Ricoprimenti nanostrutturali multifuzionali

Realizzazione e caratterizzazione di film nanostrutturati con proprietà antibatteriche, antiusura e biomimetiche per dispositivi implantabili

 

La modifica superficiale dei comuni materiali impiantabili rappresenta una strategia vincente quando si vuole aggiungere funzionalità a un materiale senza variarne le ottimali proprietà bulk. Nel Laboratorio NaBi vengono studiati nuovi ricoprimenti nanostrutturati per tre scopi principali:

  • antibatterici: in grado di disincentivare l’adesione e proliferazione batterica. A tale scopo sono studiati ricoprimenti nanostrutturati a base di zirconia/argento e ricoprimenti di idrossiapatite magnetica;
  • antiusura: diminuire l’usura degli impianti protesici, depositando film duri a base di zirconia e zirconia/allumina e a basso attrito sia sulle componenti plastiche che metalliche di un impianto;
  • biomimetici: aumentare la capacità del dispositivo di integrarsi con il tessuto osseo circostante (osteointegrazione) in breve tempo, contribuendo alla stabilità primaria e secondaria degli impianti. A tal fine sono allo studio ricoprimenti a base di calcio fosfato biomimetici simili all’apatite biologica dell’osso, ricoprimenti in grado di riequilibrare l’equilibrio tra l’attività degli osteoblasti (deposizione di tessuto osseo) e degli osteoclasti (riassorbimento di tessuto osseo), compromesso nei soggetti osteoporotici.

Fig. 3. Sistema di deposizione al plasma pulsato, equipaggiato con sorgente PPD e sorgente IJD

I film sono depositati tramite tecnica PVD in vuoto al plasma pulsato, equipaggiato con sorgente elettronica di tipo Pulsed Plasma Deposition (PPD, Organic Spintronics S.r.l.) e sorgente elettronica di tipo Ionized Jet Deposition (IJD, Noivion S.r.l).
Tale metodologia consente di depositare materiali dalle ottime proprietà meccaniche, superficiali e strutturali anche a temperatura ambiente, realizzando film nanostrutturati con proprietà innovative rispetto ai sistemi convenzionali di deposizione di film sottili;
I film sono caratterizzati da un punto di vista morfologico, chimico, strutturale, meccanico e analizzati mediante modellazione agli elementi finiti (FEA). In particolare il laboratorio è equipaggiato per una completa caratterizzazione delle proprietà di base dei materiali depositati, disponendo di un nanoindentatore, un microindentatore, un tribometro e un micro-scratch tester, oltre a microscopi ottici, rugosimetro, profilometro.

Bibliografia di riferimento

  • Pulsed plasma deposition of zirconia thin films on UHMWPE: proof of concept of a novel approach for joint prosthetic implants. Bianchi M et al. J Mater Chem B 2013;1:310-318.
  • Tough and adhesive nanostructured calcium phosphate thin films deposited by the pulsed plasma deposition method. Boi et al. Rsc Advances 2015;5:78561-78571.
  • Optimizing thickness of ceramic coatings on plastic components for orthopedic applications: A finite element analysis. Marchiori G et al. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016 Jan 1;58:381-8.
  • Ceramic thin films realized by means of pulsed plasma deposition technique: applications for orthopedics. Bianchi M et al. J Mech Med Biol. 2015;15:1540002.
  • Nanomechanical characterization of zirconia thin films deposited on uhmwpe by pulsed plasma deposition. Bianchi M. et al.  J Mech Med Biol. 2015;15:1550070.
Contenuto aggiornato il 10/05/2017 - 16:58
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