New method for prototyping biodegradable stent in zinc

Cardiovascular stents are biomedical devices, which restore normal blood flow following coronary artery obstruction due to the presence of atherosclerosis. Progress of scientific research enabled to have more advanced devices, less invasive, with good biocompatibility and biodegradability properties. The two main purposes of this thesis were a new method of stent production and the introduction of a new biocompatible material, pure zinc. New manufacturing strategy consists in flat stent realization. Thanks to a special mesh design for laser cutting, it was possible to realize flat stents prototypes in zinc. Stainless steel and magnesium planar stents were also realized as comparative devices in terms of manufacturing. Parameters of laser process were optimized, in terms of kerf width and surface defects. For pure zinc, also, chemical etching was optimized. Processability of three materials was compared with an analytical model based on vaporization times and penetration rates, which are parameters directly connected to different thermodynamic properties of the materials. Stents expandability was evaluated with a medical catheter. AISI 316L, AZ31 and pure zinc stents show god surface quality, proving effectiveness of laser process and post processing. Deployment of flat stent in zinc damaged the final part of the mesh; while AISI 316L and AZ31 were expanded correctly.

Gli stent cardiovascolari sono dispositivi biomedicali tubolari che hanno il compito di ristabilire il flusso sanguigno all’interno dell’arteria coronarica, ostruita a causa della presenza di aterosclerosi. Grazie ai progressi della ricerca scientifica, gli stent sono dispositivi sempre più all’avanguardia, meno invasivi e con buone proprietà biocompatibili e biodegradabili. I due obiettivi principali alla base di questa tesi consistono nella realizzazione di stent con un nuovo metodo di produzione e nell’ utilizzo di un nuovo materiale biodegradabile, lo zinco puro. La nuova strategia consiste nella realizzazione di un primo prototipo di stent piano. Partendo da un design piano adeguatamente modificato per la tecnologia laser è stato possibile realizzare i primi prototipi di stent piani in zinco puro. Sono stati realizzati anche prototipi di stent piani in AISI 316L e AZ31 per ottenere un confronto sulla fattibilità del processo. Per ottenere la miglior qualità dei dispositivi sono stati ottimizzati i parametri per il taglio laser, in termini di ampiezza del solco e difetti superficiali, e per lo zinco puro è stato ottimizzato anche l’attacco chimico. La lavorabilità dei tre materiali è stata paragonata anche grazie ad un modello basato sul calcolo del tempo di vaporizzazione della superficie del materiale, e del penetration rate, legati alle diverse proprietà termodinamiche dei materiali. L’espandibilità degli stent piani è stata valutata grazie all’utilizzo di un catetere medicale professionale. Gli stent hanno mostrato buone qualità superficiali, dimostrando l’efficacia del processo di taglio laser e del post processo. La parte finale dello stent in zinco puro è stata danneggiata durante l’espansione; gli stent in AISI 316L e AZ31 sono stati espansi correttamente.