Stampa 3D di scaffolds in vetroceramica bioattiva Wollastonite-Diopside da emulsioni di polimeri preceramici e sali

Nel dettaglio, in questo lavoro si affronta la produzione di vetroceramiche silicatiche a base di calcio, note per l’eccellente bioattività e per la possibilità di ottenere strutture cristalline, il cui contributo in termini di proprietà meccaniche del campione finale risulta fondamentale. Nonostante gli aspetti positivi elencati, vetroceramiche binarie come la Wollastonite (CaSiO3) esibiscono un alto tasso di degradazione in vivo con potenziali conseguenze negative sia dal punto di vista biologico che biomeccanico. A tal proposito in questo lavoro, a partire dalla formulazione impiegata per la produzione di Akermanite (Ca2MgSi2O7) sono state individuate le modifiche necessarie per ottenere il sistema composito Wollastonite-Diopside. In tal modo è possibile combinare l’elevata bioattività della Wollastonite con la resistenza meccanica e alla degradazione tipiche della Diopside (CaMgSi2O6). La miscela di partenza è stata preparata aggiungendo ad un polimero preceramico (comunemente noto come polimetilsilossano o silicone) una soluzione di sali, precursori dei rispettivi ossidi (CaO ed MgO). Questo approccio ha permesso di ottenere la vetroceramica desiderata come esito della reazione tra polimero ed ossidi durante il processo di ceramizzazione, dando origine a specifiche fasi cristalline difficilmente ottenibili con metodi di sintesi tradizionali. L’impiego della tecnica di stampa 3D ad estrusione (DIW), scelta per questo progetto, ha richiesto la valutazione del comportamento viscoelastico dell’inchiostro. In particolare, le analisi reologiche dell’emulsione polimerica impiegata come materiale di stampa hanno confermato il comportamento pseudoplastico dello stesso, necessario per la stampabilità ed il mantenimento della forma stampata prima e durante il trattamento termico. Più in generale, l’utilizzo di polimeri preceramici consente l’implementazione delle tecniche di fabbricazione tradizionalmente utilizzate per i materiali polimerici. La procedura di stampa è stata poi seguita dall’esposizione degli scaffolds alla luce ultravioletta, necessaria per reticolare il polimero preceramico ed evitare il collasso strutturale delle componenti stampate. A seguire, è stata promossa la conversione in materiale ceramico per mezzo della temperatura. A tal proposito, sono stati eseguiti quattro diversi trattamenti termici, che differiscono per temperatura finale raggiunta (1100 °C e 1200°C) e per tipologia di atmosfera impiegata (aria e azoto). Si è passati quindi a valutare l’effetto delle due variabili esposte nelle righe precedenti sulla composizione chimica, densità, porosità, microstruttura e proprietà meccaniche degli scaffolds, in modo da individuare la procedura più performante per l’obiettivo da perseguire in questo lavoro.