Un invito alla crescita ossea

Numerose articolazioni artificiali vengono integrate direttamente nelle ossa senza elementi di aiuto. Le strutture porose sulle loro superfici permettono una crescita ossea sicura. La spruzzatura al plasma sottovuoto conferisce alle strutture la necessaria forma e stabilità.

Le ossa umane sono soggette a un costante processo di rimodellamento. Le cellule spazzine raccolgono continuamente i rifiuti attorno all'osso. Allo stesso tempo, il corpo produce cellule tramite gli osteoblasti, e queste cellule vengono utilizzate per formare nuove ossa. Questo è il motivo per cui un osso rotto si rigenera in un tempo relativamente breve. Lo stesso meccanismo consente alle articolazioni artificiali di essere integrate direttamente nelle ossa senza dover utilizzare cemento osseo.

Una salda unione ossea

Quando una frattura guarisce, un osso viene a contatto con un altro osso. Tuttavia, quando si utilizza una protesi, l'osso è a contatto con un oggetto estraneo di metallo. Per consentire all'osso di crescere, deve offrire alle trabecole una buona superficie a cui attaccarsi. Le trabecole sono piccole strutture a trave che formano una griglia tridimensionale all'interno dell'osso. In una situazione ideale, si attaccano ai pori che corrispondono alla loro resistenza. Allo stesso tempo, queste cavità devono essere sufficientemente profonde per permettere alle trabecole di avere una tenuta adeguata.

In termini di ingegneria dei materiali, questo processo rappresenta una sfida enorme: la protesi deve fornire una superficie porosa e, al contempo, deve essere in grado di resistere agli enormi carichi nel corso di svariati anni. Per questo motivo, i componenti delle protesi sono realizzati in leghe di titanio altamente stabili. Per creare la superficie liscia, necessitano di un rivestimento che possa formare un legame letteralmente indistruttibile con il substrato. La spruzzatura al plasma sottovuoto (Vacuum Plasma Spraying, VPS) offre la soluzione a questo problema.

Atmosfera di gas ultrapuro

Durante questo processo, la protesi non rivestita viene collocata in una camera per vuoto. In un vuoto di circa 0,08 millibar, tutto l'ossigeno atmosferico e qualsiasi traccia di vapore acqueo attaccata alla protesi viene eliminata dalla camera, creando le condizioni necessarie per ottenere un'atmosfera gassosa purissima. La camera viene quindi lavata con argon ed evacuata di nuovo. Al termine di questa procedura, nella camera viene introdotto il gas di processo. L'effettivo processo di rivestimento inizia con l'accensione del bruciatore al plasma.

Viene applicata una corrente forte per creare un arco e il gas di processo si trasforma in plasma. La polvere spruzzata, normalmente composta anch'essa da titanio, si mescola con il getto di gas. A temperature di oltre 20.000 °C, si formano delle goccioline che vengono accelerate, compresse e spruzzate sulla superficie del pezzo. L'elevata densità di energia presente nel processo garantisce che il legame sia estremamente stabile. La precisa gestione del processo consente di influire sulla forma delle strutture risultanti e di ottenere la necessaria forma dei pori. Una combinazione di pompe per vuoto a viteCOBRA a frequenza controllata come pompe per vuoto iniziale e booster per vuotoPUMA si è dimostrata efficace in sistemi VPS di grandi dimensioni.