Modellazione del rilascio di farmaci da nanotubi in biossido di titano = Modeling of drug release from titania nanotubes

I nanotubi in biossido di titanio (TiO2) rappresentano un ambito di ricerca in rapido sviluppo negli ultimi anni. Grazie alle loro peculiari proprietà, trovano applicazione in molti campi, dalla produzione di celle fotovoltaiche alla fotocatalisi fino alla sensoristica, tuttavia il campo applicativo di maggiore interesse risulta essere quello biomedico, dove tali nanostrutture possono essere ottenute tramite processi di anodizzazione su impianti prostetici in titanio e possono essere utilizzate al fine di eluire piccole quantità di farmaco localmente ed in modo graduale. Questo lavoro di tesi si propone di studiare come diverse geometrie dei nanotubi possano influenzare il rilascio di farmaci utilizzando una combinazione di metodologie sperimentali e simulazioni numeriche. Nella prima fase sperimentale ci si è focalizzati sulla produzione di due campioni di titanio anodizzato con nanostrutture a “bamboo” e a “microcanali”, morfologie che offrono proprietà uniche per l'intrappolamento e il rilascio di farmaci. Il processo di sintesi dei nanotubi è simile e le diverse geometrie si ottengono controllando la forma d'onda della corrente applicata al sistema e il tempo di anodizzazione. Infine, l'ottenimento delle diverse geometrie è stato confermato da analisi di microscopia elettronica a scansione (FE-SEM). Successivamente, l'analisi fluidodinamica computazionale (CFD) è stata utilizzata per valutare il tempo di eluizione di un farmaco caricato all'interno dei nanotubi, in funzione delle diverse geometrie. Il modello utilizzato ha permesso di ottenere dei risultati che hanno messo in evidenza quelle che sono i diversi comportamenti per ogni tipologia di nanostruttura, evidenziando come morfologie più complesse possano garantire tempi di rilascio più lunghi e meglio distribuiti nel tempo. Infine, un'analisi di dinamica molecolare (MD) è stata condotta per studiare le interazioni tra il farmaco e la superficie in biossido di titanio. Il focus di questa fase è stato quello di comprendere come l’interazione tra principio attivo e biossido di titanio possa effettivamente influenzare la diffusione della molecola. Questa ricerca fornisce un quadro d’insieme della produzione e caratterizzazione di nanotubi di TiO2, oltre che introdurre modelli numerici che permettano di comprendere come ogni geometria possa influenzare il tempo di rilascio di un farmaco.