STAMPA 3D DI SCAFFOLD VETRO-CERAMICI IN BIOSILICATO PRODOTTI DA EMULSIONI DI POLIMERI PRECERAMICI

L’Ingegneria Tissutale rappresenta un campo rivoluzionario che mira alla rigenerazione dei tessuti e degli organi danneggiati o malati del paziente, promuovendo la biocompatibilità al fine di prevenire eventuali reazioni immunitarie indesiderate. Per raggiungere questo obiettivo, vengono impiegati tre elementi fondamentali: cellule del soggetto, scaffold e fattori di crescita. La ricerca ha condotto nel tempo alla creazione e fabbricazione di scaffold per l’ingegneria tissutale altamente innovativi. La scelta del materiale da utilizzare è cruciale, poiché deve combinare adeguate proprietà meccaniche con i requisiti di biocompatibilità. A tal fine, i biomateriali ceramici risultano altamente promettenti grazie alla loro capacità di favorire l’interazione col tessuto circostante e stimolare la crescita di nuovo tessuto. In particolare, i vetri bioattivi sono materiali con ottime capacità di osteoconduzione e di osteoinduzione. Tra questi viene menzionato con successo il ‘gold standard’ 45S5 Bioglass®, scoperto da L. Hench. Tuttavia, la realizzazione di scaffolds altamente porosi basati su Bioglass® ha incontrato alcuni limiti, a causa delle caratteristiche intrinseche del materiale vetroso. È stato osservato che durante il processo di cristallizzazione del Bioglass®, la bioattività è ridotta. Inoltre, è stato riscontrato che tende a cristallizzarsi prima che il materiale abbia raggiunto una densificazione ottimale. Per superare il ritardo nella formazione di HCA anche in caso di cristallizzazione completa da parte del Bioglass®, sono state sviluppate le vetroceramiche Biosilicate®. Il Biosilicate®, con la composizione: 23.75 Na2O, 23.75 CaO, 48.5 SiO2, 4 P2O5 (peso in %) è stato scoperto da E.D. Zanotto, attraverso una lieve modifica apportata al Bioglass® 45S5. In questo lavoro proponiamo una metodologia di sintesi del Biosilicate, che impiega il processo di pirolisi supportata da precursori polimerici, permettendo la formazione di ceramiche derivate da polimeri (PDCs). La caratteristica particolare e convincente dei polimeri preceramici consiste nella capacità di combinare le proprietà di un materiale polimerico, rivolte all’elevata risoluzione, con la capacità di trasformarli in un materiale ceramico. Le tecnologie di produzione additiva rivolte ai polimeri possono essere sfruttate in questo caso, permettendo la produzione di scaffold estremamente complessi. In particolare emerge la tecnica di stampa 3D Direct Ink Writing, diventata sempre più popolare per la stampa di ceramiche, grazie ai diversi vantaggi di basso costo, di alta velocità di stampa e di un sistema di stampaggio meno complicato. L’uso di precursori polimerici per la realizzazione di materiali ceramici consente temperature di processo più basse (500°C ± 1500°C) rispetto alla sinterizzazione della polvere, favorendo la produzione di scaffold con elevata accuratezza. In particolare, le ceramiche ottenute da polisilossani, comunemente noti come siliconi, vantano eccellenti proprietà chimiche, fisiche ed elettriche. In questo elaborato di tesi è stato scelto come precursore polimerico la resina siliconica commerciale H44, per produrre scaffold tramite la tecnica di stampa 3D Direct Ink Writing. I campioni sono stati stampati nelle dimensioni 800-800 e 800-1600 e in seguito sottoposti a trattamenti termici in aria e in azoto, entrambi fino alla temperatura di 1100°C. Gli scaffold sono stati, inoltre, caratterizzati attraverso misure di porosità, di densità, prove meccaniche di compressione, analisi chimiche mediante diffrattometria ai raggi X e analisi strutturali al microscopio elettronico a scansione.