Appunti Biomateriali - seconda parte

Appunti di biomateriali

Modulo II

Prof.ssa Faré Silvia - Anno accademico 2019/2020

Indice

1. Materiali polimerici

....................................................................................................................................... 6

Introduzione........................................................................................................................................... 6

Conformazioni........................................................................................................................................ 6

Classificazione dei polimeri.................................................................................................................. 7

• Polimeri termoplastici..................................................................................................................... 7
• Polimeri termoindurenti................................................................................................................. 7
• Omopolimeri e copolimeri................................................................................................................ 7

Ottenimento dei materiali polimerici................................................................................................. 8

• Poliaddizione...................................................................................................................................... 8
• Policondensazione............................................................................................................................ 8

Struttura dei materiali polimerici...................................................................................................... 9

Transizioni termiche............................................................................................................................ 10

......................................................................................................................... 11

Caratteristiche meccaniche

• Tipo di elasticità............................................................................................................................... 11
• Comportamento a trazione.......................................................................................................... 11
• Influenza della temperatura........................................................................................................ 13
• Modulo elastico.............................................................................................................................. 13
• Viscoelasticità.................................................................................................................................. 14
• Isteresi................................................................................................................................................ 14
• Prova di resistenza all’urto.......................................................................................................... 14
• Prove a fatica sui materiali polimerici........................................................................................ 15
• Prove di creep, di recovery e di rilassamento dello sforzo.................................................... 15

2. Metodi di caratterizzazione

....................................................................................................................... 16

Analisi morfologiche.......................................................................................................................... 16

• Microscopia ottica.......................................................................................................................... 16
• Classificazione dei microscopi ottici............................................................................................ 17
• Microscopia elettronica................................................................................................................ 17

Caratterizzazione chimico-fisica....................................................................................................... 19

• Calorimetria differenziale a scansione (DSC)............................................................................. 19
• Analisi cromatografica: Cromatografia a permeazione di gelo........................................... 19
• Analisi spettroscopica: Radiazione IR........................................................................................... 20
• ATR-FTIR............................................................................................................................................... 21

3. Caratterizzazione meccanica dei polimeri

...................................................................................................................... 22

Materiali viscoelastici......................................................................................................................... 22

• Modello di Hooke............................................................................................................................. 22
• Modello di Newton......................................................................................................................... 22
• Materiali viscoelastici.................................................................................................................... 22
• Come studiare il comportamento dei polimeri......................................................................... 23

Analisi dinamico-meccaniche............................................................................................................. 23

• Modulo elastico complesso.......................................................................................................... 23
• Analisi dinamico-meccanica........................................................................................................... 24
• Analizzatore dinamico-meccanico............................................................................................... 24
• Tipologie di afferraggi................................................................................................................... 24
• Prove meccaniche in rampa di temperatura.............................................................................. 26
• DMA a rampa di temperatura per un materiale semicristallino............................................ 26
• Range di temperature in cui svolgere la prova......................................................................... 27
• Velocità di applicazione della temperatura.............................................................................. 27
• Ulteriori informazioni ricavabili con una DMA........................................................................ 27
• Ulteriori analisi........................................................................................................................... 28
• Prove meccaniche in rampa di frequenza.................................................................................. 29

Reologia................................................................................................................................................. 29

• Analisi reologiche........................................................................................................................... 29
• Equazioni costitutive...................................................................................................................... 30
• Geometrie disponibili...................................................................................................................... 30
• Reometro........................................................................................................................................... 31
• Test di flusso.................................................................................................................................... 31
• Tipologie di test di flusso............................................................................................................... 31
• Test oscillatori................................................................................................................................ 31
• Modulo complesso.......................................................................................................................... 32
• Zona viscoelastica lineare (LVR).................................................................................................... 32
• Tipologie di test oscillatori...................................................................................................... 32

4. Smart materials

............................................................................................................................................ 34

Smart materials................................................................................................................................... 34

• Smart polymers................................................................................................................................ 34

Materiali piezoelettrici....................................................................................................................... 34

Polimeri conduttivi............................................................................................................................. 35

• Applicazioni....................................................................................................................................... 35

Materiali cromogenici........................................................................................................................ 36

• Termocromici................................................................................................................................... 36
• Fotocromici...................................................................................................................................... 36
• Elettrocromici................................................................................................................................. 36

Fluidi elettroreologici (ER) e magnetoreologici (MR)................................................................... 37

Shape memory materials..................................................................................................................... 37

• Polimeri a memoria di forma (SMPs)............................................................................................ 38
• Stimoli usati per l’attivazione della memoria di forma.......................................................... 38
• Variazione nella rigidezza............................................................................................................. 40
• Variazione della permeabilità al vapore acqueo...................................................................... 41
• Applicazioni....................................................................................................................................... 41

Idrogeli intelligenti............................................................................................................................. 43

Caratterizzazione dei SMPs................................................................................................................. 44

• Indici quantitativi........................................................................................................................... 45
• Temperatura di recovery Tr........................................................................................................... 45
• Numero di cicli................................................................................................................................. 46

5. Poliuretani e SIBS

.......................................................................................................................................... 47

Poliuretani termoplastici a segmenti.............................................................................................. 47

• Proprietà........................................................................................................................................... 48
• Applicazioni dei poliuretani........................................................................................................... 48
• Metodo di sintesi a due stadi......................................................................................................... 48
• Metodo di sintesi a uno stadio...................................................................................................... 49
• Produzione industriale.................................................................................................................. 49
• Parametri fondamentali di un PU................................................................................................ 49
• Preparazione di un poliuretano a segmenti............................................................................... 50

P - - ................................................................................................................................... 50

Oli estere uretanop - - ..................................................................................................................................... 50

Oli etere uretano

• Environmental stress cracking.................................................................................................... 51

P - - .............................................................................................................................. 51

Oli carbonato uretanico

C - (P -S ) .................................................................................................... 52

Opolimeri poliuretano silicone ur

Il nuovi elastomeri termoplastici biostabili

...................................................................................... 53

SIBS........................................................................................................................................................... 53

• Nascita dei SIBS.................................................................................................................................. 53
• Proprietà........................................................................................................................................... 54
• Problematiche.................................................................................................................................. 54
• Applicazioni....................................................................................................................................... 54

6. Materiali biodegradabili

............................................................................................................................ 57

• Vantaggi di un dispositivo biodegradabile rispetto ad uno biostabile................................ 57
• Requisiti per la sintesi di un polimero biodegradabile............................................................. 57
• Degradazione................................................................................................................................... 58

Polimeri sintetici degradabili............................................................................................................. 59

• Poli-α-idrossiacidi: PGA e PLA.......................................................................................................... 60
• PCL (policaprolattone)................................................................................................................... 61
• PHB (poli-idrossi butirrato)........................................................................................................... 61

Cosa può influenzare la degradazione............................................................................................ 61

Processing (lavorazione) dei polimeri biodegradabili.................................................................. 62

• Presenza di umidità......................................................................................................................... 62
• Presenza di stress residui............................................................................................................... 62
• Cambiamenti nella cristallinità................................................................................................... 63
• Presenza di sforzi di taglio ad elevata temperatura............................................................... 63

Sterilizzazione di materiali polimerici biodegradabili.................................................................. 64

Applicazioni di polimeri biodegradabili............................................................................................ 65

• Ferite.................................................................................................................................................. 65
• Ortopedia.......................................................................................................................................... 65
• Dentale.............................................................................................................................................. 65
• Cardiovascolare.............................................................................................................................. 66
• Veicolazione e rilascio controllato di farmaci........................................................................ 66
• Supporti per l’ingegneria dei tessuti........................................................................................... 66

7. Biomateriali per stent vascolari

.............................................................................................................................. 67

Introduzione......................................................................................................................................... 67

• Come si è arrivati agli stent.......................................................................................................... 67

Bare metal stents (BMS)...................................................................................................................... 68