Riassunto del corso

Informazioni sul documento

Università: Politecnico di Milano
Corso di laurea: Biomedical Engineering
Materia: Biomateriali
Classificazione: Altro materiale
Formato originale: PDF
Testo: Testo ricercabile

Cosa trovi in questo materiale

Materiale universitario di Biomateriali per il corso di Biomedical Engineering presso Politecnico di Milano. Il documento tratta: Nota Criteri di progettazione La scelta di un biomateriale richiede un compromesso tra proprietà meccaniche, biocompatibilità, degradazione e interazione con i tessuti. Le prestazioni dipendono anche dalla superﬁcie, dalla microstruttura, dalla composizione e dalla possibilità…

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Nota Criteri di progettazione La scelta di un biomateriale richiede un compromesso tra proprietà meccaniche, biocompatibilità, degradazione e interazione con i tessuti. Le prestazioni dipendono anche dalla superﬁcie, dalla microstruttura, dalla composizione e dalla possibilità di controllare corrosione, rigonﬁamento, usura o risposta biologica. Metalli e trattamenti superﬁciali Le leghe metalliche offrono resistenza meccanica e all’usura, ma possono causare stress shielding o problemi di corrosione. Le leghe Beta Titanium possono ridurre lo stress shielding grazie a un modulo elastico più basso; la scelta degli stabilizzatori introduce però compromessi riguardo alla biocompatibilità, mentre la riduzione del modulo può associarsi a una minore resistenza meccanica. Lo Stainless Steel combina basso costo e buona formabilità, caratteristiche utili nei dispositivi temporanei. Negli impianti permanenti è invece limitato dai rischi di corrosione associati al contenuto di Cr e Ni. Sandblasting, plasma spray e PEO possono migliorare l’osteointegrazione aumentando la rugosità o creando strati porosi bioattivi. Le modiﬁche superﬁciali e strutturali devono ottimizzare le prestazioni senza compromettere la stabilità complessiva del materiale. Polimeri e idrogeli I polimeri sintetici e biodegradabili includono PLA, PGA, PLGA, PCL, siliconi e poliuretani. La stereochimica, la reticolazione e la composizione inﬂuenzano degradazione, stabilità meccanica e biocompatibilità; la progettazione deve quindi bilanciare queste proprietà in funzione dell’applicazione. Elastomeri, idrogeli naturali e sintetici, polianidridi e poliortoesteri permettono di modulare elasticità, interazione proteica e degradazione controllata. Negli idrogeli, la densità di reticolazione controlla il rigonﬁamento; le…

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Modifiche / trattamenti possibili: Leghe e modifiche superficiali; PEO/anodizzazione sono possibili per i metalli compatibili con questi trattamenti. Perché si fanno / cosa bisogna controllare: La superficie può essere ingegnerizzata per regolare la corrosione e contemporaneamente aggiungere funzioni biologiche. Metalli biodegradabili: Fe Caratteristiche principali: Buone proprietà meccaniche e prodotti di corrosione relativamente stabili; degradazione molto più lenta rispetto a Mg e Zn. Perché è vantaggioso in biomedicina: Proprio grazie alla maggiore resistenza meccanica e al degrado più lento è interessante soprattutto per stent molto sottili, dove è necessario mantenere la funzione per un periodo adeguato. Perché è svantaggioso: Il problema è proprio l'opposto del Mg: corrode troppo lentamente rispetto ai tempi desiderabili di guarigione. Anche l'alto modulo elastico può contribuire allo stress shielding. Modifiche / trattamenti possibili: Leghe Fe–Mn, Fe–W, Fe– Ag, Fe–Mn–C ecc.; strutture porose o molto sottili per aumentare il rapporto superficie/volume e accelerare la corrosione; controllo della microstruttura. Perché si fanno / cosa bisogna controllare: L'obiettivo è aumentare la velocità di degradazione e ridurre la sezione resistente senza perdere la funzione meccanica. Polimeri, ceramici e biomateriali POLIMERI – generale Caratteristiche principali: Bassa densità, struttura molecolare modificabile, comportamento tempo-dipendente. A seconda della struttura possono essere amorfi, semicristallini, reticolati, orientati o rinforzati. Perché è vantaggioso in biomedicina: Grande possibilità di modulare proprietà, lavorabilità e degradazione; possono essere più vicini all'osso rispetto ai metalli dal punto di vista della rigidezza. Perché è svantaggioso: In…

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Perché si fanno / cosa bisogna controllare: Qui mi fermo a ciò che è realmente supportato dal file: non sarebbe corretto inventare una scheda dettagliata del collagene o del chitosano sulla base di conoscenze esterne visto che mi hai chiesto di analizzare questi appunti. Innesti e matrici biologiche Autoinnesto Vantaggi: È il gold standard; ottima compatibilità, nessun problema importante di immunorisposta, presenza di cellule osteogeniche e fattori osteoinduttivi come BMP. Svantaggi: Disponibilità limitata, necessita di un secondo intervento chirurgico, dolore e risultati non sempre uguali. Trattamenti / modifiche: Prelievo, modellazione e combinazione con altri biomateriali. Alloinnesto Vantaggi: Proviene da un altro donatore e conserva componenti biologiche utili. Svantaggi: Possibilità di risposta immunologica, disponibilità limitata e rischio di trasmissione di malattie. Trattamenti / modifiche: Conservazione, lavorazione e rimozione dei componenti più immunogeni. Xenoinnesto decellularizzato Vantaggi: Mantiene la composizione naturale dell'osso, con possibile conservazione di segnali biochimici e fattori osteoinduttivi. Può essere modellato o combinato con altri biomateriali. Svantaggi: Variabilità del processo di decellularizzazione; possibile perdita di fattori osteoinduttivi; disponibilità comunque limitata. Trattamenti / modifiche: Decellularizzazione fisica, chimica ed enzimatica, cercando di eliminare la componente cellulare senza danneggiare la matrice extracellulare. DBM – matrice ossea demineralizzata Vantaggi: Costituita prevalentemente da collagene I e contiene BMP, TGF-β, IGF, FGF → importante potenziale osteoinduttivo e osteoconduttivo. Svantaggi: Variabilità della capacità osteogenica, rischio di trasmissione di malattie, scarsa capacità di…

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Perché è vantaggioso in biomedicina: Elevata biostabilità perché la struttura è poco suscettibile a ossidazione, idrolisi e degradazione enzimatica. Perché è svantaggioso: Nella forma non reticolata il file evidenzia creep e calcificazione. Inoltre il PIB, componente di base, è una gomma che non mantiene facilmente una forma stabile. Modifiche / trattamenti possibili: Reticolazione → xSIBS; progettazione della catena principale; riduzione dei gruppi chimicamente attaccabili. Perché si fanno / cosa bisogna controllare: La reticolazione riduce il creep e aumenta la resistenza mantenendo un'elevata deformabilità. È però necessario trovare un equilibrio per non rendere il materiale troppo rigido. xSIBS – SIBS reticolato Caratteristiche principali: SIBS con rete reticolata; maggiore stabilità meccanica rispetto al SIBS lineare. Perché è vantaggioso in biomedicina: Ridotto creep, buona resistenza e alta deformabilità, quindi più adatto a dispositivi sottoposti a carichi ciclici. Perché è svantaggioso: La reticolazione aumenta la complessità di fabbricazione e limita la possibilità di rifondere/riprocessare il materiale come un termoplastico. Modifiche / trattamenti possibili: Controllo della densità di reticolazione. Perché si fanno / cosa bisogna controllare: È la soluzione proposta nel file al problema del creep del SIBS: si crea una rete che limita lo scorrimento delle catene. SiPUU / POSS-PCU Caratteristiche principali: Materiali citati come seconda generazione di polimeri per valvole cardiache, progettati per migliorare stabilità, biocompatibilità e resistenza meccanica. Perché è vantaggioso in biomedicina: Numero ridotto di siti chimicamente attaccabili → maggiore stabilità in vivo. Perché è svantaggioso: Il file non fornisce una caratterizzazione quantitativa…

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Modifiche / trattamenti possibili: Controllo della composizione, microstruttura e fase di carburi; rivestimenti o superfici possono essere usati in funzione della specifica applicazione. Perché si fanno / cosa bisogna controllare: La fase dura di carburi nella matrice Co-Cr è fondamentale per l'elevata resistenza all'usura: il trattamento più importante è quindi microstrutturale, non necessariamente superficiale. Tessuto autologo come coating Caratteristiche principali: Non è propriamente un materiale strutturale, ma nel file compare come rivestimento di una valvola meccanica. Perché è vantaggioso in biomedicina: Tentativo di ridurre la trombogenicità favorendo la crescita di tessuto autologo. Perché è svantaggioso: Il coating può usurarsi, degradarsi o interferire con il funzionamento meccanico; infatti nel caso della Beall-Surgitool l'usura del rivestimento tessile contribuì alla fine della produzione. Modifiche / trattamenti possibili: Modifica della superficie tramite tessuto/coating. Perché si fanno / cosa bisogna controllare: È un esempio di una strategia in cui si cerca di far diventare biologicamente “familiare” una superficie, ma il rivestimento deve anche sopportare l'ambiente meccanico e l'usura. Fonte: TAB 1 E 2 (1) (1).pdf, riorganizzato senza il formato tabellare. Sono state trasformate le tabelle presenti nel PDF; il testo discorsivo esterno alle tabelle non è stato incorporato.

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