Ingegneria del vetro V.M. Sglavo UNITN 2012

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1 Biovetri Bioceramici! ceramici usati per riparare o ricostruire porzioni del sistema muscolo-scheletrico ammalate o danneggiate! - bioinerti (e.g. allumina, zirconia) - riassorbibili (e.g. fosfato tricalcico) - bioattivi (e.g. idrossiapatite, vetri e vetroceramiche bioattivi) - porosi (e.g. metalli rivestiti con idrossiapatite) J. Am. Ceram. Soc. 81[7], (1998)!

2 Nascita del biovetro: Prof. L. Hench, University of Florida, 1968: The human body rejects metallic and synthetic polymeric materials by forming scar tissue because living tissues are not composed of such materials. Bone contains a hydrated calcium phosphate component, hydroxyapatite [HA] and therefore if a material is able to form a HA layer in vivo it may not be rejected by the body. necessità di un materiale nuovo!

3 +6% P 2 O 5 vetro facilmente fusibile elevato tenore di CaO e un po di P 2 O 5 in matrice silico-sodica formazione di HA superficiale in vitro e in vivo bioattività idrossiapatite, HA = Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 Introduction to ceramics, W. D. Kingery, H. K. Bowen and D. R. Uhlmann, J. Wiley & Sons, 1975!

4 45S5 45 wt% SiO 2, Ca/P (mol) = 5 L. Hench, J Mater Sci: Mater Med (2006) 17: !

5 J. Am. Ceram. Soc. 81[7], (1998)!

6 osteoconduzione: limitata solubilizzazione di Si, Ca, P e Na solo impulso extracellulare all interfaccia vetro-tessuto biologico migrazione dell osso lungo l interfaccia osteoconduzione + osteostimolazione (osteoproduzione): solubilizzazione di quantità critiche di Si, Ca, P e Na impulso intracellulare extracellulare all interfaccia vetrotessuto ricrescita ossea International Journal of Applied Glass Science 1 [1] (2010)!

7 biologically active Si and Ca from glass dissolution genetic design of bioactive glass! (ionic dissolution products stimulate the genes of the cell)! L. Hench, J Eur. Ceram. Soc. (2009) 29: !

8 J. Am. Ceram. Soc. 81[7], (1998)! Ingegneria del vetro V.M. Sglavo UNITN 2012

9 Stadi della reazione di bioattività bi-strato di silice idrata / HCA sul biovetro reazioni veloci solo su materiali di classe A solo su materiali di classe A (attivazione di geni: stimolo per la proliferazione degli osteoblasti dagli ioni Ca 2+ e Si 4+ ) International Journal of Applied Glass Science 1 [1] (2010)!

10 Ingegneria del vetro V.M. Sglavo UNITN 2012 legame biovetro - collagene C HCA HCA = idrossicarbonatoapatite C = fibrille di collagene BG = strato gelatinoso a base di HCA e silice Science 295, (2002)!

11 dopo un ora dopo un anno J. Am. Ceram. Soc. 81[7], (1998)!

12 Applicazioni! Ingegneria del vetro V.M. Sglavo UNITN 2012 J. Am. Ceram. Soc. 81[7], (1998)!

13 Vetroceramiche per uso dentario! Requisiti: - durabilità chimica - resistenza meccanica - caratteristiche ottiche/estetiche Dicor (fluoromica) altre vetroceramiche International Journal of Applied Glass Science 1 [1] (2010)!

14 Sviluppo di vetroceramiche dentarie Ingegneria del vetro V.M. Sglavo UNITN 2012 International Journal of Applied Glass Science 1 [1] (2010)!

15 vetroceramiche a base di leucite (K 2 O. Al 2 O 3. 4SiO 2 ) SiO Al 2 O K 2 O Na 2 O CaO (wt%) - cristallizzazione superficiale (CeO 2, B 2 O 3, BaO, TiO 2 per promuovere nucleazione) - fusione a cera persa (versatilità di forme): a. lingotto di vetro-ceramica trattato a C b. fusione a C Glass-Ceramic Technology, W. Hoeland and G. Beall, The American Ceramic Society, 2002!

16 Ingegneria del vetro V.M. Sglavo UNITN 2012 IPS Empress Esthetics! - cristallinità = 35% (d 1-5 µm) traslucenza - CTE = x 10-6 K-1 MOR = 160 MPa KC = 1.3 MPa m0.5 Glass-Ceramic Technology, W. Hoeland and G. Beall, The American Ceramic Society, 2002!

17 vetroceramiche a base di silicato di litio - cristallizzazione per nucleazione eterogenea a C - fusione a cera persa (versatilità di forme): a. produzione di vetro e macinazione b. addizione di pigmenti e addittivi c. sinterizzazione in lingotti (800 C) d. fusione a C - cristallinità = 70% (d 1-10 µm) Li 2 Si 2 O 5 Li 3 PO 4 HF solution etched Glass-Ceramic Technology, W. Hoeland and G. Beall, The American Ceramic Society, 2002!

18 - CTE = x 10-6 K -1 - MOR = 440 MPa - K C = 3.3 MPa m 0.5 IPS Empress 2!! IPS e.max! ponte in IPS e.max rivestito con smalto di vetroceramica a base di fluoroapatite (cristalli aghiformi è traslucenza e tenacità a frattura 4.5 MPa m 0.5 ) - vista su uno specchio -