Presentazione di PowerPoint

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Proposta di Tesi su argomenti di Biomeccanica che
richiedono una conoscenza approfondita di
materiali non solo biovompatibili, ma soprattutto
funzionali per la progettazione di un dispositivo
biomedico

• TITOLI DI TESI DI LAUREA PROPOSTE AGLI
  STUDENTI-23 GIUGNO 2009
• Caratteristiche generali
• Progettazione di dispositivi per applicazioni
  biomediche terapeutiche per la cui funzionalità
  la conoscenza approfondita di alcuni materiali e
  leventuale progettazione di nuovi svolgono un
  ruolo in molti casi fondamentali, in altri
  migliorativo delle funzionalità del dispositivo
  rispetto a quelli disponibili e/ reperibili sul
  mercato.
• Simulazione numerica della fluidodinamica in
  stent biforcati
• Modelli di circolazione sanguigna in presenza di
  correzioni chirurgiche per il trattamento di
  patologie cardiache congenite
• Valutazione e ottimizzazione sperimentale e
  computazionale di un dispositivo microfluidico
  per lo studio della chemotassi leucocitaria
• Simulazione del processo di micro-indentazione
  dinamica di un tessuto cartilagineo
• Studio teorico-sperimentale di sistemi per
  infusione di farmaci in pazienti pediatrici e
  neonatali.
• Simulazione del processo di crescita di un
  aneurisma cerebrale.
• Studio dellinserimento di cemento per ossa
  allinterno dellosso spongioso per il
  trattamento dellosteoporosi
• Generazione e calibrazione di un modello di
  crescita tessutale in bioreattore
• Caratterizzazione biomeccanica di cornee porcine
  tramite analisi numerica e sperimentale
• Progettazione di un set-up sperimentale per la
  misura della permeabilità idraulica di tessuti
  caratterizzati da porosità di dimensione
  nanometrica

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Functionally Graded Biomaterials (BIO-FGMs) as
bestbiomimetic materials for articulating
surfaces
Goals Increasing the resistance to wear of the
metallic devices now in commerce Improving the
structural reliability of the ceramic devices.

• How these goals can be achieved-Materials
• By implementing the concept of gradation of
  Biomaterials FGM
• at LaBS 3 research lines
• Ceramic/ceramic composites
• Hard coatings FGM
• Metal/ceramic composites.

• Models and manufaturing technologies-Methods
• Determination of material properties in relation
  to manufacturing techniques
• Spark plasma sintering (metal/ceramic
  composite)-Materials Eng.Dept. in Trento Un.
• Tape casting o slip-casting (ceramic/ceramic
  composites)-ibidem
• Pulsar laser deposition (hard coatings) Nuclear
  Eng.Dept in Milano-Politecnico
• Magnetron spattering (hard coatings) Materials
  and Indudtrial Chemistry Dept-ibidem
• Mechanical characterization of materials by means
  of mechanical tests() and numerical simulations
• () Micro and macro characterization

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Temi di ricerche finanziate o proposte per esserlo

• -Magnetostrictive technology in dynamic probing
  micro-devices for biomedical applications (in
  collaborazione con il Prof. Cavallotti)
• -Design of micro-fluidic systems to integrate on
  micro-devices for pharma tests oriented to
  optimize therapies of ostheoporosis
• (in collaborazione con IRST, Trento)
• -Magnesium biodegradable alloys for biomedical
  applications
• (in collaboration with IRST, Trento,
  Metallurgical groups of Un. Trento and PoliMi)
• -Design of a Micro-pump to supply insuline to
  diabetic patients, real time, depending on
  monitoring current glucose concentration by means
  of a micro-sensor and by a computational model
  elaborating these monitored data to activate the
  micro-pump in a optimized way (in collaboration
  with Bio-Mems/Nano-Mems group of the Dept. of
  Structural Engineering, PoliMi)
• -Plenary lecture at ATEMA Symp. In Montreal, July
  6-10
• CHANCES OF INNOVATIVE PERFORMANCES OF
  MICRO/NANO-STRUCTURED COMPOSITES GIVEN BY
  INVESTIGATING THEIR MECHANICAL PROPERTIES , R.
  Contro et alii
• -Key note lecture at ICMAT Congr. In Singapore,
  June 28-July 3
• Characterization of FGMs through
  micro-indentation (formerlydeveloped at MIT by
  PhD student, provided with a Progetto Rocca
  scholarship)

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Suggestions from famous research
organizationssuccessful combination of material
with innovative devices as practical contribution
to engineerized materials

• From MRS fall meeting, Boston, Dec. 2008
• -performance and reliability of semiconductor
  devices
• -rare earth doping of advanced materials in
  photonic applications
• -materials and technology for 3-D intehration
• -Physics and technology of organic semiconductor
  devices
• -photovoltaic materials and manufacturing issues
• -Scientific basis for nuclear waste management
• -Materials for future fusion and fission
  technology
• -solid state ionics
• -advanced intermetallic-based alloys for extreme
  environment and energy applications
• -Materials and devices for smart systems
  (active prostheses dumping devices)
• -polymer-based smart materials
  (cerebral stents)
• -microelectromechanical systems-materials and
  devices (biosensors, microdevices
• -nanotubes, nanowires, nanobelts and nanocoils
  micropumpgtsee later on)

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similar suggestion from Icmat 2009

• some titles of Symposia into which ICMAT 2009 are
  organized
• -Advanced Biomaterials and Regenerative Medicine
• -Nanomaterials for Bioimaging and Biosensing
• -Advanced Delivery of Therapeutics New
  challenges for Materials
• -Oxide Thin Films (Ceramics)
• -Nanostructured Magnetic Materials and their
  Applications
• -Nanostructured Materials for Electrochemical
  Energy Systems (Lithium batteries and Fuell
  cells)
• -Carbon Nanotubes and Carbon Rich Materials
• -Nano Patterning and Surface Characterization

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Simulazione numerica della fluidodinamica in
stent biforcati Attività computazionale per la
messa a punto di modelli CFD della fluidodinamica
locale in presenza di stent espansi in
biforcazioni vascolari. Le geometrie degli stent
saranno ricavate da immagini di microTAC oppure
da precedenti simulazioni FEA dellespansione
degli stent.
Disponibilità da novembre 2009. Referenti
Gabriele Dubini e Francesco Migliavacca
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Modelli di circolazione sanguigna in presenza di
correzioni chirurgiche per il trattamento di
patologie cardiache congenite
Competenze richieste buona capacità di
programmazione e utilizzo di codici commerciali
CFD
Disponibilità da ottobre 2009. Referenti
Giancarlo Pennati, Francesco Migliavacca e
Gabriele Dubini
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Valutazione e ottimizzazione sperimentale e
computazionale di un dispositivo microfluidico
per lo studio della chemotassi leucocitaria Attivi
tà sperimentale e computazionale per la messa in
opera e la valutazione di un dispositivo
microfluidico esistente, progettato per lo studio
del comportamento chemotattico leucocitario, in
diverse condizioni di shear-stress agente sulla
superficie cellulare. lo studio di questo
fenomeno è di assoluto interesse per lo studio
dei meccanismi immunitari che provocano e
regolano diverse patologie legate
all'infiammazione cronica. Alcune delle attività
proposte (da definirsi in corso d'opera)
caratterizzazione sperimentale fluidodinamica del
dispositivo (possibilità di utilizzo del
microPIV), valutazione di diverse soluzioni
tecnologiche legate al set up sperimentale,
modellistica CFD per la verifica e
l'ottimizzazione delle condizioni di flusso, di
riempimento e di test del dispositivo).
Si richiede disponibilità da luglio 2009 - a
tempo pieno da settembre - ottobre 2009.
Referenti Elena Bianchi, Katia Laganà, Gabriele
Dubini
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Simulazione del processo di micro-indentazione
dinamica di un tessuto cartilagineo Si tratta di
una simulazione di microindentazione con carico
ciclico in cui sono assegnate ampiezza e
frequenza di oscillazione del carico di
indentazione sovrapposto ad uno stato di
precarico costante. Il tessuto cartilagineo dovrà
essere modellato in regime di grandi deformazioni
con legame costitutivo isotropo e anisotropo
viscoelastico. Lo scopo della simulazione sarà la
determinazione del relazione tra la risposta
tempo dipendente del tessuto (in funzione di
ampiezza e sfasamento della risposta) e
frequenza/ampiezza di applicazione del carico al
variare dei parametri viscoelastici del tessuto.
Referente Pasquale Vena
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Studio teorico-sperimentale di sistemi per
infusione di farmaci in pazienti pediatrici e
neonatali. Assicurare la corretta
somministrazione di farmaci è estremamente
importante per garantire la richiesta risposta
terapeutica. I sistemi di infusione sono
normalmente in grado di somministrare
contemporaneamente più farmaci e sono quindi
costituiti da un certo numero di cateteri
alimentati da opportune pompe (peristaltiche o a
siringa) che terminano in un singolo elemento che
verrà poi inserito nel vaso del
paziente. Nellambito della tesi verranno
caratterizzati sperimentalmente gli elementi
coinvolti (pompe, cateteri, connettori, fluidi
con farmaco) e verranno sviluppati modelli sia a
parametri concentrati che a volumi finiti del
sistema stesso.
Referenti Giancarlo Pennati , Katia Laganà
Linizio della tesi è previsto per luglio-ottobre
2009
Progetto in collaborazione con lOspedale di Lecco
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Simulazione del processo di crescita di un
aneurisma cerebrale. Si tratta di simulazioni ad
elementi finiti in cui il tessuto della parete
arteriosa è simulato per mezzo di un legame
costitutivo elastico non lineare anistropo. Il
fenomeno della crescita viene simulato imponendo
una perturbazione dello stato di sollecitazione
del tessuto rispetto ad una sollecitazione
assunta come fisiologica e postulando lesistenza
di un grandezza meccanica (in generale funzione
dello stato di sforzo e/o di deformazione) che
costituisca lo stimolo ad un processo di
crescita. Tale processo è simulato per mezzo di
opportuni modelli cinematici che rappresentino in
modo approssimato il fenomeno di continua
deposizione di fibre di collagene in
configurazioni geometriche progressivamente
crescenti. Lo scopo del lavoro è quello di
determinare le condizioni che conducono ad una
crescita stabile o instabile dellaneurisma in
funzione delle assunzioni fatte sulle funzioni
di stimolo e sullo stato di sollecitazione
patologica.
Referenti Pasquale Vena e Giancarlo Pennati
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Studio dellinserimento di cemento per ossa
allinterno dellosso spongioso per il
trattamento dellosteoporosi Lo studio è per lo
più computazionale (simulazioni a volumi finiti
di perfusione degli spazi inter-trabecolari,
filling di mezzi porosi con leggi omogenizzate)
ma sono previste anche attività sperimentali di
supporto (caratterizzazione reologica di cementi
per vertebroplastica, prove di infiltrazione di
cemento in vertebre bovine).
Referenti Giancarlo Pennati, Elena Bianchi
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proposte di tesi

• titolo Generazione e calibrazione di un modello
  di crescita tessutale in bioreattore
• relatore Prof. Manuela Raimondi, Dip. Ing.
  Strutt., Politecnico di Milano
• correlatori Prof. Federica Boschetti, Dip. Ing.
  Strutt., Politecnico di Milano
• tipo di lavoro (sperimentale/computazionale)
  sperimentale e computazionale
• descrizione Lanalisi sperimentale prevede la
  coltura di costrutti cellulari in un bioreattore
  a perfusione interstiziale. Lanalisi numerica
  prevede la generazione di un modello multifisico
  di crescita tessutale.
• luogo di svolgimento LaBS-Galeazzi, IRCCS
  Istituto Ortopedico Galeazzi, Milano
• inizio giugno 2009
• durata un anno
• e-mail manuela.raimondi_at_polimi.it

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proposte di tesi

• titolo Caratterizzazione biomeccanica di cornee
  porcine tramite analisi numerica e sperimentale
• relatore Prof. Federica Boschetti, Dip. Ing.
  Strutt., Politecnico di Milano
• correlatori
• tipo di lavoro (sperimentale/computazionale)
  sperimentale e computazionale
• descrizione Lanalisi sperimentale prevede la
  valutazione dellorientamento delle fibre di
  collagene in cornee porcine, lesecuzione di
  prove di trazione uniassiale a bassi livelli di
  carico, lesecuzione di prove di trazione
  biassiale. Lanalisi numerica prevede lanalisi
  dei campi di sollecitazione e deformazione delle
  cornee testate sperimentalmente.
• luogo di svolgimento LaBS, Dip. Ing.
  Strutturale, Politecnico di Milano
• inizio
• durata
• e-mail federica.boschetti_at_polimi.it

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proposte di tesi

• titolo Progettazione di un set-up sperimentale
  per la misura della permeabilità idraulica di
  tessuti caratterizzati da porosità di dimensione
  nanometrica
• relatore Prof. Federica Boschetti, Dip. Ing.
  Strutt., Politecnico di Milano
• correlatori
• tipo di lavoro (sperimentale/computazionale)
  sperimentale e computazionale
• descrizione La tesi consiste nella
  progettazione del sistema di prova più idoneo a
  garantire una distribuzione omogenea di
  deformazioni allinterno del tessuto durante la
  misura (questa fase richiede la modellazione
  numerica a elementi finiti del provino con
  vincoli e condizioni al contorno variabili a
  seconda dellapparato di prova), progettazione di
  un sistema automatico di acquisizione dei dati,
  realizzazione e messa in opera dei sistemi
  progettati ed esecuzione di prove (in numero da
  stabilire in corso di tesi).
• luogo di svolgimento LaBS, Dip. Ing.
  Strutturale, Politecnico di Milano
• inizio
• durata
• e-mail federica.boschetti_at_polimi.it

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proposte di tesi

• titolo Integrazione di strumenti computazionali
  e sperimentali per la caratterizzazione
  biomeccanica della cartilagine articolare
• relatore Prof. Federica Boschetti, Dip. Ing.
  Strutt., Politecnico di Milano
• correlatori
• tipo di lavoro (sperimentale/computazionale)
  sperimentale e computazionale
• descrizione La tesi prevede l'esecuzione di
  prove di indentazione sulla cartilagine e la loro
  interpretazione tramite modelli FEM
  poro-visco-elastici.
• luogo di svolgimento LaBS, Dip. Ing.
  Strutturale, Politecnico di Milano
• inizio
• durata
• e-mail federica.boschetti_at_polimi.it