Leghe a base titanio per impianti con proprietà antibatteriche.

The increasing use of biomedical implants, such as orthopedic prostheses and dental implants, has highlighted the need to develop advanced materials capable of reducing the risk of post-operative infections. One of the main causes of implant failure is the formation of bacterial biofilms on metal surfaces, which compromise the integration of the implant with biological tissues. This thesis focuses on titanium-based alloys, widely used in the biomedical field due to their excellent mechanical strength, biocompatibility, and corrosion resistance. However, their surface can promote bacterial adhesion, making it necessary to adopt innovative strategies to enhance their antibacterial properties. The study examines various optimization technologies, including: • Advanced surface treatments, such as nano-texturization and antibacterial coatings, to limit microbial proliferation; • Integration of metallic nanoparticles (silver, copper, zinc oxide) into alloys or coatings to provide a prolonged antimicrobial effect; • Titanium dioxide (TiO₂) nanotubes, obtained through electrochemical anodization, which improve osseointegration and inhibit bacterial growth; • Bio-inspired surfaces, modeled after natural structures such as cicada wings and shark skin, that physically prevent microbial adhesion without the use of chemical agents; • Controlled release strategies for antibacterial agents, based on biodegradable materials and systems activated by external stimuli (pH, temperature, light), enabling targeted action in high-risk areas. The aim of this research is to provide a comprehensive overview of the most promising solutions in the biomedical implant sector, contributing to the development of safer, more durable materials capable of preventing infections. The integration of nanotechnology, materials engineering, and regenerative medicine paves the way for a new generation of smart implants, capable of dynamically adapting to the biological environment and improving patients’ quality of life.

Negli ultimi anni, il crescente utilizzo di impianti biomedicali, come protesi ortopediche e impianti dentali, ha evidenziato la necessità di sviluppare materiali avanzati in grado di ridurre il rischio di infezioni post-operatorie. Tra le principali cause di fallimento implantare vi è la formazione di biofilm batterici sulle superfici metalliche, che compromettono l’integrazione dell’impianto con i tessuti biologici. Questa tesi si focalizza sulle leghe a base di titanio, materiali ampiamente impiegati in campo biomedicale grazie alla loro eccellente resistenza meccanica, biocompatibilità e resistenza alla corrosione. Tuttavia, la loro superficie può favorire l’adesione batterica, rendendo necessario l’impiego di strategie innovative per migliorarne le proprietà antibatteriche. Lo studio analizza diverse tecnologie di ottimizzazione, tra cui: • Trattamenti superficiali avanzati, come la nano-texturizzazione e i rivestimenti antibatterici, per limitare la proliferazione microbica; • L’integrazione di nanoparticelle metalliche (argento, rame, ossido di zinco) nelle leghe o nei rivestimenti, per conferire un’azione antimicrobica prolungata; • Nanotubi di titanio (TiO₂) ottenuti tramite anodizzazione elettrochimica, che migliorano l’osteointegrazione e impediscono la crescita batterica; • Superfici bio-ispirate, ispirate a strutture naturali come le ali di cicala e la pelle di squalo, che ostacolano fisicamente l’adesione microbica senza l’uso di agenti chimici; • Strategie di rilascio controllato di agenti antibatterici, basate su materiali biodegradabili e sistemi attivati da stimoli esterni (pH, temperatura, luce), per un’azione mirata nelle zone a rischio. L’obiettivo della ricerca è fornire un quadro completo delle soluzioni più promettenti nel settore degli impianti biomedicali, contribuendo allo sviluppo di materiali più sicuri, durevoli e capaci di prevenire le infezioni. L’integrazione tra nanotecnologie, ingegneria dei materiali e medicina rigenerativa apre la strada a una nuova generazione di impianti intelligenti, in grado di adattarsi dinamicamente all’ambiente biologico e migliorare la qualità della vita dei pazienti.