Progettazione ed ottimizzazione di un processo di polimerizzazione al plasma per la realizzazione di superfici antimicrobiche per protesi fonatorie = Design and optimization of a plasma polymerization process for the development of antimicrobial surfaces for voice prostheses

Per i soggetti laringectomizzati le protesi fonatorie sono il metodo riabilitativo con risultati clinici migliori in termini di qualità della voce e durata dell’azione fonatoria. Una delle principali cause di sostituzione delle protesi fonatorie è la rapida formazione di biofilm sulla superficie di tali dispositivi, i quali sono principalmente realizzati in polidimetilsilossano (PDMS). La pulizia costante del dispositivo o misure di profilassi hanno un’efficacia limitata e presentano effetti indesiderati. La ricerca si è perciò focalizzata sullo sviluppo di superfici antimicrobiche ottenute mediante tecniche di modifica superficiale. Obbiettivo del progetto di tesi è lo sviluppo di un rivestimento antimicrobico ottenuto mediante modifica superficiale di substrati di PDMS per il successivo aggraffaggio di un biosurfattante (BS) con proprietà antimicrobiche. Nello specifico, la modifica superficiale del PDMS si basa sulla polimerizzazione al plasma a pressione atmosferica di monomeri contenenti gruppi amminici. I gruppi amminici esposti permettono la formazione di legami covalenti con i gruppi carbossilici del BS. La prima parte del lavoro è dedicata all’ottimizzazione dei parametri di processo della polimerizzazione al plasma per ottenere un rivestimento polimerico stabile che garantisca l’esposizione di gruppi amminici. Sono stati utilizzati due diversi monomeri, ossia il 3-ammino-propiltrietossisilano (APTES) e la ciclopropilammina, per identificare il monomero maggiormente adatto per ottenere il rivestimento di interesse. Inoltre, sono stati investigati diversi parametri di processo, quali: i) tempo di trattamento, ii) distanza substrato-plasma, iii) potenza, iv) modalità continua o pulsata, e v) applicazione di un pretrattamento al plasma (plasma etching) precedente la polimerizzazione. Le caratteristiche dei rivestimenti ottenuti variando i parametri di processo sono valutate e confrontate mediante analisi dell’angolo di contatto, spettroscopia ad infrarossi a trasformata di Fourier, saggio colorimetrico (Acid Orange) e test di stabilità. I rivestimenti di APTES hanno indotto una variazione della bagnabilità superficiale del PDMS da 110° a valori compresi tra 50° - 60°. La più alta concentrazione superficiale di gruppi amminici (~106 NH2/cm2) è ottenuta dopo un pretrattamento del PDMS con plasma etching e utilizzando APTES, con valori superiori a quelli in letteratura (~105 NH2/cm2). L’utilizzo della CPA ha indotto un incremento di idrofilicità ma non ha permesso di ottenere concentrazioni di gruppi amminici rilevabili. Tuttavia, la funzionalizzazione superficiale non risulta essere stabile nel tempo in aria, per nessuno dei casi in esame, con un recupero dell’idrofobicità dopo 2 giorni. È necessaria un’ulteriore fase di ottimizzazione per garantire al rivestimento antibatterico un’azione prolungata nel tempo. Nella seconda parte si valuta l’aggraffaggio di un BS ramnolipidico (R89) sui substrati di PDMS funzionalizzati mediante due condizioni di processo precedentemente selezionate: plasma etching del PDMS (20 sec, 20W, 5mm) e polimerizzazione al plasma di APTES (60 sec, 20W, 5mm), in modalità continua o pulsata. I risultati delle caratterizzazioni confermano l’avvenuta funzionalizzazione mediante BS dei substrati, che risulta però poco stabile in condizioni fisiologiche. Sono inoltre in corso test antibatterici per la valutazione dell’attività antimicrobica di rivestimenti ottenuti.