Innovative hydroxyapatite nanostructured coatings on titanium substrates by Pulsed Laser Deposition (PLD)

Introduzione L'idrossiapatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) è un materiale ampiamente utilizzato in impianti per osteosintesi, data la sua somiglianza con la principale componente inorganica dell'osso. La bioattività dell'HAp può essere incrementata mediante l'incorporazione di differenti cationi (i.e. Sr2+, K+, Mg2+) e/o anioni (i.e. F-, Cl-, CO32-, SiO44-), allo scopo di mimare la composizione delle apatiti biologiche. Numerosi studi in vivo su modelli animali hanno dimostrato che l'incorporazione di Si nel reticolo apatitico stimola l'attività osteoblastica, comportando performance biologiche potenziate in termini di apposizione e crescita ossea e degradazione mediata dalle cellule [1]. La tecnica PLD (Pulsed Laser Deposition) presenta notevoli vantaggi rispetto alle altre tecniche di deposizione, quali possibilità di preservare la composizione del target utilizzato, buon controllo dell'adesione del coating al substrato, della cristallinità e della rugosità superficiale, ridotta contaminazione. Rispetto ai convenzionali dispositivi per osteosintesi, rivestimenti a base di nanoidrossiapatiti Si-sostituite potrebbero aumentare ulteriormente la stabilità e l'osteointegrazione degli impianti ossei in chirurgia ortopedica. Materiali e Metodi Film a base di idrossiapatite pura e Si-sostituita (0.7-1.4 % in peso) sono stati depositati su substrati di Ti, a partire da target ottenuti da polveri nanometriche, di composizione selezionata, sintetizzate in laboratorio mediante precipitazione [2]. La microstruttura è stata studiata mediante tecniche di microscopia (elettronica a scansione (SEM), a forza atomica (AFM)), spettroscopia ad infrarossi (FT-IR)) e diffrazione (angolare (ADXRD) e a dispersione di energia (EDXRD)). Sono state condotte misure di microdurezza Vickers-Knoop. Sono state, inoltre, effettuate prove di bioattività in vitro in fluido biologico simulato (SBF). Risultati e Discussione Sono stati identificati i parametri ottimali (fluenza del laser e temperatura del substrato) per la deposizione di coatings a base di HAp pura e Si-sostutuita, al fine di ottenere un film uniforme e omogeneo. Osservazioni SEM e AFM hanno rilevato una superficie compatta, densa, omogenea e di bassa rugosità superficiale, caratterizzata da una granulometria fine. Risultati relativi a misure di microdurezza e test in SBF supportano concrete prospettive di impiego come impianti per osteosintesi. Conclusioni In questo lavoro è stata dimostrata l'applicabilità della tecnica PLD alla deposizione di rivestimenti a base di idrossiapatite pura e Si-sostituita. Si ottengono rivestimenti bioattivi nanostrutturati uniformi e omogenei, dotati di bassa rugosità superficiale. I film ottenuti soddisfano i requisiti necessari per applicazioni in dispositivi per osteosintesi. Riferimenti [1] Pietak A.M., Reid J.W., Stott M.J., Sayer M., Biomaterials 28 (2007): 4023-4032. [2] Bianco A., Cacciotti I., Lombardi M., Montanaro L., Mater. Res. Bull. 44 (2009): 345-354.