Sviluppo ed ottimizzazione di un trattamento PEO antibatterico innovativo a base di borato di sodio

PEO treatments represent a surface modification technique of great interest in the field of biomedical applications, thanks to the peculiar morphological characteristics of the coatings they can produce, which are capable to promote osseointegration and to easily introduce inside the oxide layer additive elements and compounds present in the electrolytic bath. The introduction of elements with antibacterial properties can provide a significant bactericidal effect to the treated surfaces, allowing to prevent biofilm formation and the consequent failure of implantable devices, while osteoinductive elements can further promote implant’s stabilization. This work was carried out to develop a cheap and simple PEO treatment, based on an innovative alkaline solution, which could be used to produce titanium oxide surfaces performing a significant antibacterial and osteoinductive action. The antimicrobial activity has been sought-after through the incorporation of two metallic antibacterial elements (copper and zinc) into the coating. The performed characterizations allowed to identify the most promising solution in terms of stability among the three proposed compositions and to define the optimal electrical parameters to produce both macroscopically and microscopically homogeneous coatings showing surface morphologies without cracks or other defects. This aim was fulfilled in both galvanostatic and pulsed DC conditions. Then, the effective inclusion of the chosen antibacterial agents in the coatings and the resulting bactericidal efficacy of the treated samples were confirmed by means of chemical and microbiological analyses. All these characteristics have been evaluated to apply this treatment to the production of either implantable devices, such as dental and orthopedic ones, or surfaces for not sterilizable devices showing high risk of biofilm development in broader application fields such as the oil industry.

I trattamenti PEO rappresentano una tecnica di modifica superficiale di grande interesse nell’ambito delle applicazioni biomedicali, per via delle caratteristiche morfologiche dei coating prodotti, in grado di favorire l’osteointegrazione, e della possibilità di introdurre in modo semplice elementi e composti additivi nel rivestimento tramite una loro aggiunta al bagno elettrolitico. In particolare, l’introduzione di elementi dalle proprietà antibatteriche può conferire alle superfici realizzate tramite questa tecnica una significativa efficacia battericida, in grado di impedire la formazione di biofilm ed il conseguente fallimento di dispositivi impiantabili, mentre elementi osteoinduttivi possono favorirne la stabilizzazione. Il presente lavoro è stato svolto con l’obiettivo di sviluppare un trattamento PEO economico e di semplice realizzazione, basato su una soluzione alcalina appositamente definita, atto a produrre superfici in ossido di titanio in grado di espletare una significativa azione antibatterica ed osteoinduttiva. Tale funzionalità è stata ricercata tramite l’incorporazione nel rivestimento di due elementi metallici, rame e zinco. Le caratterizzazioni svolte hanno permesso di identificare sia la soluzione più promettente in termini di stabilità tra le tre composizioni elettrolitiche proposte, sia i parametri elettrici ottimali per la realizzazione di rivestimenti dalla morfologia sia macroscopicamente che microscopicamente omogenea, esenti da cricche o difetti di altro genere, in galvanostatica ed in corrente pulsata. È stata inoltre confermata la possibilità di includere efficacemente agenti antibatterici metallici nei rivestimenti così prodotti, ed è stata verificata l’efficacia battericida dei campioni trattati. Tali caratteristiche sono state valutate nell’ottica di un possibile impiego del trattamento così sviluppato sia per la produzione di dispositivi impiantabili, in particolare in ambito odontoiatrico ed ortopedico, sia per applicazioni a più ampio spettro, come l’applicazione di rivestimenti battericidi per l’ambito ospedaliero e per altri settori (tra i quali ad esempio l’industria petrolifera) caratterizzati da un alto rischio di sviluppo di biofilm a carico di superfici o dispositivi non sterilizzabili.