Teoria di Biomateriali (chimica)

Classificazione di difetti

1. Difetti puntiformi

• Vacanze: posizioni reticolari non occupate (assenza di un atomo)
• Atomi interstiziali: atomi dello stesso metallo o di un metallo diverso che si trovano negli interstizi (spazi vuoti) del reticolo
• Atomi sostituzionali: atomi di un altro elemento che occupano posizioni reticolari

2. Difetti lineari

• Dislocazioni a spigolo: mancanza di atomi lungo una linea
• Dislocazioni a vite: costituite da atomi spostati dalle loro posizioni

3. Difetti di superficie (bordi di grano)

Bordi di grano = superfici che si creano tra domini di superfici orientate in maniera diversa (stesso reticolo che può essere orientato in maniera diversa e l'interfaccia tra questi domini è il bordo di grano).

Tecnologie di lavorazione

- Lavorazioni da fonderia: Fusione di leghe metalliche, colaggio del metallo fuso in forme apposite (=stampi) con forma molto simile al componente finale che si vuole ottenere e infine solidificazione e getto.

- Lavorazioni per...

metallurgia delle polveri: le polveri vengono unite in un unico stampo e vengono pressate, poi si ha l'estrazione (rimozione della pressa) e poi si unisce le particelle tramite la sinterizzazione (permette ai grani di unirsi, senza però fondere il materiale). Le temperature nel processo di sinterizzazione sono sempre al di sotto della temperatura di fusione del metallo.

Deformazione plastica:

• a freddo: lavorazione che avviene a una temperatura inferiore a quella di ricristallizzazione
• a caldo: lavorazione che avviene a una temperatura maggiore di quella di ricristallizzazione

Lavorazione alle macchine utensili=operazioni per asportazione di un materiale: si trasforma un pezzo grezzo o semilavorato in un prodotto finito, asportando il materiale, generalmente sotto forma di trucioli di dimensioni variabili, per mezzo di un utensile.

Operazioni di giunzione: unione di più componenti dello stesso materiale o di materiali diversi (esempio SALDATURA: unione tra due pezzi)

metallici mediante l'azione del calore, con o senza l'aggiunta di un altro materiale)

Operazioni di finitura: operazioni di preparazione dalla superficie (rivestimenti)

LEGHE

Lega metallica→ 2 o più elementi metallici diversi e/o non metallici possono coesistere in un unico reticolo cristallino o possono formare contemporaneamente 2 o più reticoli cristallini.

Nella lega metallica si ha:

• Solvente= elemento presente in % maggiore
• Soluto= elemento presente in % minore

Si usano le leghe perché:

• maggiore resistenza allo scorrimento delle dislocazioni
• maggiore resistenza alla deformazione
• maggiori proprietà meccaniche

CAP 21: BIOCOMPATIBILITÀ

Biomateriale= materiale o dispositivo progettato per trattare, migliorare o sostituire tessuti, organi o altre funzioni del corpo umano che non funzionano come dovrebbero.

Quindi è un materiale che si interfaccia con i sistemi biologici, cercando di minimizzare eventuali reazioni avverse o di rigetto

da parte del corpo, in quanto il suo scopo è quello di generare beneficio.

CLASSIFICAZIONE in base alla reazione con il tessuto

1. BIOINERTI (= biotollerati): non hanno nessuna reazione chimica con il tessuto biologico.
2. BIOATTIVO: stabilisce dei legami chimici con i tessuti. Per esempio possiamo avere l'osteointegrazione quando si stabilisce dei legami chimici con il tessuto osseo.
3. BIOMIMETICO: i materiali imitano i materiali naturali o seguono un motivo geometrico derivato dalla natura (in modo da fornire particolari proprietà meccaniche e strutturali).

CLASSIFICAZIONE per stabilità nel corpo

1. BIOSTABILE= permane nell'organismo e deve essere estratto mediante un'operazione chirurgica.
2. BIORIASSORBIBILE= viene riassorbito dall'organismo e quindi non deve essere estratto.

INTERAZIONE BIOMATERIALE/CORPO UMANO

1. Reazione da COPRO ESTRANEO (FBR). Un caso particolare di FBR si ha quando una protesi si degrada e rilascia detriti. Inizialmente vi

Sono delle cellule che si occupano del drenaggio di questi detriti, ma quando il drenaggio non è più sufficiente per portare via tutti i detriti si può avere un riassorbimento osseo (STRESS SHIELDING), cioè l'osso si ritira e quindi si crea uno spazio vuoto tra l'osso e la protesi, la quale perde la sua proprietà meccanica in quanto non è più stabile.

2- CALCIFICAZIONE PATOLOGICA

Si scatena una razione di sovra-calcificazione che indurisce il biomateriale. Un esempio lampante è la calcificazione di una valvola, la quale ha la funzione di aprirsi/chiudersi continuamente per far passare il flusso sanguigno. Se il materiale della valvola si indurisce, questa non riesce più a svolgere l'attività per cui era stata progettata.

3- Formazione del BIOFILM

Il biofilm è un aggregato batterico, coperto da una matrice extracellulare che i batteri autoproducono, che aderisce alla superficie del biomateriale.

CAP 22:

1. Articoli CRITICI: Oggetti che comportano un rischio molto elevato di contrarre infezione. Questi sono tutti gli oggetti che vengono a contatto con l'interno del nostro corpo (tessuti biologici, il sangue).
2. Articoli SEMI-CRITICI: Oggetti che vengono in contatto con mucose integre o cute non integra, non invadono i tessuti o il sistema vascolare; ma il rischio connesso con il loro uso è sempre alto.
3. Articoli NON CRITICI: Oggetti non a contatto diretto con il paziente o a contatto solo con la cute integra.

TIPI DI STERILIZZAZIONE

Sterilizzazione per CALORE

1. Calore umido (autoclave): Agente sterilizzante = vapore acqueo ad elevata temperatura. Il vapore acqueo viene mandato a pressione nella camera di sterilizzazione dove circonda il materiale da sterilizzare; quindi la superficie del dispositivo è a contatto con il vapore.
2. Calore secco: Agente sterilizzante = aria calda. Aumento di temperatura provoca ossidazione del dispositivo.

Sterilizzazione per...

RADIAZIONE

a) Raggi UV: gli elettroni o i fotoni penetrano l'imballaggio e inattivano il carico microbico del portano dispositivo alla morte dei microrganismi. Purtroppo alcuni virus sono resistenti (come quello dell'HIV)

b) Raggi GAMMA: La fonte dei raggi γ è radioattiva, ma il prodotto sterilizzato dalla radiazione NON diventa radioattivo. Costi elevatissimi

c) Fascio elettronico: Fascio elettronico= pacchetto di elettroni che sono accelerati e dotati di una notevole energia. Per accelerare gli elettroni si utilizzano gli acceleratori di particelle.

Sterilizzazione CHIMICA

1- Ossido di Etilene: L'ossido di etilene (CH2O) è un gas a T e P ambiente tossico, cancerogeno ed esplosivo. Però porta all'inattivazione di tutti i tipi di microrganismi, incluse spore di batteri e virus. Non è possibile utilizzare immediatamente gli oggetti sterilizzati.

2- Ozono: Agente sterilizzante= Ozono (O3) → OSSIDAZIONE dei doppi legami di C

Di composti organici non c'è nessun residuo tossico, bassi costi.

Sterilizzazione al PLASMA = esposizione dei prodotti a un gas che è stato ionizzato da un campo di energia. È la tecnologia più innovativa nel campo della sterilizzazione "a freddo". Nessun residuo dannoso.

CAP 24: MATERIALI POLIMERICI

Materiali polimerici = sostanze organiche costituite da molecole di elevato peso molecolare (dettemacromolecole o polimeri)

Macromolecola o polimero = struttura formata da numerose unità (= monomeri), concatenate tra loromediante legami covalenti = forti.

Modi di CONCATENAZIONE delle unità monomeriche

• Configurazione lineare: si hanno solo i legami covalenti lungo la catena e legami secondari debolitra le catene
• Configurazione ramificata: si hanno anche delle ramificazioni lungo la catena principale. Dallacatena principale si diramano delle catene secondarie, in cui sono presenti dei legami covalentiforti.
• Configurazione reticolata: si hanno delle

1. Ramificazioni che partono dalle strutture lineari principali, ma le ramificazioni si uniscono con legami covalenti alla catena adiacente. Quindi si creano dei nodi all'interno del polimero, che costituiscono dei punti di forza attorno ai quali le catene polimeriche possono muoversi.
2. Classificazione con temperatura
   • Polimeri termoplastici: possono essere recuperati (riciclati) con il calore. Proprietà di deformabilità di tipo permanente: possono essere sempre rimodellati.
   • Polimeri termoindurenti: proprietà di deformabilità solo fino a un certo stadio del loro processo di ottenimento.
3. Classificazione con monomeri
   1. Omopolimeri: polimeri formati da 1 solo tipo di monomero.
   2. Copolimeri: polimeri formati da 2 o più tipi di monomeri.
4. Polimerizzazione: numerose molecole di monomero sono concatenate tra loro in modo ripetitivo e cumulativo per dare lunghe catene polimeriche (=macromolecole). Ci sono 2 tipi di polimerizzazione:
   1. Polimerizzazione a catena: polimero finale = somma

dei monomeri di partenza

Si ha la semplice unione dei blocchi di partenza.

2) Polimerizz. a STADI: viene eliminata una molecola semplice, in genere acqua.

Una parte del monomero viene “persa” nella formazione del polimero; la parte che viene eliminataè una molecola molto piccola. Viene chiamato polimero “CONDENSATO”: la massa del polimerofinale è inferiore alla somma dei due monomeri.

CRISTALLINITA’ = le catene si ripiegano in modo ordinato su se stesse.

Le catene ripiegate si organizzano in una struttura chiamata LAMELLA. Vipossono essere dei difetti.

La cristallinità nei polimeri non è MAI COMPLETA, perché si ha l’alternanza di2 tipi di zone: zone amorfe e cristalline.

TRANSIZIONI TERMICHE- Parte AMORFA→transizione vetrosa (Tg)= passaggio dallo stato solido vetroso allo stato solido gommoso