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Extending the life span of orthopaedic implants: development of ceramic hip and knee prostheses with improved zirconia toughned alumina nanocomposites

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Miglioramenti nella composizione delle articolazioni artificiali

La parola ceramica deriva dal greco 'keramos', che significa 'terra bruciata'. Nella chirurgia ortopedica, la ceramica offre un fertile terreno di speranza ai pazienti che hanno bisogno di articolazioni artificiali. L'uso di materiali compositi permette di creare impianti più resistenti e duraturi.

Salute

La vita media prevista degl'impianti ortopedici arriva a soli 10 anni circa. E ciò soprattutto a causa dell'osteolisi provocata dall'usura dei materiali. Era quindi necessario migliorare affidabilità, consistenza, stabilità idrotermale e resistenza alla rottura degli attuali prodotti ceramici, che usano soprattutto allumina e ossido di zirconio. Combinare differenti componenti permette spesso di ottenere un composto con ottime proprietà chimico-fisiche, capace di sfruttare i vantaggi di ciascuno dei suoi componenti. L'aggiunta di una frazione di ossido di zirconio all'allumina dà vita allo ZTA (Zirconia Toughened Alumina), un materiale "composito" con accresciuta resistenza alle fratture, forza di flessione e fatica. I ricercatori si sforzano di raffinare i processi microstrutturali per migliorare la stabilità ceramica e la resistenza ai cedimenti. I metodi tradizionali per ottenere i compositi ZTA non permettono di ottenere una struttura fine e omogenea. Lo sviluppo di nuovi procedimenti in contesti non acquosi ha però permesso di preparare compositi con una distribuzione di particelle di ossido di zirconio sensibilmente più piccole e strette di quelle ottenute con i metodi convenzionali di miscelazione delle polveri. In questo modo è ossibile ottenere nanocompositi ZTA ad alta densità (NZTA) con una microstuttura estremamente omogenea e con migliori caratteristiche fisiche. Nel quadro del progetto BIOKER, si è scoperto che la loro migliore resistenza all'usura è dovuta a una piccola frazione di nanoparticelle di ossido di zirconio uniformemente distribuite. Anche la durata risulta di conseguenza più lunga. Sotto pressione, le particelle di ossido di zirconio generano un campo di sollecitazione di compressione che serve a proteggere il nanocomposito dal fenomento dello Slow Crack Growth. Si aprono così nuove strade per lo sviluppo di compositi di ossidi nanostrutturati a base ceramica. In questa ottica, bisognerà occuparsi dei problemi di produzione di massa dello NZTA, tenendo presente che processi e lavorazione sono più semplici di quelli necessari con gli altri metodi.

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