Modifiche di superficie per impieghi cardiovascolari su innovativa lega di titanio TLM

The diseases of the cardiovascular system, such as heart attacks, are one of the main causes of mortality worldwide. Among these, one of the most common diseases is coronary atherosclerosis, a localized thickening of the vessel’s wall which tends to occlude the vascular lumen. Potential treatments for atherosclerosis include surgical bypass, balloon angioplasty (PTA) and the use of stents. In particular, the stent is defined as a flexible cylindrical mesh structure that is introduced into the lumen of pathological vessel in order to expand the obstruction level by applying a radial stress and able to maintain the open vascular lumen [8]. Nowadays, stents used to treat atherosclerosis can be metallic, such as alloys of Co-Cr or stainless steel, drug eluting stents (DES), to prevent restenosis (re- narrowing of the lumen), or biodegradable (ie products with materials that degrade in the body without causing damage). In recent years, studies about metallic materials for stents are directed towards the development of surface modification techniques. Among these, the anodic spark deposition (ASD) allows to modify the surface oxide layer, often by inserting doping elements, and, in certain cases, is used to improve the tissue integration of the device; in fact, this treatment is already widely used in orthodontics and orthopedics so that it was thought to use it also in the cardiovascular field. In addition, these electrochemical processes appear particularly promising thanks to the possibility to treat very complex 3D geometries and allowing a very fine and advanced modulation of the topographical structure, the microstructure and chemical elements of the surface. Finally, they are fairly inexpensive and relatively simple to allow an industrial scale-up. The ASD treatment, potentially, is able to decrease the chances of restenosis, thanks to the new modified surface, more blood-compatible. However, the surface finish ensured by this treatment is not optimal for devices in contact with blood and for this reason it was thought to pretreat the material with electropolishing, a treatment that allows to eliminate the imperfections arising from the manufacturing of stents and give a smooth and uniform surface morphology, as well as to promote good hemodynamics and prevent the formation of thrombi [55]. Therefore, the main purpose of this project is the verification of electropolishing treatment, with the definition of the best process parameters, and the ASD treatment on a new and innovative β titanium alloy, the TLM alloy. At the end, it was decided to characterize this alloy with a specific test for its future use in the cardiovascular field, comparing the results with those of the most commonly used metals such as stainless steel and Co-Cr alloy.

Le malattie del sistema cardiovascolare, come gli infarti, sono ad oggi tra le principali cause di mortalità nel mondo. Tra queste, una delle patologie più comuni è l’aterosclerosi coronarica, un inspessimento localizzato della parete del vaso che tende ad occludere il lume vascolare. Potenziali trattamenti per l’aterosclerosi comprendono il trattamento di bypass chirurgico, di angioplastica con palloncino (PTCA) e l’utilizzo di stent. In particolare, lo stent è definito come una struttura cilindrica flessibile a maglie che viene introdotta nel lume del vaso patologico e fatta espandere a livello dell’ostruzione applicando una sollecitazione radiale in grado di mantenere il lume vascolare aperto [8]. Oggigiorno, gli stent utilizzati per trattare l’aterosclerosi possono essere metallici, ad esempio leghe di Co-Cr o acciaio inox, a rilascio di farmaci (DES), per prevenire la restenosi (nuovo restringimento del lume vasale), o biodegradabili, cioè prodotti con materiali in grado di degradarsi all’interno del corpo umano senza causare danni. Negli ultimi anni, gli studi sui materiali metallici per stent sono indirizzati verso lo sviluppo di tecniche di modifica superficiale. Tra queste l’anodic spark deposition (ASD) permette di modificare lo strato di ossido superficiale, spesso inserendo elementi dopanti, e, in certi impieghi, è utilizzata per migliorare l’integrazione tessutale del dispositivo; infatti, questo trattamento trova già largo impiego in settori come l’ortodonzia e l’ortopedia cosicché si è pensato ad un suo utilizzo anche in altri settori, come quello cardiovascolare. Inoltre, questi processi elettrochimici appaiono particolarmente promettenti grazie alla possibilità di trattare geometrie 3D molto complesse e permettendo una modulazione molto fine e avanzata della struttura topografica, della microstruttura e degli elementi chimici della superficie. Infine sono abbastanza economici e relativamente semplici così da permettere uno scale-up industriale. Il trattamento di ASD, potenzialmente, è in grado di diminuire le probabilità di restenosi, grazie alla nuova superficie modificata, maggiormente emocompatibile. Tuttavia, la finitura superficiale garantita da questo trattamento non è ottimale per dispositivi a contatto con il sangue e per questo si è pensato di pretrattare il materiale con l’elettrolucidatura, un trattamento che permette di eliminare le imperfezioni derivanti dalla fabbricazione degli stent e conferisce una morfologia superficiale liscia ed uniforme, così da favorire una buona emodinamica ed evitare la formazione di trombi [55]. Lo scopo principale di questo progetto è quindi la verifica di fattibilità dell’esecuzione del trattamento di elettrolucidatura, con la definizione dei migliori parametri di processo, e del trattamento di ASD su una nuova ed innovativa lega β di titanio, la lega TLM. In seguito si è pensato di caratterizzare tale lega con dei test specifici per un suo futuro utilizzo in ambito biomedicale cardiovascolare, confrontando i risultati con quelli dei metalli più comunemente usati quali l’acciaio inox e la lega Co-Cr.