ENEA, Laboratori di Ricerca di Faenza, propone materiali ceramici biocompatibili e bioinerti a base zirconia (ZrO2) e allumina (Al2O3) e loro compositi, da utilizzare in diversi settori dell’implantologia dentale e ortopedica, nonché per la realizzazione di lame ceramiche per bisturi. ENEA dispone di tecniche di fabbricazione near-net-shape per la realizzazione di componenti prototipali e delle strumentazioni per la caratterizzazione e qualificazione di tali componenti.
Implantologia dentale: esempi di applicazione dei materiali ceramici biocompatibili
I Laboratori di Ricerca di Faenza dell’ENEA realizzano materiali e componenti ceramici per molteplici ambiti del settore biomedicale. I materiali ceramici sviluppati sono costituiti da ossidi ceramici o loro miscele quali l’allumina e la zirconia, noti per le peculiari proprietà di biocompatibilità, bioinerzia, inerzia chimica e resistenza meccanica. L’allumina aumenta la durezza e la resistenza idrotermica dei compositi ZTA (Zirconia Toughened Alumina) o ATZ (Alumina Toughened Zirconia), mentre la zirconia conferisce il richiesto grado di tenacità. La miscelazione dei due ossidi base e di idonei additivi permette di modulare le proprietà del materiale in funzione della specifica applicazione. Tramite opportune tecniche di fabbricazione è possibile realizzare diversi componenti: protesi di anca (coppa acetabolare e testa di femore), protesi di caviglia, impianti dentali completi ( “perno” endosseo e corona dentale) e lame per bisturi ceramici per alcuni settori chirurgici di nicchia.
Questi materiali sono caratterizzati da elevata durezza, tenacità, resistenza alla frattura e biocompatibilità. La zirconia stabilizzata in fase tetragonale, tramite opportuni drogaggi con composti quali per esempio l’ittria, presenta la peculiare caratteristica di un’elevata tenacità. I compositi zirconia-allumina consentono di limitare uno dei problemi tipici dell’utilizzo della zirconia in ambito biomedicale, quali la degradazione delle proprietà meccaniche dopo prolungata permanenza in ambienti caldo-umidi .
I materiali ceramici bioinerti trovano applicazione nell’ambito della sostituzione ossea (protesi d’anca, caviglia, ginocchio, etc.) e dell’implantologia dentale (perni endossei e corone dentali), nel settore del packaging per l’industria farmaceutica (in macchinari per il dosaggio di liquidi o polveri farmacologiche), nel campo delle lame taglienti (coltelli, bisturi, etc.).
Applicazioni dei ceramici bioinerti: protesi d’anca; bisturi; impianti dentali completi.
Protesi di caviglia in materiale ceramico composito allumina-zirconia
Tra le diverse applicazione dei materiali ceramici biocompatibili, la sostituzione di articolazioni ossee rappresenta forse la sfida più impegnativa per tali materiali, in ragione dei carichi elevati che vengono applicati. Nello specifico, l’articolazione della caviglia è tra le più sollecitate del corpo umano ed è costituita da tre componenti di forma complessa e dimensione abbastanza ridotta, che devono sopportare i carichi meccanici costituiti dal peso corporeo e dalle forze che si trasmettono attraverso la caviglia durante i diversi movimenti, nonché quelli costituiti dalla usura delle componenti stesse in continuo movimento relativo fra loro. .E’ stato messo a punto un materiale ceramico biocompatibile a base allumina-zirconia con proprietà meccaniche estremamente elevate quali durezza, tenacità a frattura e resistenza meccanica, oltre che una elevata affidabilità. Tale materiale è stato utilizzato per la realizzazione di un prototipo di protesi di caviglia completa, cioè costituita da tre componenti (talare, inserto meniscale e tibiale).
CeramTec AG, Lima Lto SpA Sistemi Medicali, LEMI Laboratoire d’Evaluation des Matériels Implantables, Università Cattolica del Sacro Cuore
Partendo da questo materiale sono stati progettati altri materiali a base zirconia-allumina con proprietà specifiche a seconda dell’applicazione. Brevetto IT0001407390 (2014) “Materiale ceramico per protesi dentarie”, Autori: G. Magnani, F. Mazzanti, L. Beaulardi.
Protesi di caviglia e componenti