Orthopaedic implants are used routinely worldwide for fixation of long bone fractures and non-unions, for correction and stabilization of spinal fractures and deformities, for replacement of arthritic joints, and for other orthopaedic and maxillofacial applications. The primary aim of these devices is to provide mechanical stabilization so that optimal alignement and function of bone can be maintained during physiologic loading of bones and joints. In this way, the implants facilitate the relief of pain and more normal use of the injured limb or body part, and thus foster earlier return to function. Metals and alloys have a wide applications in orthopaedic field and in the construction of osteosynthesis devices. Orthopaedic devices are mainly made of metals to endure mechanical stresses in service. Among the most commonly alloys used for osteosynthesis devices are titanium alloys, cobalt alloys and stainless steel 316L. The need to reduce costs in public health services has compelled the use of stainless steel as the most economical alternative for orthopaedic implants. However this alloys has the tendency to localized corrosion, releases significant quantities of iron promoting inflammatory reactions. Orthopaedic devices may function in an appropriate fashion mechanically and biologically, however acute and chronic infections are potential dreaded complications that may necessitate further surgery. The anatomical site and characteristics of the implanted device including size, shape, material are important variables. The use of prophylactic systemic antibiotics has been shown to dramatically reduce the incidence of implant related infections. However, there are additional opportunities for local delivery of antibiotics and other anti-infective agents. Advantages and technological significance of sol-gel coatings application have been widely demonstrated [15]. By the change of precursors, thermal treatments, or addittion of particles in the sol, functional coatings can be obtained, performing one of the most attractive characteristic of the sol-gel method. Biologic coatings for orthopaedic implants has been developed in order to facilitate osseointegration and mitigate possible adverse tissue responses, inlcuding the foreign body reaction and implant infection.

I mezzi di osteosintesi vengono utilizzati in tutto il mondo come sistemi di fissazione per le fratture delle ossa lunghe, per la correzione e la stabilizzazione di fratture e deformità della spina dorsale e per altre applicazioni ortopediche e maxillo-facciali. Il primo scopo di questi dispositivi è quello di fornire stabilizzazione meccanica, in modo da potere ottenere un perfetto allineamento dell’osso danneggiato, pur mantenendo inalterata la sua normale funzione. In questo modo gli impianti permettono di alleviare il dolore, ottenere un più normale uso dell’arto infortunato e favoriscono un più rapido ritorno alla funzionalità dello stesso. Metalli e leghe metalliche hanno una larga applicazione in ambito ortopedico ed in particolare nella realizzazione di dispositivi per osteosintesi, poichè meglio rispondono alle caratteristiche meccaniche richieste. Tra le più comuni leghe utilizzate per la realizzazione di dispositivi di osteosintesi vi sono le leghe di titanio, le leghe di cobalto e l’acciaio inossidabile AISI 316L. La necessità di ridurre i costi nella sanità pubblica ha portato alla scelta di utilizzare l’acciaio inossidabile come alternativa più economica per la realizzazione di dispositivi osteosintesici, esso però presenta delle problematiche relative alla sua corrosione in ambiente corporeo; la presenza di cloruri nel corpo umano stimola la corrosione localizzata del metallo, la quale provoca il rilascio di significative quantità di ioni ferro che provocano reazioni infiammatorie nel paziente. I dispositivi medici, sebbene possano funzionare meccanicamente in modo perfetto, possono quindi portare a complicazioni mediche date dall’insorgere di infezioni locali attorno al sito di impianto e, conseguentemente, ad ulteriori interventi chirurgici di revisione. Il sito anatomico di impianto e le caratteristiche del dispositivo impiantato, quali dimensione, forma, materiale sono variabili molto importanti; la profilassi antibiotica sistemica ha mostrato ridurre drasticamente questo tipo di infezione, nonostante ciò sono stati sviluppati sistemi alternativi di rilascio locale di antibiotici ed altri agenti antinfiammatori. I vantaggi dell’applicazione e utilizzo della tecnologia sol-gel sono stati largamente dimostrati e studiati [15]; tramite opportuna scelta dei precursori, trattamenti termici e l’aggiunta di particelle alla soluzione di partenza possono essere ottenuti rivestimenti funzionali, diversificabili a seconda delle necessità. Sono stati sviluppati, negli ultimi anni, rivestimenti biologici per dispositivi ortopedici, in grado di proteggere il metallo dalla corrosione, facilitare l’osteointegrazione del dispositivo e di mitigare possibili risposte infiammatorie e infezioni attorno al sito di impianto.

Sviluppo e caratterizzazione di un trattamento sol-gel per mezzi di osteosintesi in acciaio inossidabile AISI 316L

PARTEGIANI, FRANCESCA
2013/2014

Abstract

Orthopaedic implants are used routinely worldwide for fixation of long bone fractures and non-unions, for correction and stabilization of spinal fractures and deformities, for replacement of arthritic joints, and for other orthopaedic and maxillofacial applications. The primary aim of these devices is to provide mechanical stabilization so that optimal alignement and function of bone can be maintained during physiologic loading of bones and joints. In this way, the implants facilitate the relief of pain and more normal use of the injured limb or body part, and thus foster earlier return to function. Metals and alloys have a wide applications in orthopaedic field and in the construction of osteosynthesis devices. Orthopaedic devices are mainly made of metals to endure mechanical stresses in service. Among the most commonly alloys used for osteosynthesis devices are titanium alloys, cobalt alloys and stainless steel 316L. The need to reduce costs in public health services has compelled the use of stainless steel as the most economical alternative for orthopaedic implants. However this alloys has the tendency to localized corrosion, releases significant quantities of iron promoting inflammatory reactions. Orthopaedic devices may function in an appropriate fashion mechanically and biologically, however acute and chronic infections are potential dreaded complications that may necessitate further surgery. The anatomical site and characteristics of the implanted device including size, shape, material are important variables. The use of prophylactic systemic antibiotics has been shown to dramatically reduce the incidence of implant related infections. However, there are additional opportunities for local delivery of antibiotics and other anti-infective agents. Advantages and technological significance of sol-gel coatings application have been widely demonstrated [15]. By the change of precursors, thermal treatments, or addittion of particles in the sol, functional coatings can be obtained, performing one of the most attractive characteristic of the sol-gel method. Biologic coatings for orthopaedic implants has been developed in order to facilitate osseointegration and mitigate possible adverse tissue responses, inlcuding the foreign body reaction and implant infection.
CHIESA, ROBERTO
ALTOMARE, LINA
ARC III - Scuola del Design
18-dic-2013
2013/2014
I mezzi di osteosintesi vengono utilizzati in tutto il mondo come sistemi di fissazione per le fratture delle ossa lunghe, per la correzione e la stabilizzazione di fratture e deformità della spina dorsale e per altre applicazioni ortopediche e maxillo-facciali. Il primo scopo di questi dispositivi è quello di fornire stabilizzazione meccanica, in modo da potere ottenere un perfetto allineamento dell’osso danneggiato, pur mantenendo inalterata la sua normale funzione. In questo modo gli impianti permettono di alleviare il dolore, ottenere un più normale uso dell’arto infortunato e favoriscono un più rapido ritorno alla funzionalità dello stesso. Metalli e leghe metalliche hanno una larga applicazione in ambito ortopedico ed in particolare nella realizzazione di dispositivi per osteosintesi, poichè meglio rispondono alle caratteristiche meccaniche richieste. Tra le più comuni leghe utilizzate per la realizzazione di dispositivi di osteosintesi vi sono le leghe di titanio, le leghe di cobalto e l’acciaio inossidabile AISI 316L. La necessità di ridurre i costi nella sanità pubblica ha portato alla scelta di utilizzare l’acciaio inossidabile come alternativa più economica per la realizzazione di dispositivi osteosintesici, esso però presenta delle problematiche relative alla sua corrosione in ambiente corporeo; la presenza di cloruri nel corpo umano stimola la corrosione localizzata del metallo, la quale provoca il rilascio di significative quantità di ioni ferro che provocano reazioni infiammatorie nel paziente. I dispositivi medici, sebbene possano funzionare meccanicamente in modo perfetto, possono quindi portare a complicazioni mediche date dall’insorgere di infezioni locali attorno al sito di impianto e, conseguentemente, ad ulteriori interventi chirurgici di revisione. Il sito anatomico di impianto e le caratteristiche del dispositivo impiantato, quali dimensione, forma, materiale sono variabili molto importanti; la profilassi antibiotica sistemica ha mostrato ridurre drasticamente questo tipo di infezione, nonostante ciò sono stati sviluppati sistemi alternativi di rilascio locale di antibiotici ed altri agenti antinfiammatori. I vantaggi dell’applicazione e utilizzo della tecnologia sol-gel sono stati largamente dimostrati e studiati [15]; tramite opportuna scelta dei precursori, trattamenti termici e l’aggiunta di particelle alla soluzione di partenza possono essere ottenuti rivestimenti funzionali, diversificabili a seconda delle necessità. Sono stati sviluppati, negli ultimi anni, rivestimenti biologici per dispositivi ortopedici, in grado di proteggere il metallo dalla corrosione, facilitare l’osteointegrazione del dispositivo e di mitigare possibili risposte infiammatorie e infezioni attorno al sito di impianto.
Tesi di laurea Magistrale
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