Sintesi e caratterizzazione di materiali polimerici innovativi per applicazioni biomedicali e analisi del loro impatto ambientale.

Negli ultimi sessant’anni i materiali polimerici hanno progressivamente sostituito in molte applicazioni i materiali tradizionali, come legno, vetro, acciaio e ceramica. Questo è dovuto alle loro caratteristiche uniche, che li rendono la migliore tecnologia attualmente disponibile: durabilità, processabilità, proprietà meccaniche modulabili e bassi costi. Sfortunatamente, la durabilità può risultare allo stesso tempo uno svantaggio. Infatti, approssimativamente 1 miliardo di tonnellate di plastica risultano ad oggi depositate nell’ambiente, e persisteranno per un lungo periodo. Per questa ragione, la ricerca si sta focalizzando sull’implementazione dell’efficienza dei processi di riuso e riciclo al fine vita dei prodotti, nonché nello sviluppo delle cosiddette bioplastiche, materiali polimerici che possono essere ottenuti da fonti rinnovabili (bio-based), presentare caratteristiche di biodegradabilità, o entrambe le cose. Le bioplastiche sono ampiamente utilizzate in ambito biomedicale, perché presentano buona biocompatibilità e biodegradazione in condizioni fisiologiche, evitando il bisogno di rimuovere il manufatto una volta terminato l’impiego. Infatti, possono degradare in molecole più piccole che vengono metabolizzate o escrete, senza comportare tossicità per l’organismo ospite. In particolare, i poliesteri alifatici lineari combinano queste proprietà con strategie sintetiche semplici e costi accettabili. La disponibilità di differenti monomeri impiegabili permette di ottenere un ampio numero di materiali differenti, con proprietà e caratteristiche modulate in funzione dell’utilizzo previsto. I poliesteri alifatici maggiormente studiati in questo campo sono l’acido polilattico (PLA), l’acido poliglicolico (PGA), il poli(e-caprolattone) (PCL). Allo stesso modo, negli ultimi anni anche il poli(butilene succinato) (PBS) ha ricevuto crescente attenzione dalla comunità scientifica. Inserendosi in questo contesto, questo lavoro si è focalizzato sulla sintesi di differenti poliesteri alifatici biocompatibili, basati su PBS e PLA copolimerizzati con differenti co-monomeri al fine di migliorarne le proprietà fisico-chimiche e meccaniche, nonché il profilo degradativo. E’ stata studiata una via sintetica innovativa basata sulla reazione di estensione di catena di prepolimeri idrossil-terminati a basso peso. Questa strategia permette di ottenere poli(esteri uretani) ad alto peso molecolare, con migliorate proprietà elastiche e di flessibilità. In aggiunta, è stata studiata una nuova via di sintesi per ottenere copolimeri a blocchi di PLA attraverso la reazione di apertura di anello di L-lattide, condotta, anche in questo caso, con prepolimeri idrossil-terminati. Tutti i materiali ottenuti sono stati caratterizzati attraverso lo studio delle proprietà meccaniche e di degradazione nonché la biocompatibilità, che ne hanno confermato il possibile utilizzo in campo biomedicale. Parallelamente, i materiali sono stati studiati applicando la metodologia del Life Cycle Assessment (LCA), la quale fornisce un’analisi quantitativa dell’impatto ambientale di prodotti e processi durante il loro intero ciclo di vita, permettendo di effettuare migliorie in fase di progettazione per ridurre gli impatti futuri. Sono stati condotti due studi LCA, utilizzando prevalentemente dati primari derivanti dall’attività di laboratorio: realizzazione di un costrutto tridimensionale polimerico per applicazioni in ingegneria tissutale, e studio del processo industriale per la realizzazione di blend biopolimeriche.