Gli ingegneri dell’Università di Bath, in collaborazione con i colleghi dell’Università dell’Ulster, hanno creato con successo un nuovo tipo di materiale composito ferroelettrico con proprietà antimicrobiche utilizzando un processo di stampa 3D multimateriale. Questo processo è stato utilizzato in precedenza per la fabbricazione di scaffold tridimensionali per l’ingegneria del tessuto osseo.
I materiali ferroelettrici elettricamente reattivi conferiscono agli impianti proprietà anti-infezione, rendendoli ideali per applicazioni biomediche, come valvole cardiache, stent e impianti ossei. Tutti gli impianti biomedici presentano un certo livello di rischio in quanto i materiali possono trasportare biocontaminanti superficiali che possono portare a infezioni. La riduzione di questo rischio potrebbe essere vantaggiosa sia per i pazienti sotto forma di migliori risultati, sia per gli operatori sanitari grazie alla riduzione dei costi sostenuti dal trattamento in corso.
L’innovazione arriva grazie alla ferroelettricità, una caratteristica di alcuni materiali polari che generano carica elettrica superficiale in risposta a un cambiamento di energia meccanica o temperatura. Nei film e negli impianti ferroelettrici, questa carica elettrica porta alla formazione di radicali liberi noti come specie reattive dell’ossigeno (ROS), che sradicano selettivamente i batteri.
Il materiale composito utilizzato per sfruttare questo fenomeno è realizzato incorporando microparticelle di titanato di zirconato di calcio e bario ferroelettrico (BCZT) in policaprolattone (PCL), un polimero biodegradabile ampiamente utilizzato nelle applicazioni biomediche. La miscela di particelle ferroelettriche e polimero viene quindi inserita in una biostampante 3D per creare una specifica forma di “impalcatura” porosa progettata per avere un’area superficiale elevata per promuovere la formazione di ROS.
I test hanno dimostrato che il composito può eliminare completamente le cellule batteriche senza intervento esterno, uccidendone il 70% in soli 15 minuti, anche quando contaminato da alte concentrazioni di batteri E. coli aggressivi.
Il dottor Hamideh Khanbareh, docente di materiali e strutture presso il Dipartimento di ingegneria meccanica di Bath, ha dichiarato: “Gli impianti biomedici in grado di combattere infezioni o batteri pericolosi come E. coli potrebbero presentare vantaggi significativi per i pazienti e per gli operatori sanitari. La nostra ricerca indica che i materiali compositi ferroelettrici che abbiamo creato hanno un grande potenziale come materiali e superfici antimicrobici. Questo è uno sviluppo potenzialmente rivoluzionario che vorremmo sviluppare ulteriormente attraverso la collaborazione con ricercatori medici o operatori sanitari”.
L’utilizzo di materiali ferroelettrici stampati in 3D potrebbe rappresentare una nuova svolta nella produzione di impianti biomedici, migliorando la sicurezza degli impianti e riducendo il rischio di infezioni per i pazienti. Grazie a questa tecnologia, potrebbe essere possibile creare nuovi materiali antimicrobici personalizzati per le specifiche esigenze dei pazienti.
Inoltre, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche in altri settori, come l’industria alimentare, dove la prevenzione delle infezioni da batteri come E. coli è un’importante preoccupazione per la salute pubblica.
In sintesi, la tecnologia di stampa 3D multimateriale utilizzata dagli ingegneri dell’Università di Bath per creare materiali compositi ferroelettrici con proprietà antimicrobiche rappresenta una nuova svolta nella produzione di impianti biomedici. Questa tecnologia ha il potenziale per migliorare la sicurezza degli impianti e ridurre il rischio di infezioni per i pazienti, aprendo nuove possibilità per la produzione di materiali personalizzati e sicuri.
