Manifattura additiva di scaffold bioceramici a base di baghdadite a partire da polimeri siliconici e fillers ossidici

La presente ricerca si propone di sviluppare strutture porose tridimensionali ad alta efficienza meccanica basate su un sistema ceramico di bioattività elevata, da sottoporre a valutazione della risposta cellulare e della compatibilità in vitro attraverso la collaborazione con l'Università di Sydney. Lo studio si concentra su materiali ceramici appartenenti al gruppo dei silicati di calcio modificati con ioni zirconio e titanio, considerati tra i candidati più promettenti negli ultimi anni come alternativa ai biovetri, grazie a una bioattività comparabile e a proprietà meccaniche superiori. Più precisamente si prospetta l'ottenimento di ceramici contenenti baghdadite (Ca3ZrSi2O9). Le materie prime impiegate per ottenere questi materiali consistono in polimeri siliconici miscelati con precursori di ossidi di calcio, zirconio e titanio e resine fotosensibili, dando origine a una miscela completamente liquida, compatibile con la stampa 3D tramite direct ink writing (DIW). La produzione di baghdadite viene realizzata attraverso tre diverse formulazioni: due basate su differenti precursori dello zirconio (nanoparticelle di zirconia e Zirconium Oxynitrate Hydrate), e una terza che combina nanoparticelle di zirconia e titania. In seguito alla stampa, i campioni vengono trattati all'interno di camere UV, al fine di reticolare la struttura mediante le resine fotosensibili e rendere i campioni meccanicamente stabili. Al fine di ceramizzare gli scaffold, vengono effettuati trattamenti termici a 1350 °C con diversi tempi di cottura. Dalla caratterizzazione mediante diffrazione a raggi X viene analizzata viene analizzata la composizione di fase della ceramica ottenuta, con l'obiettivo di ottenere la maggiore quantità possibile di baghdadite pura. I campioni sono in seguito sottoposti ad analisi microscopica tramite lo strumento SEM, grazie al quale si verifica la morfologia e la eventuale presenza di difetti o cricche. Tramite un picnometro ad elio vengono calcolate densità e porosità dei campioni; dalla stampa è attesa la definizione di macroporosità superiore al 70\%, accompagnata da ulteriore porosità delle pareti, causata dal rilascio di gas dai precursori. Vengono effettuati inoltre test meccanici a compressione per valutare le proprietà meccaniche degli scaffold porosi, le quali vanno comparate con quelle del tessuto osseo trabecolare. A completamento dello studio verrà effettuata una validazione biologica, che includerà test in vitro di coltura cellulare, valutazione della vitalità cellulare e osservazione della morfologia cellulare sulle superfici del materiale, presso l'Università di Sydney.