Studio di un processo elettrochimico per la realizzazione di rivestimenti su titanio grado II per scopi di bioingegneristici

Oggi i biomateriali in titanio sono ampiamente utilizzati per la produzione di componenti medicali, come protesi articolari all'anca e al ginocchio, placche e viti ossee, impianti dentali, pacemaker e apparecchiature chirurgiche. La loro diffusione è dovuta principalmente alle eccellenti proprietà quali la biocompatibilità, l'elevata stabilità chimica, la lavorabilità, la formabilità, nonché la notevole resistenza alla flessione e alla fatica. Un parametro particolarmente importante è il modulo di Young, che risulta essere superiore a quello del tessuto osseo ma inferiore a quello degli altri biomateriali metallici, impedendo il fenomeno dello stress shielding e, quindi, il fallimento degli impianti. Inoltre, un sottile strato superficiale di ossido (1,5-10 nm) si forma naturalmente sulla superficie del metallo quando viene esposto all'atmosfera. Questo strato passivo protegge naturalmente il metallo dalla corrosione. Tuttavia, la rottura del film di ossido in ambienti molto corrosivi, come quello umano, provoca una drastica diminuzione della resistenza a corrosione. La corrosione è un fattore importante nella progettazione e selezione di metalli e leghe, in quanto risulta essere inevitabile per gli impianti metallici a contatto con i fluidi corporei. Inoltre, un altro problema critico degli impianti a base di titanio è la loro natura bioinerte, la quale non garantisce una connessione chimica con il tessuto osseo, nota anche come “osteintegrazione”. Questo termine, coniato da Brånemark nel 1950, definisce un'unione stabile tra l’osso e un impianto artificiale. A causa della sua bioinerzia, il materiale viene riconosciuto dal corpo come “foreign-body”, ovvero come una sostanza estranea. Questa risposta comporta problemi clinici importanti, come l'alto tasso di fallimento dell'impianto e infezioni batteriche, che richiedono trattamenti sistemici aggiuntivi. In aggiunta, il titanio e le sue leghe presentano una bassa durezza e una scarsa resistenza all'usura e all'abrasione. Pertanto, per superare questi problemi e migliorare la bioattività di questi biomateriali, sono stati sperimentati diversi metodi di rivestimento superficiale. Tra queste tecniche di modifica della superficie, l'ossidazione anodica ha suscitato grande attenzione per la sua semplicità e gli elevati tassi di successo clinico. L'anodizzazione è un metodo elettrochimico utilizzato per ossidare i substrati di titanio e formare strati di TiO2 di spessore variabile da centinaia di nanometri a centinaia di micrometri. Adattando i parametri elettrochimici, come la tensione applicata, la composizione e la concentrazione dell'elettrolita e la densità di corrente, è possibile ottenere la formazione dello strato di ossido con proprietà ottimizzate. Inoltre, il titanio anodizzato può apparire in diversi colori come blu, nero, arancione, verde, grigio, marrone, giallo, e questo fenomeno è chiamato "colorazione". È possibile realizzare rivestimenti con eccellenti proprietà fisico-chimiche e meccaniche. Pertanto, l’obiettivo di questa tesi è quello di studiare il processo di anodizzazione del titanio grado II per ottenere uno strato di colore bianco adatto a molteplici applicazioni biomediche. La scelta del colore bianco è dovuta anche a ragioni estetiche, soprattutto nel caso di applicazioni dentali. Tuttavia, i rivestimenti bianchi ottenuti finora risultano essere poco aderenti alla superficie del titanio, quindi si cercherà di studiare un pre-trattamento che permetta di migliorarne l'adesione.