoiatria conservativa
….
…..
oculisticalenti a contatto (LaC)
lenti intraoculari (IOL)
…..
molti altri…
Funzioni principaliSalernitano E. (2002)
� trasferimento carico
� capacità articolare
� riempimento cavità
� controllo flusso sanguigno� controllo flusso sanguigno
�generazione ed applicazione di stimoli elettrici
�correzione funzione visiva
�dispositivi di rilascio farmaci
�rigenerazione tessutale guidata
Ossigenatore
Chiusure sternali
Valvole cardiache
Innesti vascolari
A. IMPRA ePTFE Cardiovascular Patch B. Venaflo ePTFE Vascular Graft C. IMPRA Flex ePTFE Vascular Graft D. IMPRA CenterFlex ePTFE Vascular Graft E. IMPRA steppedePTFE Vascular Graft F. IMPRA Carboflo FlexSmall Beading ePTFE Vascular Graft G. IMPRA Flex TaperedSmall Beading ePTFE Small Beading ePTFE Vascular Graft H. IMPRA Flex ThinwallSmall Beading ePTFE Vascular Graft I . BARD PTFE Felt J. BARD AlbuminCoated Graft (ACG) K . Bard LargeDiamenter PolyesterVascular Graft L . IMPRA EndFlexePTFE Vascular Graft M . BARD PolyesterFabric
Stent intravascolari
Dispositivi di osteosintesi
Testina
cementoPMMA
Stelo femorale
Protesi articolare di ginocchio
componente femorale
componente tibiale
piatto tibiale
Legamenti
Distanziatori intervertebrali
(A)CF-PEEK Brantigan spine fusion cage, image provided courtesy of Invibio; (B) Lateral radiograph of a Brantigan cage with a solid fusion, image provided courtesy of Depuy Spine. Note that the Brantigancage has tantalum microspheres for visualization on radiographs.
Radici dentali
Lenti intraoculari (IOL) Lenti a contatto (LaC)
1920-1970 dispositivi
1970-2000 biomateriali
2000 - ingegneria dei tessuti2000 - ingegneria dei tessuti
2012 - terapia genica
Ingegneria dei tessuti
http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_2007_Groups/group12/tissue02.avi
Vescica
Epidermide
Terapia genica
Identificazione di un gene
Isolamento di un gene
Inserimento in un vettore
Introduzione in un ospite per amplificare il Introduzione in un ospite per amplificare il gene