Sono stati realizzati ricoprimenti nanostrutturati antibatterici in argento mediante la tecnica di deposizione innovativa Pulsed Plasma Deposition, per applicazioni nei cateteri venosi. Tali coating conferiscono un’elevata efficacia antibatterica, senza risultare tossici per le cellule ospiti e senza alterare in modo significativo le proprietà meccaniche dei substrati. Pertanto, i nuovi dispositivi antibatterici permettono di ridurre l'insorgenza di infezioni derivanti dall’utilizzo di cateteri venosi classici, e diminuire, di conseguenza, i costi sociali ed economici che derivano dallo sviluppo di complicazioni settiche.
Progetto nanocoatings
Sono stati sviluppati ricoprimenti antibatterici nanostrutturati a base di argento da applicare sulla superficie di cateteri venosi centrali tramite l'innovativa tecnica di deposizione "Pulsed Plasma Deposition". I ricoprimenti di argento sono ottenuti dalla deposizione di argento metallico e presentano una composizione controllata ed una superficie nanostrutturata, costituita da aggregati sferici di argento metallico. Grazie alla nanostrutturazione ed allo spessore sub- micrometrico, i coating sono in grado di esercitare un’elevata efficacia antibatterica senza causare tossicità o alterare in modo significativo le proprietà meccaniche dei cateteri e la loro biostabilità e biocompatibilità, risultando estremamente promettenti per la riduzione delle infezioni. Infine, grazie alle caratteristiche della tecnica di deposizione, che permette di operare senza riscaldare il substrato, è possibile ricoprire i cateteri polimerici senza alterarne morfologia e composizione.
La tecnica di deposizione permette di ottenere ricoprimenti estremamente sottili (dell’ordine di qualche decina di nanometri) e nanostrutturati. Grazie a queste caratteristiche è possibile massimizzare l’adesione al substrato e controllare finemente il rilascio di argento, che determina efficacia e tossicità. Questi aspetti permettono di ottenere performance significativamente migliori rispetto ai ricoprimenti tradizionali, caratterizzati da uno scarso controllo sullo spessore del coating e/o sul rilascio di argento o da scarsa adesione al substrato, che causa fessurazioni e delaminazione.
La tecnica di deposizone Pulsed Plasma Deposition permette di ricoprire efficacemente un ampia gamma di dispositivi biomedicali, metallici ceramici e polimerici (sensibili alla temperatura) senza alterarne la morfologia e finitura superficiale alla micro scala e senza comportare degrado del materiale che li costituisce.
a) Posizionamento dei cateteri in camera, b) movimentazione dei cateteri durante il processo di deposizione e c) cateteri ricoperti di argento.
Realizzazione di ricoprimenti nanostrutturati antibatterici di argento per cateteri venosi centrali.
Sono stati sviluppati rivestimenti metallici antibatterici per dispositivi medicali impiantabili. I film sono nanostrutturati, perché costituiti da agglomerati sferici di argento, aventi diamentro di 10-20nm. Lo spessore dei film, che a sua volta determina il rilascio di argento e quindi efficacia e tossicità dei dispositivi, dipende dal tempo di deposizione: sono quindi stati comparati diversi tempi (e quindi diversi spessori dei film), valutando l’efficacia del rilascio e gli effetti su batteri (S. Epidermidis) e cellule ospiti (fibroblasti). E’ stato selezionato come ottimale uno spessore del coating pari a 150 nm, che permette un’efficacia antibatterica di lunga durata senza causare alcun fenomeno di citotossicità sulle cellule ospiti. In virtù dello spessore submicrometrico, i film non alterano la morfologia del substrato alla scala micro- e macro- e le sue caratteristiche meccaniche, in particolare elasticità e flessibilità, indispensabili per l’applicazione pratica. Grazie al contributo delle imprese coinvolte si è raggiunto un buon livello di scalabilità industriale dell'intero processo, sia per quanto riguarda la realizzazione dei ricoprimenti, sia per la loro validazione in ambiente rilevante (TRL 5).
ISTEC-CNR Faenza; Tecnopolo di Mirandola; B. Braun Avitum Italy S.p.A.; Organic Spintronics S.r.l.; Tech S.r.l.; Fondazione Democenter.
Grazie alla collaborazione con le aziende B. Braun Avitum Italy S.p.A., Organic Spintronics S.r.l e Tech S.r.l., è stato possibile testare la tecnica in ambiente rilevante. In virtù dei risultati promettenti ottenuti, la tecnologia è attualmente utilizzata per la deposizione di coating su altre tipologie di dispositivi medicali e per la produzione di film ceramici e compositi ceramici-metallici.
Catetere rivestito (in alto) e non (in basso).