Descrizione

L’attività di ricerca si articola in una prima fase di produzione di calcio fosfati a partire da materiali di risulta (quali gusci di cozza) e nella successiva fase di consolidamento della polvere ottenuta attraverso tecniche di sinterizzazione innovative quali cold sintering e ultrafast high-temperature sintering (UHS).

Le polveri di calcio fosfati vengono prodotte a bassa temperatura via meccanosintesi (Figura 12) o sintesi assistita da microonde.

Una volta realizzata la polvere, l’obiettivo è quello di creare delle matrici a base ceramica (con la possibile aggiunta di un filler organico) per replicare la struttura ossea e verificarne il comportamento meccanico e biologico in vitro.

Le tecniche di consolidamento investigate sono la sinterizzazione a freddo (cold sintering) e UHS. Durante il cold sintering, la polvere viene dapprima mescolata con un solvente e successivamente sinterizzata applicando contemporaneamente pressione (< 600 MPa) e temperatura (< 350°C) fino alla completa evaporazione del solvente (Figura 13).

L’UHS permette invece di consolidare un prodotto ceramico in qualche secondo, introducendo il verde in un feltro di carbonio cui viene applicato un flusso di corrente elettrica.

L’attività trova collocazione all’interno delle macro attività 2, mirando alla messa a punto di nuove tecnologie per la sintesi e soprattutto al consolidamento di calcio fosfati utili nella realizzazione di scaffold utili per la rigenerazione ossea. Il lavoro ha riguardato lo studio di tecnologie quali UHS e cold sintering su differenti materiali inorganici, in particolare calcio fosfati (idrossiapatite e tricalcio fosfato) e diatomiti. Quanto realizzato finora ha evidenziato la possibilità di trasformare scarti alimentari in polvere di calcio fosfati di dimensione nanometrica, purezza superiore al 98% e con proprietà comparabili alle polveri commerciali. La sintesi meccano-chimica consente una produzione rapida, low cost e su larga scala (grammi di prodotto) rispetto ad altre tecniche di sintesi. Per quanto riguarda i processi di consolidamento, il cold sintering si è dimostrato un’ottima tecnica per ottenere manufatti ceramici a bassa temperatura ed in tempi più rapidi (< 15min) rispetto ad altri processi. È inoltre una tecnica vincente nel trattare materiali sensibili alle alte temperature, perché soggetti a trasformazioni di fase come ad esempio l’idrossiapatite.

L’UHS invece è un processo estremamente rapido che grazie alla corrente applicata permette di raggiungere temperature elevate in frazione di secondi.

In entrambi i casi, i campioni sinterizzati per cold sintering e per UHS hanno dimostrato ottime proprietà meccaniche e biologiche.