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Protesi in titanio virtuali

Una crescente popolazione anziana in Europa significa un maggiore numero di persone che richiedono protesi dentali e ortopediche. Il sostegno dell’UE ha promosso lo sviluppo di una suite di modellizzazione completa per accelerare la comparsa di nuovi prodotti sul mercato.

Salute

I metalli sono materiali comunemente impiegati nelle protesi. Tuttavia, i metodi di alligazione e lavorazione applicati per ottenere le proprietà meccaniche desiderate spesso pongono problemi di biocompatibilità nei tessuti host. L’incorporazione di nanomateriali che riuniscono al loro interno resistenza, biocompatibilità e facilità di lavorazione è un’alternativa promettente. La ricerca sulla nanostrutturazione del titanio e relative leghe è ancora agli albori. Gli esperimenti che utilizzano colture cellulari, test meccanici e in vivo sono costosi, dispendiosi in termini di tempo e richiedono numerosi test animali. La sostituzione di tali metodi con modelli predittivi accurati darebbe un forte incentivo allo sviluppo di un metodo vantaggioso dal punto di vista economico. Gli scienziati impegnati nel progetto VINAT, finanziato dall’UE, hanno sviluppato un ambiente di modellizzazione virtuale multiscala. Il team ha integrato descrizioni a livello atomistico, di cristalli e grana/microstruttura attraverso vari metodi computazionali avanzati. L’ambiente virtuale permette di analizzare le caratteristiche, la forza e la biocompatibilità di materiali a base di titanio nanostrutturati e a grana ultrafine per gli impianti medici. I ricercatori si sono concentrati su tre tipi di materiali a base di titanio: titanio puro, leghe di titanio-niobio e leghe di titanio-nichel (Ti-Ni) a memoria di forma superelastiche. Le leghe a memoria di forma sono una nuova classe di metalli che “ricordano” la loro forma. Le leghe Ti-Ni sono le più promettenti, per esempio, per i canali radicolari e le corone dentali, mentre il nanotitanio è un materiale promettente per gli impianti. Utilizzando la modellizzazione insieme alla sperimentazione, i ricercatori hanno sviluppato e testato un nuovo impianto altamente resistente e di diametro ridotto in titanio a grana ultrafine. L’impianto di 4-mm di diametro sostiene la stesso carico del precedente impianto di diametro 7-mm, facilitando l’intervento chirurgico anche in condizioni difficili e riducendo al minimo il trauma. Gli scienziati hanno inoltre sviluppato un nuovo sistema di elaborazione per la fabbricazione dei materiali. Ci si aspetta che i risultati del progetto VINAT possano migliorare notevolmente la qualità della vita della popolazione anziana dell’UE accelerando il processo di sviluppo di protesi a base di titanio. La suite di modellazione multiscala sviluppata, che interessa entrambi i test meccanici e di biocompatibilità virtuali, ridurrà al minimo la necessità di test in vitro e in vivo. Questo a sua volta aumenterà la competitività delle piccole e medie imprese europee operanti nel settore.

Parole chiave

Titanio, protesi, biocompatibilità, nanomateriali, ambiente virtuale

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