Domande teoria esame Biomateriali

Caratterizzazione meccanica e prove di creep/recovery di un PU con alta percentuale di segmenti hard

Per quanto riguarda la caratterizzazione meccanica, si eseguono delle prove a trazione cicliche in un range di sforzo compreso tra la pressione minima e la massima alle quali è sottoposto il dispositivo impiantato nel corpo umano. Da questi test si ricava l'area di isteresi e la deformazione residua a ciascun ciclo (grafico 4).

Si possono poi svolgere anche due prove di creep/recovery, selezionando sempre Pmin e Pmax come valori di sforzo da applicare per ciascuna prova. L'output, in questo caso, è l'andamento della deformazione nel tempo dal quale si può valutare il contributo delle componenti viscose ed elastiche del polimero. Entrambe le prove vengono eseguite ad una temperatura pari a 37°C per un numero di cicli fissato (grafico 5).

Per lo studio del comportamento a creep/recovery di un PU con alta percentuale di segmenti hard, è necessario condurre una prova specifica.

temperatura di prova, il tipo di afferraggio, ...).

2) Spiegare quale andamento vi aspettereste nella fase di creep e in quella di recovery.

3) Disegnare l'andamento che vi aspettereste nella fase di creep e in quella di recovery.

1) Può essere condotta una prova impiegando afferraggi a trazione, compressione, dual cantilever. La prova può essere condotta applicando il seguente protocollo:

• T = 37 °C (si suppone che la Tg sia inferiore a 37 °C)
• provino idratato per mimare l'ambiente fisiologico
• si possono condurre più cicli di creep/recovery per verificare il comportamento del PU

2) L'andamento atteso sarà quello di un materiale con prevalenza del contributo elastico rispetto a quello viscoso, data l'alta percentuale di segmenti hard (che formano domini ben organizzati). In risposta allo sforzo applicato, si avrà una bassa deformazione (a confronto con quanto possibile in caso di PU con alta percentuale di segmenti soft),

dovuta all'alta percentuale di segmenti hard. Ci si aspetta, nella fase di recovery, un ritorno istantaneo alla forma iniziale, dato il comportamento elastomerico del PU a segmenti.

1. Rottura fragile e rottura duttile nei materiali polimerici

La frattura nei materiali polimerici può essere di tipo fragile o duttile (o intermedia). Nel caso di un materiale polimerico amorfo vetroso e fragile l'energia superficiale richiesta per la frattura è molto più elevata di quella che sarebbe richiesta se la frattura comportasse solo la rottura dei legami carbonio-carbonio su di un piano di frattura. Invece, nella frattura duttile, le catene molecolari si distendono, scorrono le une sulle altre e si allineano gradualmente compattandosi nella direzione dello sforzo applicato. Quando lo sforzo supera un certo valore, le catene molecolari si rompono provocando la frattura del materiale. Nel caso delle materie plastiche termoindurenti si ha frattura fragile mentre per i

Termoplastici si verifica sia la frattura fragile che quella duttile. La temperatura può influenzare enormemente il modo in cui i termoplastici vanno incontro a frattura; infatti al di sotto della Tg è predominante il verificarsi di frattura fragile, altrimenti duttile. Inoltre, basse velocità di deformazione favoriscono la frattura duttile perché le catene molecolari hanno il tempo di distendersi.

Polimeri conduttori: che cosa sono, esempi e applicazioni

I polimeri conduttori (detti polimeri estrinsecamente conduttori) sono materiali plastici in grado di condurre la corrente elettrica ("metalli sintetici"). I polimeri comuni sono degli isolanti e come tali vengono utilizzati. Per renderli conduttori si formano dei compositi caricati con polveri di metalli elettroconduttori oppure di grafite; la loro percentuale può arrivare anche al 50% della massa totale. A seconda dell'elemento utilizzato come drogante, i polimeri conduttori variano.

Differenti proprietà fisiche: conducibilità, proprietà ottiche, caratteristiche meccaniche, dimensioni. Esempi di potenziali polimeri conduttori sono il poliacetilene, il polipirrolo e la polianilina che sono utilizzati con grande vantaggio come elementi sensibili, cioè in grado di rilevare variazioni dell'ambiente circostante e come attuatori meccanici.

21) Quali fattori influenzano la stabilità e minacciano un polimero biodegradabile?

• Struttura e composizione chimica;
• Peso molecolare e polidispersità;
• Presenza di composti a basso peso (oligomeri, plastificanti, solventi);
• Presenza di difetti in catena;
• Configurazione;
• Morfologia (cristallinità, orientamento, stress residui);
• Condizioni di lavorazione;
• Metodo di sterilizzazione;
• Trattamenti termici (ad es. annealing);
• Metodo di conservazione fino all'impianto;
• Sito d'impianto e individualità del paziente;
• Fattori fisico-chimici (forma,...

dimensione);

Metodo di lavorazione, ovvero:

• Umidità
• Bassa Tg
• Cristallinità
• Solidificazione
• Process load
• Sterilizzazione

22) Quali sono le proprietà che differenziano un copolimero poliuretano-silicone da un polietere uretano lineare a segmenti?

Il PurSi non presenta calcificazione, mostra una maggiore resistenza all'ESC, ha maggiore idrofobicità, resistenza ad abrasione, maggiore stabilità termica e tromboresistenza (è inerte) e ha una buona biocompatibilità. All'aumentare della quantità di silicone diminuisce la sua resistenza meccanica. Ha bassa resistenza a trazione e un costo superiore, dovuto ai metodi di lavorazione particolari. Il polietereuretano (PEU) lineare a segmenti è soggetto a surface cracking, ESC e può stare solo a contatto con la pelle. Il vantaggio del polietereuretano è che posso scegliere la resistenza andando a variare la concentrazione di diisocianato.

23) SMA:

Indicare la risposta corretta

1. La temperatura a cui è stabile l'austenite è minore della temperatura a cui è stabile la martensite
2. (CORRETTA) La formazione di struttura martensitica o austenitica dipende dalla temperatura
3. Per vedere la trasformazione della struttura da martensite ad austenite, si deve applicare uno sforzo

25) Carico max compression mode = 70 N 26) Quando chiede se andare a valutare il dispositivo anidro o idratato: se è anidro avrà delle prove più veritiere in termini di andamenti meccanici, perché non essendoci acqua allora non ha effetto plasticizzante e quindi non fa perdere proprietà meccaniche al materiale. Al tempo stesso, quando andiamo ad usare i dispositivi, alla fine sono nel corpo e quindi saranno in uno stato idratato. Tuttociò vale solo per i poliesteri alifatici biodegradabili, dato che vengono idratati per idrolisi, se venissero lavorati allo stato idratato il loro processo di idrolisi potrebbe iniziare prima del loro impianto. ²⁷⁾ (Luglio 2022) Materiale per il disco delle valvole cardiache POM (Nome commerciale del Delrin) ²⁸⁾ (Giugno 2022) Cosa si intende per biomimicry. Selezionare uno degli approcci visti a lezione espiegare come lo applichereste per migliorare un dispositivo o per svilupparne uno nuovo per applicazioni in ambito oculare. Lo scopo della biomimicry è quello di prendere spunto dalla natura come imitazione per realizzare dei dispositivi o dei materiali utili in ambito biomedico. Tra i vari esempi abbiamo: la foglia di loto per ottenere tessuti super-idrofobici tramite micro-nano strutturazione, la pelle adesiva del geco per la realizzazione di superfici polimeriche ricoperte di nanotubi di carbonio oppure la secrezione delle cozze per aderire due lembi di pelle senza.utilizzare suture. In ambito oftalmologico si potrebbe usare la pelledi squalo da "applicare" ai cateteri per la cura del glaucoma (per impedire l'adesione dei batteri). 29) Wound healing Cura delle ustioni rigenerazione derma ed epidermide - Pelle autologa - Trapianto donatori, se il danno non supera il 30 - 35% del corpo Importante coprire e mantenere umido il sito altrimenti si forma tessuto di granulazione Alternative: sacco amniotico, pelle da cadavere (trattamento con gluteraldeide), xenograft (maiali) Non esiste il sostituto perfetto (Caratteristiche ideali: cheap, flessibile, barriera, adesivo, proprietà meccaniche, migrazione cellulare, conservazione...). Dressing: Lo spessore deve permettere il trasporto di sostanze. Non troppo rigido, no discontinuità pelle - maglia, no troppo sottile rottura, no scollamento infezione batterica. - Dressing non biodegradabile: impermeabile alle cellule, nella parte sotto le

cellule proliferano copertura temporanea (oppure) Esterno biostabile e parte a contatto con la ferita biodegradabile

Innesti (rigenerativa):

• Epidermide = film di poliuretano, silicone, acido ialuronico
• Derma: matrici naturali (collagene, derma bovino… numerose possibilità)/sintetiche cono senza fibroblasti autologhi
• Epidermide + derma (duplice strato full-thickness): sia temporanei che permanenti

30) Meccanismi di difesa e riparo dopo ingiuria

La sequenza degli effetti locali successivi all’impianto di una protesi è:

1. Ingiuria tissutale (conseguente all’atto chirurgico);
2. Infiammazione acuta (di breve durata, da minuti a giorni, consiste nell’essudazione di fluidi e proteine plasmatiche (edema) e migrazione di leuciti (soprattutto neutrofili));
3. Infiammazione cronica (dipende dalle proprietà chimico-fisiche del materiale e dai movimentidell’impianto; in genere è di breve durata e rimane circoscritta al sito d’impianto.

Richiamamonociti/macrofagi e linfociti. Si ha neovascolarizzazione e proliferazione di tessuto connettivo); 4. Tessuto di granulazione (unità tissutale transitoria e primitiva allo scopo di richiudere definitivamente la ferita e servire da letto per la successiva fase di epitelizzazione; dopo aver espletato la sua funzione viene gradualmente trasformato in tessuto cicatriziale); 5. Reazione da corpo estraneo (è considerata la risposta normale di integrazione dell'impianto di materiali. Si ha proliferazione di fibroblasti e cellule endoteliali, seguita da cellule giganti). 6. Fibrosi (o incapsulazione fibrotica, rappresenta in genere l'ultimo stadio della risposta infiammatoria). L'intensità e il tempo dipendono dall'intensità dell'ingiuria arrecata, dalle dimensioni, forma, topografia dell'impianto e dalle proprietà chimico-fisiche del biomateriale. 31) (Sett 2022) Cataratta: quali sono i materiali ad oggi utilizzati? Qualisono i problemi