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ⓘ Biomateriale




Biomateriale
                                     

ⓘ Biomateriale

In chimica, un biomateriale è un materiale che si interfaccia bene con i sistemi biologici, siano essi tessuti viventi, microrganismi o organismi.

In campo biomedico, si parla di doppia interazione tra il biomateriale e lorganismo ricevente: il biomateriale provoca una risposta biologica dellorganismo, che a sua volta causa un processo di degradazione nel biomateriale stesso. Le interazioni avvengono a diversi livelli: fisico-chimico, molecolare e cellulare.

Lambiente operativo di un biomateriale è fisiologico, caratterizzato da una notevole attività chimica e da un elevato intervallo di sollecitazioni meccaniche. I biomateriali sono in diretto contatto con i fluidi biologici, ovvero acqua con ioni in soluzione e co-presenza di enzimi, proteine e cellule. Le condizioni fisico-chimiche pH, temperatura sono pressoché costanti nel tempo, e questo influisce sul progetto e sulla "vita" di un biomateriale.

Un concetto fondamentale per quanto riguarda i biomateriali è quello di biocompatibilità, che è labilità di un materiale di agire determinando unappropriata risposta dellospite in una data applicazione.

                                     

1. Storia

La storia dei biomateriali può essere riassunta in tre tappe fondamentali:

  • Biomateriali di prima generazione: il requisito fondamentale per il materiale è di essere bioinerte, ovvero, lobiettivo è ottenere una combinazione adeguata di proprietà fisiche uguali a quelle del tessuto sostituito, con una tossicità minima.
  • Biomateriali di seconda generazione: si richiede al materiale di essere bioattivo, ovvero di provocare azioni e reazioni controllate nellambiente fisiologico, o riassorbibile, cioè degradarsi chimicamente e riassorbirsi in maniera controllata, in modo da essere sostituito dal tessuto che lo ospita.
  • Biomateriali di terza generazione: il materiale deve essere sia bioattivo che riassorbibile.
                                     

2. Applicazioni

In generale, un biomateriale è utilizzato per costruire dispositivi e impianti biomedici, specificamente progettati per esplicare determinate funzioni nellorganismo. Anche le attrezzature chirurgiche, i materiali utilizzati nelle biomacchine e i dispositivi per il rilascio controllato di farmaci sono esempi di biomateriali. Fra le principali applicazioni vi sono lenti intraoculari, dializzatori, protesi danca e di ginocchio, valvole cardiache, elettrodi stimolatori, cateteri anche in campo odontotecnico.

                                     

3. Classificazione

I biomateriali si possono classificare in base alla natura chimica del materiale stesso: metallici, polimerici, ceramici e compositi. Possono anche essere di derivazione biologica.

I metalli più usati come biomateriali sono gli acciai inossidabili, le leghe di cromo-cobalto le leghe di titanio. In molti casi le parti metalliche si combinano con polimeri e materiali ceramici nelle protesi danca, ad esempio. Gli acciai inossidabili hanno una percentuale totale di nichel aumenta la tenacità e cromo migliora la resistenza a corrosione del 23%. Le leghe di titanio sono largamente usate, dovuto allottima biocompatibilità del titanio, alla resistenza alla corrosione e alle eccellenti per le applicazioni biomediche proprietà meccaniche, essendo lunico inconveniente leccessiva usura. Anche le leghe a memoria di forma trovano importanti applicazioni come biomateriali, soprattutto quelle di nickel-titanio. Nel caso di tessuti duri, le proprietà ideali che un metallo dovrebbe avere sono: i una notevole resistenza alla corrosione e allusura, ii un modulo elastico simile a quello dellosso 10-40 GPa, iii un eccellente biocompatibilità con un ottimo grado di osteointegrazione e iv unadeguata resistenza a fatica.

Le bioceramiche, relativamente agli altri biomateriali, hanno un alto modulo elastico, una durezza maggiore, sono molto resistenti alla corrosione. Il grosso problema è rappresentato dalla bassa tenacità e dunque dalla maggiore fragilità. Le bioceramiche sono poco reattive chimicamente allinterno dellorganismo. Tra le bioceramiche più utilizzate vi sono lallumina, lidrossiapatite e lossido di zirconio, o zirconia. Si possono classificare secondo il modo di applicazione: vetri densi, porosi, granuli, cementi, rivestimenti, riempimenti in materiali compositi. Possono essere inerti, bioattive e riassorbibili il fosfato tricalcico ad esempio, o presentare una superficie bioattiva.

I polimeri come biomateriali hanno molti vantaggi: proprietà fisiche, chimiche e meccaniche simili a quelle dei tessuti vivi, facilità di lavorazione e ottenimento in diverse forme, bassa densità. Anche i polimeri possono essere bioinerti oppure degradabili. Per gli inerti, le applicazioni più comuni sono: lenti a contatto, cementi ossei acrilici, coppie dattrito nelle protesi articolari. Tra i materiali maggiormente utilizzati possiamo annoverare il PMMA, il PDMS, e il UHMWPE polietilene ad altissimo peso molecolare. Ai polimeri degradabili si demanda che anche i prodotti di degradazione siano biocompatibili. Uno di questi è lacido polilattico, che si utilizza sempre più nellingegneria tissutale. La degradazione di un polimero avviene: per assorbimento di acqua seguito dallidrolisi dei legami instabili degradazione idrolitica o per mezzo di enzimi o microorganismi biodegradazione.