Applicazioni dei rivestimenti PVD nel settore medicale

I rivestimenti PVD trovano applicazione industriale dove è necessario ottenere nei materiali caratteristiche di resistenza meccanica e resistenza agli agenti chimici: la produzione di strumentario chirurgico e protesi nel settore medicale si avvale da anni della finitura PVD, ottenendo caratteristiche di biocompatibilità e batteriostaticità nei pezzi trattati.

In questo articolo si parla di:

• Rivestimenti PVD medicali: i requisiti richiesti
• Biomateriali ottenuti dai trattamenti PVD
• Vantaggi del rivestimento PVD nella produzione di ferri chirurgici

Rivestimenti PVD medicali: i requisiti richiesti

Il requisito fondamentale del rivestimento di un dispositivo destinato al settore medicale è la biocompatibilità, una caratteristica che viene definita alla normativa UNI EN ISO  10993 che stabilisce i principi generali che regolano la valutazione della sicurezza biologica dei dispositivi medici.

La biocompatibilità dei metalli è legata anche alla resistenza alla corrosione in ambiente biologico: i fluidi biologici hanno infatti un elevato potere corrosivo nei confronti dei metalli.

Durante la corrosione avviene il rilascio di ioni metallici con due possibili conseguenze:

• la perdita di funzionalità dell’impianto protesico, dovuta al peggioramento delle proprietà meccaniche;
• la contaminazione sia dei tessuti circostanti che dell’intero organismo, con ioni metallici spesso tossici, con danno anche grave per la salute del paziente.

Questi principi rendono indispensabili i rivestimenti PVD destinati alle attrezzature mediche che vengono a contatto con l’organismo umano. Si tratta di rivestimenti per strumenti del settore chirurgico, ortopedico, dentistico, ortodontico, anestetico, quindi: bisturi, lame da taglio, cannule per anestesia con caratteristiche particolari di visibilità ecografica, facilità di scorrimento, biocompatibilità e isolamento elettrico, utensili per ortodonzia, frese, punte e alesatori odontoiatrici.

Oltre alla Biocompatibilità, le qualità più richieste dei rivestimenti destinati agli strumenti chirurgici sono:

• Batteriostaticità
• Resistenza all’usura
• Resistenza al taglio
• Assortimento cromatico (il colore è molto usato in sala operatoria per distinguere strumenti di dimensioni diverse)

Molti componenti approvati dalla FDA USA utilizzano il TiN (Nitruro di Titanio) per le sue caratteristiche di biocompatibilità e atossicità.

Grazie alla sua stabilità chimica, il Nitruro di Titanio agisce da strato barriera nei confronti del materiale sottostante, riducendo l’interazione dei liquidi biologici con i metalli base degli impianti protesici, diminuendo il rischio di rigetto. Il rivestimento in Nitruro di Titanio viene utilizzato per aumentare le prestazioni degli strumenti chirurgici e impianti dentali e medici fornendo una barriera superficiale inerte che protegge i materiali dalla corrosione e migliora la resistenza all'usura mantenendo l'integrità del taglio più a lungo. Il coefficiente di attrito ridotto fornito dal rivestimento aiuta a prevenire l'aderenza dei tessuti agli strumenti.

Il rivestimento in Nitruro di Cromo (CrN) viene utilizzato su strumenti e impianti medici ortopedici e dentistici per fornire una barriera protettiva alla corrosione, migliorare la resistenza all'usura e mantenere le stesse caratteristiche anche dopo ripetuti cicli di sterilizzazione in autoclave.

Le principali applicazioni dei riporti P.V.D. nel settore medicale riguardano il trattamento dei componenti per protesi ossee, impianti dentali, ferri chirurgici, attrezzature per odontotecnica, componenti per sonde endoscopiche, stent coronarici. In particolare, nelle endoprotesi articolari è fondamentale impiegare materiali caratterizzati da ottima resistenza all’usura, basso coefficiente di attrito ed elevata resistenza a fatica.

I biomateriali ottenuti dai trattamenti PVD

In generale, un materiale si dice biostabile quando non viene alterato dai fluidi biologici, viceversa si dice biodegradabile quando subisce una trasformazione chimica che ne altera o modifica le proprietà. Una caratteristica dei Biomateriali è la biostablità.

Per Biomateriale si intende una sostanza inerte, sia nei confronti dell’organismo che dal punto di vista farmacologico, progettata per essere impiantata o incorporata in un sistema vivente (Definizione di Biomateriale al The 6th Annual International Biomaterial Symposium, 1974)

Biomateriale è ogni sostanza o combinazione di sostanze, di origine sintetica o naturale diversa da un farmaco, che può essere impiegata per qualsiasi periodo di tempo, da sola o come parte di un sistema che tratta, aumenta o sostituisce un qualsiasi tessuto, organo o funzione del corpo

(Definizione di Biomateriale - Consensus Conference on the Clinical Application of Biomaterials, National Health Institute, Bethesda, USA, 1984)

Biomateriale è una sostanza non vivente utilizzata nella fabbricazione di un dispositivo medico che ha in qualche punto un'interfaccia con un tessuto vivente (Definizione di Biomateriale - Società Europea dei Biomateriali, Chester, UK, 1986)

In sintesi Biomateriale è un materiale per il quale si prevede una interfaccia con sistemi biologici al fine di valutare, trattare, migliorare o sostituire qualsiasi tessuto, organo o funzione del corpo umano: tale definizione identifica i biomateriali in relazione alle finalità d'uso e non in relazione alle loro proprietà. Il polietilene per esempio non è un biomateriale quando viene impiegato nella fabbricazione di un contenitore alimentare, ma è un biomateriale quando costituisce la coppa acetabolare di una protesi d'anca.

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I vantaggi del rivestimento PVD nella produzione di ferri chirurgici

I dispositivi medici trattati con rivestimento PVD hanno migliori caratteristiche funzionali e rendono gli strumenti più facilmente riconoscibili in sala operatoria, offrendo vantaggi estetici e funzionali.I rivestimenti in PVD sono biocompatibili, molto duri e inerti e non reagiscono con ossa, tessuti o fluidi corporei. Ciò li rende particolarmente adatti per l'uso su dispositivi medici, componenti e strumenti chirurgici.

Tra i vantaggi principali dell'utilizzo dei rivestimenti PVD nei dispositivi medicali:

• Protezione del taglio: gli strumenti chirurgici rimangono affilati anche dopo un uso intensivo e ripetute sterilizzazioni in autoclave
• Riduzione della corrosione: le parti in metallo protette dal rivestimento PVD non sono sottoposte direttamente all’azione dei fluidi corporei
• Estetica funzionale: si possono avere diversi colori per facilitare la selezione dei ferri durante gli interventi in sala operatoria
• Comprovata resistenza all'usura
• Antiaderenza ai tessuti corporei
• Resistenza all'ossidazione e alla corrosione

La deposizione fisica in fase di vapore (PVD) è un processo di rivestimento sotto vuoto che è comunemente usato per migliorare le prestazioni degli utensili da taglio nell’industria manifatturiera, questo trattamento aumenta la durata di uno strumento fino a 10 volte rispetto a uno strumento non rivestito, migliorandone le qualità di durezza, autolubrificazione e resistenza all'usura. I trattamenti PVD vengono sempre più utilizzati dai produttori di dispositivi medici per migliorare le prestazioni dei loro prodotti e, sfruttando le possibilità estetiche e l’assortimento dei colori, distinguersi da prodotti o modelli simili.Come per l’industria della produzione di utensili, punte da trapani, frese, alesatori, nel campo degli strumenti medicali il rivestimento in PVD offre una migliore protezione del taglio in modo che gli strumenti chirurgici rivestiti rimangano affilati e assicurino la massima precisione d’uso per tutta la durata della vita dello strumento.

Il PVD è ecologico

L’intero processo PVD è innocuo per l’ambiente: in nessuna fase della lavorazione vengono prodotte sostanze inquinanti e residui tossici che possano avvelenare il nostro pianeta. II processo PVD è sicuro, pulito, ecosostenibile e non è tossico, anche per questo è utilizzato per il trattamento di strumentazione medica come lame di bisturi e seghe per uso ortopedico, dove sono importanti l'affilatura e la sua durata, nella implantologia e nel trattamento di materiali per le protesi ossee, in particolare la protesi dell’anca, oltre che per le attrezzature di cucina, come posate, vassoi e complementi di arredo destinati a un contatto prolungato con le persone. 

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