Biomateriali metallici, ceramici, polimerici: proprietà

I biomateriali sono sostanze che, grazie a una opportuna ingegnerizzazione, sono usati per dirigere il corso di una procedura terapeutica o diagnostica mediante il controllo delle interazioni con i componenti di sistemi viventi.

I biomateriali avere origine naturale o sintetica e, in taluni casi, sono ottenuti da cellule e tessuti viventi.
Sono generalmente raggruppati in tre classi: metalli, ceramiche e polimeri anche se, in tempi recenti, stanno emergendo materiali compositi che possono migliorare il successo nell’uso di impianti biomedici.

I biomateriali sono utilizzati in campo medico per pacemaker, innesti cutanei, innesti vascolari articolazioni artificiali, impianti cocleari, lenti a contatto e suture. Essi contribuiscono a migliorare la qualità di vita dei pazienti e devono quindi essere durevoli e godere di proprietà specifiche

Proprietà dei biomateriali

La biocompatibilità è tra le caratteristiche più importanti dei biomateriali. Essi infatti devono svolgere la funzione desiderata senza che si abbiano effetti indesiderati sul paziente. Pertanto i biomateriali, oltre ad assolvere alla funzione per la quale sono utilizzati, devono essere non tossici, non cancerogeni, non immunogenici, sicuri e ben tollerati dall’organismo e dal sistema immunitario.

La biocompatibilità è correlata, nel caso dei metalli, alla corrosione in ambiente biologico pertanto i biomateriali oltre a essere durevoli devono essere chimicamente stabili e non devono rilasciare composti o ioni metallici che possono provocare infiammazioni, infezioni o allergie.

Le proprietà meccaniche devono essere rispondenti all’utilizzo del biomateriale ma, nelle linee generali esso deve essere forte, durevole e fornire il tipo corretto di movimento. Inoltre deve avere una adeguata flessibilità, elasticità e fornire un supporto strutturale sopportando l’azione di sollecitazioni esterne statiche o dinamiche.

Tipi di biomateriali

Metallici

Sono utilizzati per sostituire componenti strutturali danneggiati e ripristinare funzioni all’interno del corpo umano. Sono dotati di resistenza alla trazione, tenacità a frattura e resistenza a fatica e utilizzati in protesi ortopediche e impianti dentali.

Le principali leghe utilizzate sono costituite da acciaio austenitico per dispositivi impiantabili, mezzi di osteosintesi e protesi articolari o da acciai legati. Prima dell’introduzione dell’acciaio  nell’industria biomedica, gli impianti erano fabbricati con metalli puri, che mostravano, in genere, una minore resistenza alla corrosione e minore resistenza meccanica.

Si utilizzano, oltre agli acciai anche leghe di cobalto–cromo–molibdeno e leghe di titanio. Più recentemente si utilizzano leghe a base di tantalio e zirconio. Sono generalmente ricoperti da una pellicola di ossidi metallici al fine di migliorare la resistenza alla corrosione e a migliorare la compatibilità con i tessuti

Ceramici

Sono caratterizzati da attività osteoconduttiva, resistenza alla corrosione e da una superficie dura ma fragile. Trovano utilizzo per riparare o sostituire i tessuti ossei danneggiati e possono interagire con il tessuto circostante supportando la crescita dei tessuti o, nel caso di ceramiche bioattive, inducendo la rigenerazione di nuovi tessuti.

L’ossido di alluminio e di zirconio sono i due ossidi ceramici più importanti per scopi biomedici.  Un’altra importante classe di bioceramiche sono l’idrossiapatite e il fosfato di calcio usati in chirurgia maxillo-facciale, otorinolaringoiatria, protesi ortopediche, neurochirurgia

I vetroceramici bioattivi sono un gruppo di ceramiche sintetiche riassorbibili che reagiscono in presenza di fluidi biologici, migliorando e potenziando la capacità di guarigione del corpo umano. Sono costituiti da silice con aggiunta di ossido di sodio, ossido di calcio e fosforo (V) che ne determinano l’attività bioattiva e la bioassorbibilità.

Polimerici

I polimeri naturali come il collagene sono stati a lungo utilizzati per la loro biocompatibilità. Lo studio si è poi concentrato su polisaccaridi naturali come l’alginato, la chitina e il chitosano che, tuttavia, presentano limitazioni per la loro rapida proprietà di degradazione. I polimeri bioinerti che non si degradano sono, ad esempio, il polimetilmetacrilato e le poliammidi mentre tra quelli biodegradabili vi è il policaprolattone l’acido polilattico e i poliuretani. Grazie alla vasta varietà di composizioni possono essere ottimizzati per far fronte alle esigenze più svariate