Compositi a base di biopolimeri e nitruro si silicio per applicazioni biomediche

Il presente lavoro di tesi ha avuto come obiettivo lo sviluppo di un materiale composito a base di fibroina di seta e nitruro di silicio, per applicazioni in campo biomedico. La fibroina della seta, una proteina naturale derivata dalle fibre di seta, è un biopolimero con eccellenti proprietà meccaniche, biocompatibilità e processabilità in varie forme. Il nitruro di silicio è un bioceramico con ottime proprietà antibatteriche, biocompatibile ed impiantabile. Per la realizzazione dei compositi sono state esplorate due modalità di fabbricazione in modo da ottenere membrane flessibili o pellet. Tutte le procedure sono iniziate con il degumming dei bachi da seta per la separazione della fibroina dalla sericina, e dopo alcune prove il tempo stabilito per dare risultati migliori da questa procedura è stato di 1 ora. Per ottenere le membrane si è seguita una procedura riportata in letteratura che prevede la dissoluzione delle fibre in una soluzione di acido formico e cloruro di calcio, seguita da un solvent casting. Sono stati investigati diversi rapporti percentuali tra fibroina e cloruro di calcio, e diverse concentrazioni di nitruro di silicio Si3N4 nella sua fase β (la più attiva per quanto riguarda l’attività antibatterica). Si è poi investigato l’effetto di trattamenti post fabbricazione, in particolare vapour-annealing, methanol-annealing e water-rinsing, per ottenere la struttura della fibroina con conformazione β-sheet. Per la fabbricazione dei pellets si è invece partiti da una soluzione acquosa di fibroina, ottenuta mediante dissoluzione delle fibre in una soluzione di LiBr 9.3, seguita da un processo di dialisi e purificazione. La soluzione così ottenuta è stata liofilizzata mediante freeze-drying, e si è ottenuto un solido amorfo ridotto in forma di polvere grossolana. I campioni sono stati ottenuti mediante un processo di sinterizzazione a bassa temperatura e alta pressione. Per favorire questo meccanismo i campioni sono stati sottoposti a un ambiente con RH del 90% circa, in modo da abbassare la Tg e quindi utilizzare temperature più basse. Si sono investigate diverse condizioni, quali temperatura, tempo, pressione e quantità di acqua adsorbita. Si sono poi realizzate formulazioni contenenti nitruro di silicio. I campioni sono stati caratterizzati mediante l’utilizzo di diverse tecniche, tra cui spettroscopia FTIR (per la determinazione della struttura secondaria della fibroina), microscopia a scansione elettronica SEM (analisi morfologica), diffrattometria ai raggi X, spettroscopia UV-VIS.