Appunti dettagliati Biomateriali

CURVA - E PARAMETRI DA ESSA RICAVABILI

Le proprietà meccaniche descrivono il comportamento di un solido sottoposto all'applicazione di una forza, esterna o interna, che crea uno stato di sollecitazione che causa nella struttura una deformazione (elastica e/o plastica).

Si definisce invece sforzo () il rapporto tra la forza (F) e la superficie (A) su cui agisce:

= ^F/_A (unità di misura Mpa)

Gli sforzi, inoltre, possono essere di diversi tipi, a seconda della direzione di applicazione:

• TRAZIONE E COMPRESSIONE
• TAGLIO
• FLESSIONE
• TORSIONE

L'applicazione di uno sforzo ad una porzione di materiale determina una deformazione (espressa in %)

= ^L-L₀/_L0

(DEF. DI COMPRESSIONE TRAZIONE)

= ^d/_b = tg

Per studiare il comportamento di un materiale in seguito all'applicazione di uno sforzo utilizziamo la curva -.

In particolare mette in relazione la def. di un solido per valori di sforzo crescenti.

In generale un materiale sottoposto ad una sollecitazione modesta si deforma in modo reversibile, perciò se viene eliminato il materiale recupera la sua geometria iniziale. Questo comportamento è definito elastico e la def. associata è la def. elastica. Esiste un valore detto limite elastico oltre il quale il materiale assume un comportamento detto plastico (def. irreversibile detta plastica).

Il 1° tratto del grafico è spesso approssimabile ad una retta; in questo caso il materiale presenta un comportamento detto lineare-elastico nel quale le def. misurate sono dirette proporzionali alle tensioni operanti e le tensioni si annullano al cessare del carico.

Il rapporto tra sforzo e def. è una costante detta modulo di Young: E = _σ/_ε = tg α

α che esprime la pendenza della retta del grafico

E si dice quanto un materiale riesca a deformarsi sotto uno sforzo meccanico, cioè è indice della rigidezza di un materiale. (E ≫ rigido, E ≪ flessibile).

La def. assiale (_εa), che è quella che abbiamo lungo l'asse d'applicazione dello sforzo, è sempre accompagnata da una def. laterale (_εt) ricavabile attraverso il coeff. di Poisson: _ν.

_ν = _εt/_εa < 0,5 nei solidi reali

• 0,3 < _ν < 0,4 nei metalli
• _ν = 0,4 nelle gomme e nei tessuti biologici molli

Relazione che lega le grandezze elastiche

E = 2G(1+_ν)

Tornando alla curva:

1. Comportamento elastico lineare metalli e ceramici

In questo caso nel corso della def. il corpo accumula ener. elastica corrisp. dovuta all'area tratteggiata; nel momento in cui lo sforzo è completamente rimosso l'_En. elastica viene integralmente restituita.

• prova di res. a compressione: una macchina composta da una pressa con dinamometro che misura gli sforzi, la pressa schiaccia il provino e si riduce la dimensione longitudinale e aumenta quella trasversale. Questo tipo di prova può essere fatta su provini cubici

_F  δ = ^F/_a²

• prova di res. a flessione (prova di penting): il provino è appoggiato su due basi con una punta che applica uno sforzo al centro del provino, che si piega prima di rompersi

Prove di Durezza

Durezza: resist. che un mat. oppone alla penetrazione di un altro corpo duro

si rileva mediante la dimensione dell’impronta lasciata nel mat. dal penetratore

Misure di Porosità

Porosimetro

Indica la porosità totale e la dimensione dei pori. Si utilizza un'ampolla con un orlo lungo e stretto, in modo da sfruttare la capillarità del liquido all'interno dell'ampolla (Hg).Si immerge poi il campione nell'ampolla piena di Hg, e viene applicata una pressione crescente in modo che l'Hg penetri nei pori.Infine si valuta l'abbassamento capillare dell'Hg e la pressione per studiare la porosità e la dim. dei pori.I pori si classificano in:

• Micropori (_21nm)
• Mesopori (21_50nm)
• Macropori (>50nm)

Assorbimento d'Acqua

Capacità del campione di assorbire l'H₂O in modo capillare, si osserva attraverso la costruzione di una curva tempo-assorbimento.

Analisi Granulometrica

Eseguita tramite la setacciatura con una serie di setacci disposti l'uno nell'altro con aperture decrescenti andando dall'alto verso il basso. È con possibile determinare la dim. dei grani.

Possibile grazie al granulometro laser. Si basa sul principio che particelle di data grandezza diffondono la luce con angolo noto che aumenta al diminuire della dim. della particella.

Caratterizzazione Morfologica

Studiamo la topografia superficiale di un materiale.

Microstruttura Def: studia il numero, la natura e la morfologia delle fasi presenti.

L'azione fisicamente e chimicamente omogenea di un materiale è influenzata dalle modalità di produzione e lavorazioni subite dal materiale. Inoltre influenza fortemente il comportamento di un materiale.

La microscopia studia la microstruttura mediante l'interazione luce-materia.

Risoluzione Microscopio: una sorgente di luce con minore lunghezza d'onda garantisce una migliore risoluzione, e questo è il motivo per cui la microscopia elettronica fornisce immagini a risoluzioni migliori rispetto alla microscopia ottica (dove è sfruttata la luce visibile che ha una lunghezza d'onda maggiore).

Microscopia Ottica

Tecnica di osservazione capace di produrre immagini ingrandite di oggetti troppo piccoli per essere analizzati a occhio nudo.

• Oculare: lenti sulla montatura che indica il suo potere di ingrandimento.
• Obiettivi: nuovi sistemi di lenti che danno la 1^a immagine ingrandita del campione; sono avvitati su una torretta girevole o revolver, che ne porta fino a 6 a diverso ingrandimento.

Il sistema di queste 2 lenti convergenti costituisce l'anima del microscopio ottico.

L'oggetto da osservare viene posto davanti all'obiettivo, che ne fornisce un'immagine reale, capovolta e ingrandita. Questa immagine viene fatta cadere davanti all'oculare a distanza opportuna, che ne darà un'altra, virtuale, ingrandita e orientata nello stesso verso.

Un'altra componente da nominare è il condensatore, dato da un ulteriore sistema di lenti con la funzione di inviare all'obiettivo la quantità di luce adatto alle sue caratteristiche ottiche.

È posizionato sotto il tavolino porta-campioní.

MATERIALE BIOATTIVO: consentono la formazione di un legame chimico all'interfaccia materiale-impianto

MATERIALE BIOINERTE: non crea legami chimici

BIOCOMPATIBILITÀ (disp. circondiio):

capacità di un materiale di determinare, da parte di un sistema vivente, una favorevole reazione alla sua presenza

per essere biocompatibile, un materiale deve avere:

1. COMPATIBILITÀ MORFOLOGICA riguarda gli aspetti riguardanti le interfacce
2. " FUNZIONALE
3. " BIOLOGICA

b) riguarda il ruolo del dispositivo rispetto al ruolo atteso. Vengono così valutate le differenze nelle caratteristiche al fine di minimizzare eventuali risposte non desiderate

c) riguarda gli aspetti di natura chimica e biologica che possono indurre alterazioni dannose, sia dei tessuti biologici, sia del materiale impiegato