BIOLOY
Rivestimento PVD in TiNbN
Il rivestimento TiNbN è un rivestimento ceramico applicato mediante la tecnica PVD (Physical Vapour Deposition) su un substrato di materiale metallico, tipicamente lega di cobalto, leghe di titanio o acciai.
Il rivestimento TiNbN, denominato da Permedica “BIOLOY®“, viene utilizzato per rivestire le componenti metalliche dei sistemi di protesi di ginocchio e alcune componenti dei sistemi di protesi d’anca e di spalla realizzati da Permedica.
FUNZIONI DEL RIVESTIMENTO
È ben noto che qualsiasi materiale metallico, tranne quelli nobili, all’interno di un organismo biologico è sottoposto al processo di corrosione e quindi al rilascio di ioni metallici. Molti metalli pesanti possono scatenare nell’organismo una reazione di ipersensibilizzazione. Metalli noti come sensibilizzatori sono berillio, nichel, cobalto, cromo e, occasionalmente tantalio, titanio e vanadio. Il nichel è il più comune allergene tra i metalli, seguito dal cobalto e dal cromo.
Gli ioni metallici, pur non essendo loro stessi degli allergeni, possono attivare il sistema immunitario formando complessi con le proteine già presenti nell’organismo. Questi complessi proteici sono potenziali allergeni responsabili di innescare risposte di ipersensibilità ritardata, cellulo-mediata. Il fenomeno delle allergie fra i pazienti portatori di protesi metalliche impiantabili è in continuo aumento come è in aumento anche la sensibilità da parte della comunità ortopedica verso tale problematica. L’esigenza di tipologie di protesi “anallergiche” di conseguenza è in continuo aumento.
Il rivestimento BIOLOY® ha lo scopo di formare uno strato inerte e isolante [1,2] che faccia da interfaccia fra il paziente (ovvero i tessuti ed i liquidi) ed il metallo costituente la protesi, impedendo di conseguenza il passaggio di ioni metallici dalla protesi verso il paziente. La funzione principale è infatti quella di creare una barriera fisica tra il substrato metallico e l’ambiente organico circostante impedendo il rilascio degli ioni metallici dal substrato: ciò permette di ridurre notevolmente il rischio di scatenare o sviluppare reazioni allergiche causate dagli elementi metallici di lega del dispositivo (i.e. Ni, Co, Cr).
Il rivestimento BIOLOY® permette quindi di:
1. Poter impiantare dispositivi protesici metallici in pazienti con nota allergia ad uno o più metalli di cui sono costituite le leghe dei dispositivi;
2. Ridurre il rischio di sviluppare un’allergia in un paziente a cui sono state impiantate una o più componenti metalliche.
Il rivestimento BIOLOY®, inoltre, grazie alla sua elevata durezza e resistenza all’abrasione, migliora anche le prestazioni tribologiche delle superfici articolari delle leghe metalliche di cui sono costituite le protesi diminuendo così l’usura del polietilene.
TECNOLOGIA
La deposizione fisica da vapore o Physical Vapor Deposition (PVD) è un metodo comune per la deposizione atomica di film sottili (qualche micron) sottovuoto.
La deposizione del film sopra il substrato (il pezzo da rivestire) avviene a livello atomico o molecolare mediante una crescita atomo per atomo del film. Lo strato risultante può variare da monocristallo ad amorfo, più o meno compatto, puro o impuro, sottile o spesso.
I Physical Vapor Deposition (PVD) sono processi di deposizione atomica nei quali il materiale costituente il rivestimento viene evaporato da una sorgente solida o liquida in forma di atomi o molecole e trasportato in forma di vapore attraverso un ambiente sottovuoto o plasma fino al substrato dove si condensa. In tali processi i composti si formano attraverso una reazione chimica che avviene tra materiale che andiamo ad evaporare e l’ambiente gassoso creato in camera ad esempio con l’immissione di azoto, se si vogliono creare dei nitruri, od ossigeno, nel caso di deposizioni di ossidi.
Il rivestimento di Permedica, denominato BIOLOY®, sfrutta la tecnologia di rivestimento PVD con metodo di evaporazione ad arco catodico in vuoto per creare un rivestimento estremamente duro sottile e aderente in TiNbN (nitruro di titanio e niobio) sopra substrati metallici, tipicamente leghe di titanio, leghe di cobalto e acciai.
Il processo di rivestimento BIOLOY® viene realizzato interamente presso Permedica.
[1] Ragone, V., Canciani, E., Biffi, C.A. et al. CoCrMo alloys ions release behavior by TiNbN coating: an in vitro study. Biomed Microdevices 21, 61 (2019).
[2] Bidossi A, Bottagisio M, De Grandi R, De Vecchi E. Ability of adhesion and biofilm formation of pathogens of periprosthetic joint infections on titanium-niobium nitride (TiNbN) ceramic coatings. J Orthop Surg Res. 2020;15(1):90.
CARATTERISTICHE TECNICHE
Il rivestimento TiNbN è una copertura superficiale monostrato che esteticamente conferisce una colorazione dorata al substrato rivestito.
I requisiti che deve soddisfare il rivestimento BIOLOY® sono una durezza del rivestimento >2000 HV (Vickers), uno spessore di 3÷6 µm e un’adesione caratterizzata da nessuna delaminazione del rivestimento.
