Come utilizzare i metalli nelle applicazioni biomediche

Introduzione

I metalli costituiscono una parte centrale dei dispositivi biomedici. La loro resistenza, durata e biocompatibilità li rendono adatti a molti usi. Passeremo in rassegna alcuni metalli comuni, ne descriveremo la struttura e le proprietà e parleremo delle applicazioni nei dispositivi biomedici.

Metalli comuni per dispositivi biomedici

Ecco una panoramica sintetica dei metalli comuni utilizzati nei dispositivi biomedici.

Struttura e proprietà del metallo

La composizione di un metallo ne definisce le prestazioni. La maggior parte dei metalli ha una struttura cristallina che ne determina la durezza, la tenacità e la resistenza alle sollecitazioni. L'acciaio inossidabile, composto da ferro, cromo e nichel, è adatto per la sua struttura a grani. Il titanio ha una struttura esagonale a pacchetti ravvicinati a temperatura ambiente e presenta resistenze allo snervamento di 780-1100 MPa, mentre le leghe di cobalto-cromo possono raggiungere oltre 1200 MPa, ideali per applicazioni sottoposte a sollecitazioni come gli impianti.

La resistenza alla corrosione è fondamentale, soprattutto all'interno del corpo. Il titanio forma un rivestimento di ossido stabile che protegge dai fluidi salini, mentre l'acciaio inossidabile si basa su un rivestimento passivo di cromo. Anche i trattamenti superficiali, come la passivazione e l'anodizzazione, migliorano la durata.

Anche la durezza è importante. Le leghe di cobalto-cromo sono durevoli, resistenti all'usura e a basso attrito, mentre il titanio è caratterizzato da un'elevata biocompatibilità e da un tasso estremamente basso di reazioni allergiche. La scelta del metallo dipende dall'equilibrio tra resistenza, stabilità e risposta dell'organismo.

Applicazioni biomediche dei metalli

I metalli svolgono funzioni importanti nei dispositivi medici temporanei e permanenti. I dispositivi ortopedici, comprese le protesi articolari e gli impianti ossei, sono prodotti con leghe di cobalto-cromo e titanio grazie alla loro resistenza e biocompatibilità. Anche gli impianti dentali sono spesso utilizzati con il titanio, che si integra naturalmente con l'osso attraverso l'osteointegrazione.

L'acciaio inossidabile e le leghe di cobalto-cromo sono utilizzate in cardiologia per gli stent e le valvole cardiache come resistenza permanente alle sollecitazioni a lungo termine. I metalli del gruppo del platino sono i più adatti per gli elettrodi di pacemaker e neurostimolatori grazie alla loro stabilità chimica.

I metalli rendono possibili anche le macchine diagnostiche: le macchine per la risonanza magnetica si basano su componenti metallici molto precisi e le pellicole metalliche sottili sono utilizzate dagli impianti su microscala per rilevare i dati. La scelta dei metalli si basa sulla struttura, sulla forza e sulla resistenza alla corrosione, e le ricerche migliorano ulteriormente le leghe per ottenere impianti ancora più sicuri e uniformi.

Conclusioni

I metalli migliori sono stati identificati per usi specifici, come l'acciaio inossidabile, il titanio, il cobalto-cromo e i metalli del gruppo del platino. La loro struttura e le loro proprietà determinano il successo dei dispositivi biomedici. Gli impianti metallici, i dispositivi dentali, le valvole cardiache e gli stent sono solo alcuni esempi.

Domande frequenti

F: Qual è il metallo migliore per gli impianti dentali?
D: Il titanio è spesso preferito per gli impianti dentali grazie alla sua resistenza e all'eccellente biocompatibilità.

F: Come fanno i metalli a resistere alla corrosione all'interno del corpo?
D: I metalli formano strati di ossido protettivo o pellicole passive che aiutano a resistere alla corrosione nei fluidi corporei.

F: Le leghe di cobalto-cromo sono affidabili per le protesi articolari?
D: Sì, le leghe di cobalto-cromo offrono un'elevata forza e resistenza all'usura, che le rende ideali per le protesi articolari.