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 4493bianco@stc.uniroma2.it

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