Coating bioattivi su zirconia per applicazioni in campo biomedicale: stato dell'arte e prospettive

I materiali bioceramici, in base alla loro capacità d’interazione con l’osso e i tessuti del corpo umano, possono essere classificati in bioinerti e bioattivi. I materiali bioinerti, una volta impiantati, formano uno strato fibroso, non aderente, all’interfaccia con l’osso. Tale strato è una forma naturale di protezione che l’organismo adotta per isolare il materiale che viene, inizialmente, percepito come estraneo. Al contrario, i materiali bioattivi, una volta impiantati, mostrano una risposta biologica immediata, creando un legame attivo con l’osso e i tessuti nel quale vengono impiantati, favorendo e velocizzando la guarigione. La zirconia è un materiale ceramico altamente biocompatibile, definito come bioinerte per la sua scarsa capacità d’integrazione con l’osso ed i tessuti dell’organismo umano. Questa sua particolarità può, nel lungo termine, comprometterne la funzione fino ad arrivare, in alcuni casi, al totale malfunzionamento dell’impianto. Negli ultimi anni, diversi studi sono stati condotti con lo scopo di aumentare la capacità di biointegrazione della zirconia ed alcuni brevetti sono stati depositati. L’obiettivo del presente lavoro è quello di condurre un’analisi bibliografica ed una ricerca brevettuale sul tema dei coating bioattivi su zirconia per impianti dentali ed ortopedici. La necessità di condurre questo studio deriva dalla crescente richiesta di utilizzo della zirconia, in particolare, nel settore dentale. La zirconia rappresenta, infatti, ad oggi, il migliore candidato per la sostituzione dei metalli negli impianti dentali. Le buone proprietà meccaniche, l’eccellente biocompatibilità e l’aspetto estetico molto simile a quello dei denti naturali, rendono questo materiale particolarmente adatto a questo genere di applicazioni. La possibilità di rendere la sua superficie bioattiva rappresenta un importante miglioramento delle prestazioni in termini di biointegrazione, durabilità, sicurezza ed affidabilità.

Idrolisi diretta di cellulosa e lignocellulosa in catalisi eterogenea

This work deals with a comparison of the catalytic behavior of several heterogeneous acid catalysts in the direct hydrolysis of an untreated softwood dust. Amongst the various catalysts investigated, some were characterized by relatively high yield to monosaccharides, such as a Zirconium phosphate and the reference Amberlyst 15. Conversely, some catalyst types, ie, Sn/W mixed oxide and Zirconia-grafted trifluoromethanesulphonic acid, were selective into glucose, since sugars derived from hemicellulose dissolution and hydrolysis were rapidly degraded. A detailed analysis of the reactivity of Zr/P/O was pursued, in the hydrolysis of both untreated and ball-milled microcrystalline cellulose; at 150°C and 3h reaction time, the catalyst gave high selectivity to glucose, with negligible formation of 5-hydroxymethylfurfural, and moderate cellulose conversion. After ball-milling of the cellulose, a remarkable increase of conversion was achieved, still with a high selectivity to glucose and very low formation of degradation compounds. The catalyst showed high affinity for β-1,4-glucans, as demonstrated by the activity in cellobiose hydrolysis into glucose.

Supported metal nanoparticles for sustainable green catalytic processes

Preformed Au nanoparticles supported on activated carbon and TiO2 were synthesised by sol-immobilisation. Polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone and polyvinyl alcohol were used as stabilisers for the gold nanoparticles at different polymer/Au wt/wt ratios for each polymer. The effect of polymer/Au wt/wt ratios was investigated on (i) the average nanoparticle size, (ii) catalytic activity for two reactions, 4-nitrophenol reduction and glucose oxidation to glucaric acid. 4-nitrophenol reduction is recognised as a model reaction for nanomaterial catalytic activity tests; glucose oxidation to glucaric acid is a reaction that is traditionally carried out with concentrated nitric acid, for which alternative reaction pathways are looked for in an effort to reduce its environmental impact. The catalysts were characterised from the nanoparticle synthesis by colloidal method by means of UV-vis spectroscopy and DLS analysis, to the immobilisation step by XRD and TEM. The effect of the polymer:Au wt/wt ratio on nanoparticle size depends on the polymer nature, and point out the need to optimise supported nanoparticle synthesis protocols in the future depending on the type of stabiliser. The catalytic tests revealed that the polymers interact with Au nanoparticles through different active sites. Activated carbon (AC) and TiO2 were compared as supports for Au nanoparticles stabilised by PVA at PVA/Au 0,65 wt/wt. AC-supported Au NPs were the most active for glucose oxidation while TiO2-stabilised Au NPs were five times more active in 4-nitrophenol reduction that AC-supported NPs. Hence support and stabiliser are important parameters that should be optimised in order to achieve high catalytic activity for a given reaction.