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SUPERFICIE ANTIMICROBICA: RIVESTIMENTI E ALTRI APPROCCI
Per esempio: rilascio di ioni di Ag (elemento antimicrobico), attualmente utilizzato. Altri elem: Gallio e Zn
Vantaggio: Rilascio locale, efficace nella prima fase
Svantaggio: efficacia limitata nel tempo; quindi può essere sfruttata per impianti di durata breve (es. impianto vitiendomidollari che poi verranno rimosse)
Come capire se superficie è antibatterica? Studi ancora in corso…
- Necessari studi in vitro con standard indicati (test su citotossicità, attività antibatterica, rilascio antimicrobico, effetto della sterilizzazione su caratteristiche antibatteriche)
- Test in vivo su animali: fase critica perché necessario valutare effetti sistemici ed efficacia:
- Vantaggi: riesco a valutare la risposta immunitaria, e efficacia dell'agente antimicrobico come si distribuisce
- Barriere da superare:
- Efficienza nella distribuzione
- Svantaggi:
- Non tiene conto della diversità della popolazione (età, genere, caratteristiche genetiche)
- Non tiene conto di altri fattori come la risposta infiammatoria e immunitaria che possono variare tra uomo e animale
- Dosaggio efficace nel coniglio è diverso dal dosaggio nell'uomo, quindi è necessario riformulare le quantità e i dosaggi
- Attualmente le procedure per valutare l'effetto antibatterico non hanno uno standard e non sono validate (se funziona su animale, funziona anche su uomo?)
- Sterilizzazione della superficie antibatterica: come si sterilizza?
- Inserendo un antibiotico sulla superficie e poi sterilizzando con raggi gamma
- Bisogna controllare l'effetto della sterilizzazione sulla degradazione dell'agente bioattivo e di un eventuale
Coating che lo contiene. Può avere un effetto anche sul distacco di coating. Questo aspetto è da tenere in alta considerazione lasterilizzazione delle superfici nanostrutturate non dovrebbe creare particolari problemi rispetto a quando una sostanza èinglobata nella superficie. Tra le sostanze antimicrobiche studiate ci sono anche dei peptidi: esistono dei peptidi (es. sulla pelle dei pesci) prodotti apposta per sfavorire l'adesione dei batteri ci si può bioispirare o fare una superficie biomimetica chedeposita questi peptidi sulla superficie. Sono in fase di studio, ma si hanno problemi con la sterilizzazione (la sterilizzazione di unpeptide è un dramma!). Bisogna valutare con attenzione come la sterilizzazione influenza la stabilità delle superfici.
https://orthostreams.com/disruptive-trend-in-orthopedics-the-smart-implant-revolution/https://orthostreams.com/2018/03/startup-develops-smart-total-knee-to-detect-infections/
Frontiere nella direzione di nanostrutturazione/nanofasi… A livello di superfici ci sono molte frontiere. Si parla di rivoluzione degli smart implants: si crede che in futuro i dispositivi per gli impianti articolari, ma anche i fissatori (placche e viti) conterranno sensori inglobati che permettono al sistema sanitario di valutare dei problemi agli stadi iniziali in modo tale da evitare che diventino infezioni croniche. Questi sensori possono misurare per esempio delle variazioni della presenza dei batteri sulla superficie, o la presenza di particelle rilasciate… Una piccola startup ha fatto in 3D printing un sensore che permette di misurare le caratteristiche di una protesi di ginocchio e di seguirla a distanza. Può essere che in futuro tutte le protesi verranno accoppiate ad un
- Conventional manufacturing: un blocco solido di materiale viene tagliato e modellato; metodi di produzione come la lavorazione rimuove il materiale per creare una parte
- La stampa 3D colloca il materiale dove è necessario (=additive m.); una parte viene costruita un livello alla volta e il materiale viene aggiunto a ogni livello. La maggior parte dei sistemi lo fa dividendo
O suddividendo un file di progettazione digitale in livelli 2D, quindi creando ogni strato in modo iterativo dalla materia prima, unendo ogni livello al sottostante. Costo iniziale elevato dovuto all'acquisto di materiali/impianti nella manifattura convenzionale; essi vengono ammortizzati nel tempo/quantità prodotti.
Il costo delle tecnologie di AM sta molto scendendo e quindi sta diventando competitiva rispetto alle tecniche tradizionali di preparazione di manufatti.
ASPETTI CHE HANNO RESO AM REALTÀ:
- USER-FRIENDLY SOFTWARE: deve poter essere utilizzato da chiunque; da un file ottenuto da scansione tomografica direttamente alla stampante
- RIDUZIONE COSTO MACCHINE ADDITIVE: riduzione significativa dei materiali mantenendo la stampa ad alta risoluzione. Avere un mix di macchine e tipi di stampa diversi ci permette di utilizzare diversi processi per ottenere i costi più bassi o le parti con la massima risoluzione per soddisfare i requisiti
VANTAGGI AM:
- CUSTOMIZATION
>>adesione cellule
- Lower peri-implant bone loss
- Primar stability
Hot isostatic pressing: tecnica particolare di stampaggio che può essere effettivamente impiegata in supporto all'AM. Il pezzo viene compresso a caldo in maniera equivalente, dal punto di vista della pressione in tutte le sue zone (in modo isostatico). Aumenta resistenza a fatica, perché in questo modo si compattano le polveri e si eliminano eventuali porosità residue. 38 - Biomateriali [1] Gabriele Santicchi 2019/2020
TRENDS PER IL FUTURO
- ADATTAMENTO DELLA STAMPA 3D A GRANDE SCALA (Non solo personalizzata), perché i costi stanno diminuendo: 'AM continuing its evolution from prototyping and low rate production to fullscale production, especially in the spinesub-market. We expect to see more adoption in other applications such as hips, knees, extremities, andinstrumentation.'
- USERS SARANNO ANCHE OSPEDALI E MOLTI ALTRI! 'R&D lab, hospital,
clinic, or manufacturing site.’‘we expect more hospitals to bring 3D printing operations in-house through point-of-care 3D printing labs.’‘more hospitals and universities will start or expand in-house printing labs. This will allow them to print surgical aids andother tools for same-day or next-day use. As usage continues to scale, it will also help reduce costs.’Ma… ci sono anche LIMITI AM (In ambito ortopedico)
- NECESSITÀ DI CONTROLLI DI QUALITÀ: Normative per la produzione già presenti, ma NON presenti per gli standarddelle macchine https://www.youtube.com/embed/ZbyU5c7IDOs
- PROBLEMI LEGATI ALLA POLVERE
- I PRODOTTI DI SOLITO RICHIEDONO FASI DI FINITURA
- RESISTENZA A FATICA?
- POSSONO ESSERE ANISOTROPI (Vantaggio e svantaggio); proprietà dipendono da direzione stampaggio
Tecnologie Implementate →• PBF Powder Bed Fusion o EBM Electron Beam Melting; parto da polvere metallica, si sparge sulla superficie
Fusioneparticelle con laser (PBF) o fascio elettronico (EBM, risoluzione minore) → Ripetizione procediemnto per ogni strato
Svantaggi: molta polvere non verrà utilizzata; necessario effettuare un riciclo di essa. Inoltre processi da effettuare sottovuoto per impedire formazione spontanea dell’ossido
- Direct metal laser sintering (DMLS); parto sempre da polvere. Everyone using metal 3D printing in orthopedicmanufacturing pretty much uses DMLS. Because that process has been around for 30 years, a great deal of research hasgone into establishing and proving process and part quality.
Due tipologie:
- Powder Bed Method: il pistone del dispenser in polvere solleva l'alimentazione in polvere e poi un braccioricoater distribuisce uno strato di polvere sul letto in polvere. Un laser poi sinters lo strato di metallo inpolvere. Vantaggio: velocità di costruzione più veloci!
- Powder Deposition Method: la polvere metallica è contenuta in una
tramoggia che fonde la polvere e deposita uno strato sottile sulla piattaforma di costruzione. Vantaggio: l'uso di più di un materiale!
- HP MultiJetFusion: Sulle polveri, tipicamente poliammide, si mette un qualcosa che fa collegare tra di loro le diverse parti
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