Modulazione della struttura e della morfologia di coating di Chitosano mediante deposizione catodica

Electrochemical treatments for surface reshaping are currently subject of several studies and are widely employed in biochemical applications and devices, wherever specific surface morphologies at micro and nanoscale are required. This work main subject has been one of these methods, specifically the cathodic electrodeposition. The study has been conducted applying this technique for titanium surface reshaping, where the coating layer is created from chitosan in aqueous acid solution. Chitosan is a natural polymer which have many properties useful in the biomedical area, such as biocompatibility, biodegradability, antibacterial properties and is known having a pH dependent solubility. The latter characteristic make chitosan a very interesting material that can be used as electrolyte in electrochemical process bath and may confer its properties to the deposed coating layer. This work has been done using acid solution, in order to enhance the solubility of the chitosan, which can be protonated and diluted in water, for pH values smaller than the pKa of the amminic groups. Different solutions os acetic acid, malonic acid and phosphoric acid have been used, with a chitosan concentration of one gram per liter. The study has been focused on the impact that the electrodeposition process control parameters have on morphology and the structure of the resulting coating. The parameters analyzed were: electrodeposition time, pH and proticity of the acid solution; voltage and current density applied. It has been observed that it is possible to modulate the morphology and the micro porosity of the coating layer, tuning properly the control parameters. This process feature make the cathodic electrodeposition a promising technique which can be employed to control the morphology of the surface of devices at the interface with biological systems; hence the technique allows to confer to the coating specific properties based on the specific biomedical application.

I trattamenti elettrochimici per le modifiche superficiali sono oggetto di molteplici studi e trovano ampia applicazione nel campo biomedicale per il trattamento di dispositivi e la generazione di superfici con morfologie specifiche, in micro e nanoscala. Questo lavoro di tesi si è occupato di uno di questi metodi elettrochimici, ossia la deposizione catodica. Lo studio è stato condotto applicando la tecnica, per la modifica delle superfici di titanio, depositando chitosano a partire da soluzione acquosa acida. Il chitosano è un polimero naturale che ha molteplici proprietà in campo biomedicale, tra cui biocompatibilità, biodegradibilità, proprietà antibatteriche e inoltre è noto per avere solubilità pH-dipendente. Quest'ultima caratteristica lo rende interessante per essere utilizzato come elettrolita nei bagni per processi elettrochimici e quindi conferire le sue proprietà al coating deposto. Il lavoro è stato condotto depositando in soluzioni acide, per favorire lo scioglimento del chitosano, che per pH inferiori al pKa dei gruppi amminci, può essere protonato, rendendolo solubile in acqua. In particolare sono stati utilizzate soluzioni di acido acetico, acido malonico e acido fosforico, a concentrazione 1g L-1 di chitosano. Lo studio ha analizzato l'influenza dei principali parametri di controllo del processo di elettrodeposizione, sulla morfologia e sulla struttura del coating. I parametri sottoposti all'analisi sono stati: il tempo; il pH e la proticità della soluzione acida; la tensione e la densità di corrente. Si è osservato che è possibile modulare la morfologia e la microporosità del coating, modificando oppurtanamente i parametri di processo. Questo rende il processo di elettrodeposizione catodica, una tecnica che può avere largo impiego per poter controllare la morfolgia di superfici che si interfacciano con i sistemi biologici e potergli conferire proprietà specifiche in funzione dell'applicazione biomedicale.