Un invito a favore della crescita ossea - Stabilità porosa generata dalla spruzzatura al plasma sottovuoto

Un invito a favore della crescita ossea - Stabilità porosa generata dalla spruzzatura al plasma sottovuoto

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.
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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.

Un legame solido

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 gassosa purissima

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 vite COBRA a frequenza controllata come pompe per vuoto iniziale e booster per vuoto Puma si è dimostrata efficace in sistemi VPS di grandi dimensioni.

La risposta sintetica è no. Gran parte dei componenti per gli arti artificiali (endoprotesi) è realizzata con leghe di cromo-cobalto (CoCr). Grazie alla loro stabilità sotto carichi in continuo cambiamento, si sono dimostrati un'opzione eccellente per il corpo umano. Tuttavia, le cellule ossee non riescono a legarsi direttamente alle superfici di queste leghe. Le protesi in CoCr vengono quindi fissate alle ossa mediante una resina sintetica nota come cemento osseo.

Il titanio offre un livello di stabilità simile al CoCr ma presenta un'ottima reazione al contatto con le ossa. Le cellule ossee si legano direttamente a questo metallo. Una risposta simile è stata ottenuta con il tantalio, però questo materiale è molto più raro e notevolmente più costoso, quindi molto meno utilizzato per le protesi. La scelta tra protesi cementate o protesi integrate direttamente è determinata da una serie di fattori. Ad esempio, le anche artificiali vengono spesso impiantate senza cemento, contrariamente a quanto avviene con le ginocchia.


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