Valutazione della rugosità e del comportamento elettrochimico del titanio in ambiente biologico

  • T. Monetta
  • A. Acquesta
  • F. Bellucci

Abstract

Il titanio e le sue leghe sono utilizzati per applicazioni biomediche
in una ampia gamma di dispositivi, dagli impianti
e protesi ortopediche e dentali, alle valvole cardiache. E’
noto che la peculiarità delle leghe di titanio è quella di ricoprirsi
di uno strato di ossido che si forma spontaneamente
quando il materiale è in contatto con l’aria. L’ossido, particolarmente
stabile, aderente e “self-healing”, conferisce
al titanio una elevata resistenza a corrosione del titanio e
contribuisce alla sua eccellente biocompatibilità.
I requisiti clinici per il successo di un impianto sono molto
stringenti. L’impianto deve svolgere la funzione per la quale
è stato progettato ed evitare danni all’ambiente biologico
nel quale è inserito. Una delle caratteristiche più importanti
di uno specifico impianto è quindi la sua capacità di
creare una interfaccia con i tessuti vivi del corpo. Ciò che
accade è un aspetto di grande rilevanza, poiché i fenomeni
che si verificano sulla superficie dell’impianto possono determinare
il suo successo o il fallimento. La risposta biologica
all’interfaccia tra l’impianto e i tessuti è strettamente
connessa alle proprietà superficiali dell’impianto stesso:
per migliorare il legame interfacciale è necessario creare
una superficie rugosa o porosa.
Diversi trattamenti superficiali sono stati proposti al fine
di garantire una determinata topografia e composizione
chimica superficiale. Si fa riferimento in particolare a metodi
volti a modificare la rugosità [1], oppure a conferire un
effetto antibatterico alle superfici [2], e ancora a favorire
la formazione di nanostrutture sugli impianti [3]. Un valido
studio degli effetti dei trattamenti superficiali del Ti in applicazioni
biomediche è stato condotto da Ding et al. [4],
mentre un’analisi più approfondita è riportata nel libro [1]
o nel brevetto [5]. Molti articoli mostrano che i trattamenti
di tipo fisico e/o chimico, avendo un diretto riscontro sulla
rugosità di impianti in titanio, influenzano sia la velocità di
osteo-integrazione sia le proprietà biomeccaniche [6-8].
Il presente lavoro si propone di confrontare l’effetto di un
trattamento fisico, come quello di sabbiatura, e/o di un
trattamento chimico con acido fluoridrico del Ti grado 2 (Ti
Gr2) e Ti grado 4 (Ti Gr4) sul comportamento elettrochimico
in ambiente biologico e sulla rugosità dei dispositivi. In
letteratura sono presenti diversi lavori relativi allo studio
del comportamento elettrochimico delle leghe di titanio in
L’utilizzo, oramai diffuso, del titanio in campo biomedico nasce dall’eccellente biocompatibilità, conferita
dalla capacità di ricoprirsi spontaneamente di uno strato di ossido che passiva il metallo. Diversi studi hanno
dimostrato che i trattamenti superficiali possono migliorare la risposta biologica e la resistenza a corrosione
degli impianti. In questo lavoro è stato studiato l’effetto di trattamenti superficiali di sabbiatura e mordenzatura
con HF sul comportamento elettrochimico in ambiente biologico e sulla rugosità di due tipologie di titanio
commercialmente puro, Ti grado 2 e Ti grado 4. L’analisi dei dati ottenuti a seguito della caratterizzazione
elettrochimica ha consentito di evidenziare che, per entrambe le leghe, la densità di corrente di passività
aumenta al crescere della durata del trattamento di sabbiatura. Un minore aumento è stato riscontrato nei
campioni soggetti a sabbiatura e successiva mordenzatura. Da ciò si deduce che la variazione di superficie
specifica indotta dalla sabbiatura è parzialmente annullata dal trattamento chimico. Il valore della corrente di
passività è stato utilizzato per valutare l’entità dell’incremento della superficie reale dei campioni. Le prove di
rugosità hanno mostrato che se il processo di sabbiatura produce una superficie con un gran numero di picchi,
il trattamento di mordenzatura con HF tende a livellare la superficie attenuando tali picchi. I trattamenti di
sabbiatura e mordenzatura, soli o combinati, modificano notevolmente la superficie dei campioni e l’entità di tale
modifica differisce secondo la tipologia di lega e la durata del trattamento di sabbiatura. Infine, è stato proposto
l’utilizzo di quattro parametri di rugosità per caratterizzare una superficie trattata.

Published
2015-03-09
Section
Memorie