Appunti esame Biomateriali

INTRODUZIONE

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Cosa è nasce dalla parola greca poly che vuol dire molti e meros che vuol dire parti

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macromolecola composta da molte subunità ripetute che si ripetono in una catena si ottengono

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dai monomeri che si legano assieme attraverso un processo di sintesi la catena principale detta

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spina dorsale rappresenta lo scheletro del polimero le ramificazioni sono dette gruppi pendenti

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molti metodi per variare queste catene cambiandone le proprietà si possono anche avere

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delle ramificazioni laterali esempio il polietilene dove troviamo l’unità CH2 che si ripete

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detto monomero etilene classificazione dei polimeri classificazione in base all’origine

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naturali come proteine vs sintetici come plastiche basata su proprietà meccaniche

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elastomerico o meno basata sulla biostabilità biodegradabile vs biostabile basata sulla

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lavorazione e proprietà termiche termoindurenti vs termoplastici basata sull’idrofilicità

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idrofilo vs idrofobo alcune definizioni generali copolimeri polimero derivato dalla

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polimerizzazione di una o + specie di monomeri se sono due le specie parlo di bipolimeri

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terpolimeri quaterpolimeri ecc in base a come sono arrangiate le specie all’interno della

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catena posso parlare di omopolimero una solo specie copolimero alternato copolimero

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casuale copolimero a blocchi copolimero a innesto polimeri organici nella catena

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principale presentano atomi di carbonio tra loro troviamo gli idrocarburi polimeri inorganici

→ non contiene nella catena principale in maniera preponderante atomi di carbonio tipo il

silicone.

STRUTTURE DEI POLIMERI → →

Vediamo come si organizzano nello spazio queste catene molecolari polimero lineare ha

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poche o nessuna ramificazione tuttavia in genere non formano catene dritte molecole

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possono aggrovigliarsi formando dei veri e propri gomitoli polimeri ramificati hanno catene

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laterali propensi ad avere densità > o < a seconda della quantità della lunghezza e della

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ramificazione delle catene se catene tutte lineari maggiore densità rispetto a uno ramificato

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perché catene possono avvicinarsi e impacchettare le une alle altre es polietilene mooolto

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ramificato densità minore e minore rigidità usato allora per protesi che garantisce maggiore

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resistenza polimero amorfo tutte le catene hanno un’orientazione casuale nello spazio

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polimero semicristallino vi troviamo delle regioni dove le catene molecolari sono ordinate e

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parallele tra loro queste zone ordinate sono separate da zone amorfe le cristalline sono +

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rigide e dense + rigide perché si necessita di maggiore energia per deformarlo per rompere i

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legami interatomici mentre negli amorfi sono meno rigidi perché non devo rompere nulla ma

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semplicemente snodare la struttura polimeri stellari hanno estremità di diverse catene

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polimeriche unite insieme in un centro comune spesso usati come additivi o come materiali

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di rivestimento dendrimeri non hanno una catena principale i rami continuano a crescere

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dai rami e altri crescono da questi bobine casuali.

CROSS-LINKING

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Cosa è generalmente i polimeri amorfi sono deboli quindi in alcuni si realizza la

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polimerizzazione reazioni che stabiliscono legami intercatena i cross-link questi

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contribuiscono ad irrigidire la struttura metodo per aumentare resistenza di un materiale ad

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es gli elastomeri sono generalmente polimeri crosslinkati le catene molecolari cross linkate

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formano una rete tridimensionale di molecole metodi per realizzarlo di tipo fisico

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reversibile non si realizzano legami covalenti ma semplici interazioni di tipo labile interazioni

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elettrostatiche legame a idrogeno legame ionico interazioni di Van der Waals di tipo

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chimico è permanente presuppone legami covalenti + usato parto da monomeri o

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oligomeri in forma liquida agente indurente facoltativo molecola che inizia processo di cross-

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linking catalizzatore facoltativo serve per accelerare la reazione abbassando energia di

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attivazione della reazione stimolo esterno facoltativo tipicamente calore forno o raggi

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UV lampade apposite la reazione di cross-linking coincide la reazione di polimerizzazione

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quindi tre tipi di processi di polimerizzazione chimica tipo 1 reticolazione senza additivi

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tipo 2 con additivi tipo 3 reticolazione con additivi e stimolo esterno tipo più comune

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esempio di tipo chimico vulcanizzazione viene applicato a gomma naturale e elastomeri

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sintetici la prima altrimenti ha scarse proprietà meccaniche ed è poco durevole i secondi

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dopo presentano proprietà meccaniche migliorate di solito si ottiene con un agente di

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reticolazione agente di vulcanizzazione zolfo per vulcanizzare la gomma naturale

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ossigeno spesso per elastomeri come diversi siliconi.

POLIMERI NATURALI E SINTETICI

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Naturali derivati da essere viventi collagene molto elastico si trova in tessuti molli

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cartilagine e legamenti costituito da tre catene proteiche intrecciate con struttura elicoidale

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può essere trasformato in una varietà di strutture e desorbito dal corpo applicazioni

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somministrazione di farmaci scaffold per tessuti impianti protesici chitosano deriva

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dalla chitina presente negli esoscheletri dei molluschi applicazioni ingegneria della cartilagine

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medicazione delle ferite alginato deriva dalle alghe brune biodegradabile e lavorabile

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in acqua forma un gel solido bassa resistenza e scarsa adesione cellulare applicazioni

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ingegneria dei tessuti fegato nervi cuore e cartilagine polimeri sintetici facile produzione

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e lavorazione costi contenuti devono rispettare biocompatibilità e sterilizzabilità per

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essere usati come biomateriali agendo sulla molecola posso far variare le proprietà ampia

applicazione su diversi fronti dell’ingegneria biomedica.

POLIMERI TERMOPLASTICI E TERMOINDURENTI

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Termoindurenti grazie all’apporto termico vanno incontro processo di cross linking quindi

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polimerizzazione indurimento trasformazione no reversibile presentano quindi resistenza

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al calore non possono essere rimodellati più di una volta finitura superficiale difficile

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realizzazione non riciclabili termoplastici per essere processati lavorati necessitano

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trattamento termico che non causa nessun cross-link si irrigidiscono al contrario dei primi

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con la sottrazione di calore generalmente si comprano in pellet in grani riscaldamento

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si portano alla forma fluida e poi si usano stampi per dare loro una forma e poi

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raffreddamento se li riscaldo posso lavorarli nuovamente processo reversibile quello di

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indurimento quindi possono avere superficie finale migliore e sono riciclabili ed ecologici la

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reticolazione può essere indotta anche in loro ma raramente con irradiazione con fasci di

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elettroni raggi gamma o UV trattamenti chimici esempio protesi mano con

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termoplastico mano lucida dura simile a manichino se voglio + realismo tipo consistenza

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pelle termoindurente come silicone.

POLIMERI ELASTOMERI

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Cosa sono sono polimeri elastici che presentano un comportamento gommoso sono

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generalmente amorfi hanno una Tg T di transizione vetrosa molto bassa + bassa di

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quella ambiente troviamo forze molecolari deboli permettono al materiale di deformarsi in

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modo significativo alto strain a rottura sono viscoelastici la loro struttura è rappresentata

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dal modello a spaghetti e polpette spaghetti rappresentano le catene molecolari aggrovigliate e

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le polpette rappresentano i cross link punti in cui le catene si legano tra loro partendo da in

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situa aggrovigliata applicando forza di carico o trazione bastano piccole forze per districare

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questo gomitolo questo è vero fino quando non ho orientato parallelamente tutte le catene

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da questo punto in poi se voglio vincere in legami devo vincere legami covalenti intra-catene

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sono solitamente termoindurenti ma si trovano anche elastomeri termoplastici si fanno con

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polimeri a blocchi una parte amorfa e una cristallina vado a copolimerizzare 2 o + monomeri

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di cui almeno uno è termoplastico e uno termoindurente quello termoindurente da origine alla

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fase amorfa quello termoplastico alla fase semicristallina ottenendo così un materiale

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processabile termicamente quindi riciclabile aumentando la temperatura modulo elastico

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tende a diminuire perché si va incontro a una situazione di rammollimento range di utilizzo

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ottimale è quello compreso tra la Tg e la Tf differenze con elastomeri termoindurenti legami

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incrociati transizione massa fusa a oggetto solido è reversibile materiale può essere

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riformato riscaldandolo nuovamente non adatti ad applicazioni ad alta temperatura.

POLIMERI BIODEGRADABILI

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Degradazione dei polimeri degradare polimero vuol dire scindere le sue catene principali e/o

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quelle laterali in molecole + piccole processo prodotto da varie fonti di energia termolisi

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fotolisi radiolisi chemiolisi idrolisi ossidazione le prime 4 poco interessanti perché

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danno pochi problemi calore basta sia resistente a 40° chimico basta sia resistenze alle

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reazioni che avvengono nel corp