martedì, 23 gennaio 2018

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Nanotecnologie News

Formazione & Divulgazione

Proposte di tesi

Veneto Nanotech sta cercando studenti di laurea specialistica che siano interessati a fare una tesi di ricerca:

  • in ambito medicale su sviluppo e realizzazione di scaffold ossei;
  • sui nanocompositi polimerici attivi prodotti via melt blending

Sviluppo e realizzazione di scaffold ossei

L’attività di tesi è rivolta allo sviluppo e realizzazione di scaffold, “impalcature” che hanno lo scopo di stimolare la crescita del tessuto osseo.
Uno degli obiettivi della medicina rigenerativa e dell'ingegneria dei tessuti per la rigenerazione ossea è quello di stimolare la riattivazione delle cellule osteogeniche al fine di ricreare la struttura ossea naturale.
Per favorire la rigenerazione delle cellule ossee, inseguito ad un trauma, è necessario adottare l’uso di scaffold a struttura tridimensionale, con parametri fisici che simulino la struttura minerale ossea in modo da guidare la loro crescita e stimolare le loro attività.
I biomateriali nascono con la funzione di sostituire i tessuti malati o danneggiati; oggi la ricerca si sta orientando sulla sintesi di vetri bioattivi, progettati oltre che per garantire le funzioni di supporto anche per favorire la rigenerazione e la riparazione dei tessuti viventi inducendo specifici stimoli differenziativi. I biovetri, secondo la classe di bioattività proposta da Hench, appartengono alla classe A: sono, infatti, osteoconduttivi (capacità da parte di un materiale inserito nell'osso di stimolare la crescita lungo la superficie di contatto) e, a differenza di altri materiali impiegati nell’ingegneria tissutale (come per esempio l’idrossiapatite, che rientra nella classe B essendo solo osteoconduttiva), sono anche osteoproduttivi (capacità di legarsi ai tessuti connettivi molli e duri, e si biodegradano con velocità molto simile a quella di crescita del nuovo osso).
Vetri bioattivi derivati da sintesi sol-gel, in particolare, presentano una migliorata bioattività e degradano più rapidamente rispetto a quelli melt-derived, e sono stati impiegati per produrre scaffold tridimensionali bioattivi. Idealmente, uno scaffold efficace dovrebbe essere caratterizzato da una struttura macroporosa nella quale i pori sono interconnessi e con dimensioni tali (100-500 μm) da permettere la vascolarizzazione dello scaffold stesso e simulare al meglio la struttura dell’osso. Altra caratteristica necessaria è la presenza di microporosità per favorire l’adesione delle proteine e l’attecchimento delle cellule alla struttura, permettendo il flusso dei nutrienti fino alle parti interne dello scaffold.
I criteri generali che uno scaffold dovrebbe soddisfare sono:

  • essere biocompatibile;
  • formare un legame chimico con l'osso ospitante;
  • avere una struttura con pori interconnessi per consentire la ricrescita ossea tridimensionale;
  • degradare con la stessa velocità con la quale il nuovo tessuto osseo cresce;
  • avere una superficie adatta per favorire l'attecchimento cellulare;
  • stimolare le cellule osteoprogenitrici per produrre matrice ossea;
  • presentare proprietà meccaniche simili a quelle dell'osso ospitante.

Lo svolgimento della tesi prevede la preparazione attraverso processi quali la sinterizzazione, di strutture tridimensionali che presentino un gradiente di porosità, con pori interconnessi, e caratteristiche meccaniche (in particolare la resistenza a compressione) simili a quelle dell’osso.
Parte integrante dell’attività di tesi non sarà solamente lo studio e l’individuazione dei materiali più idonei per la realizzazione dello scaffold ma anche la messa a punto dei processi di produzione. Sarà, inoltre, fondamentale la fase di caratterizzazione dei materiali realizzati che avverrà mediante utilizzo di microscopio a scansione elettronica, microanalisi EDX, microscopio a forza atomica, spettrofotometria IR, diffrazione a raggi X, etc. Verranno inoltre valutate il grado di porosità e le proprietà meccaniche dei materiali ottenuti.
Presso i laboratori Nanofab è attualmente in corso uno studio sulla preparazione di scaffold impiegando un vetro bioattivo ottenuto con tecnica sol-gel, il 70S30C, disponibile commercialmente. Il progetto include anche una fase di trattamento mediante plasma atmosferico, al fine di depositare dei gruppi funzionali che migliorino la crescita e l’adesione cellulare. È in via di definizione l’opportunità di funzionalizzare le superfici dello scaffold tramite legami di peptidi che migliori l’efficienza dell’adesione cellulare. Dato il fine ultimo di un biomateriale quale lo scaffold, è interessante valutare l'attecchimento delle cellule in vitro.

Contatto

Veronica Vascotto
email veronica.vascotto@venetonanotech.it
tel. 041 5093929

Nanocompositi polimerici attivi prodotti via melt blending

L’attività di tesi è rivolta all’incremento delle caratteristiche prestazionali di polimeri termoplastici.
Questo obiettivo è raggiungibile realizzando i cosiddetti nanocompositi polimerici, che rappresentano una nuova classe di materiali compositi ottenuti miscelando su scala nanometrica particelle inorganiche in matrici polimeriche. In virtù della dispersione ultrafine del componente inorganico nel polimero, i nanocompositi polimerici risultano sistemi ibridi organico-inorganico caratterizzati da significativi incrementi di svariate proprietà rispetto alla matrice pura (proprietà meccaniche, barriera ai gas, stabilità termica, resistenza alla fiamma…) non ottenibili con i compositi convenzionali. L’aspetto più interessante dell’utilizzo dei nanofiller è la possibilità di ridurre drasticamente la quantità di rinforzo al 5% in peso per ottenere prestazioni molto spesso superiori a quelle dei compositi tradizionali caricati con almeno il 20% in peso di rinforzo. In questo modo è possibile minimizzare gli effetti indesiderati derivanti dalle elevate quantità dei tradizionali additivi inorganici, quali aumento della viscosità della matrice, fenomeni di abrasione nelle apparecchiature, deterioramento dell’aspetto superficiale e opacità. L’incremento delle proprietà di un sistema nanocomposito è tuttavia subordinato alla possibilità di delaminare l’argilla e ottenere un’omogenea e uniforme dispersione delle singole lamelle di silicato nella matrice polimerica, secondo la struttura esfoliata o intercalata/esfoliata. Il metodo più interessante anche dal punto di vista dello scale-up industriale è il cosiddetto melt compounding, grazie al quale lavorando sull’ottimizzazione della formulazione e sui parametri di processo è possibile ottenere strutture nanocomposite intercalate/esfoliate.
Lo svolgimento della tesi prevede perciò la preparazione attraverso melt blending di diversi nanocompositi polimerici additivando con le opportune cariche polimeri portati allo stato fuso.
La caratterizzazione dei materiali avverrà mediante utilizzo di microscopio a scansione elettronica, reometro rotazionale, microscopio a forza atomica, termogravimetria, calorimetria a scansione differenziale, spettrofotometria IR, ecc. Verranno inoltre valutate la permeabilità ai gas e le caratteristiche meccaniche dei materiali ottenuti.
Presso i laboratori Nanofab è in corso attualmente uno studio sulla dispersione di idrossidi doppi lamellari (idrotalciti o argille anioniche). Si tratta praticamente dell’unico esempio di solidi lamellari con cariche positive bilanciate da anioni scambiabili accomodati nella regione interstrato. Per questo motivo le idrotalciti possono essere funzionalizzate cambiando la natura dell’anione interstrato e in questo modo è possibile introdurre nuove proprietà senza sacrificare le loro speciali caratteristiche. Inoltre è possibile utilizzare tali materiali per l’incorporazione e il rilascio controllato di specie biologicamente attive.
La dispersione in matrici polimeriche di idrotalciti opportunamente modificate con molecole attive è in grado perciò di fornire ai nanocompositi realizzati, oltre ad un incremento delle proprietà barriera, termiche e meccaniche anche delle funzioni più specifiche in base alla molecola dispersa, come per esempio funzioni antimicrobiche, antimacchia/depigmentante/schiarente, antiodore, antiossidante, cicatrizzante, detergente, eccetera.
L’attività su questi particolari nanocompositi polimerici viene svolta in sinergia con il laboratorio Ecsin di Rovigo, dove è possibile valutare la migrazione globale e la migrazione specifica del nanocomposito per la stima della compatibilità alimentare secondo la normativa vigente (Regolamento EU 10/2011), condotto in accordo con norma UNI 1186 e l’eventuale attività antimicrobica del materiale.

Contatto
Marco Scatto
email marco.scatto@venetonanotech.it
tel. 041 5093899

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