Analisi, progettazione e convalida di una protesi vertebrale in meta-biomateriale auxetico

La presente tesi ha come obiettivo l’analisi, la progettazione e la prototipazione di biomateriali auxetici, caratterizzati da un coefficiente di Poisson negativo, finalizzati allo sviluppo di una nuova protesi vertebrale custom-made. L’impiego di strutture auxetiche rappresenta una soluzione innovativa nel campo delle applicazioni biomedicali, grazie alle loro peculiari proprietà meccaniche, che consentono una migliore adattabilità e distribuzione dei carichi rispetto ai materiali tradizionali. L’attività di tirocinio si è articolata in una prima fase di analisi del problema clinico-ingegneristico e di approfondimento dello stato dell’arte, con particolare riferimento alle protesi vertebrali esistenti e alle più recenti applicazioni dei materiali auxetici in ambito biomeccanico. Tale fase ha permesso di individuare i principali requisiti funzionali e strutturali necessari per la progettazione dell’impianto. Successivamente, è stata svolta una fase di modellazione e progettazione di strutture a coefficiente di Poisson negativo, valutandone le geometrie, i parametri progettuali e le potenziali implicazioni sul comportamento meccanico del dispositivo. Le strutture sviluppate sono state quindi integrate nel modello dell’impianto vertebrale e analizzate mediante modelli computazionali, al fine di studiarne la risposta ai carichi fisiologici e verificarne l’idoneità all’impiego clinico. Infine, sono stati realizzati alcuni prototipi delle soluzioni progettate, successivamente sottoposti a validazione sperimentale attraverso prove meccaniche, allo scopo di avere una stima qualitativa del loro comportamento. Alla fine del lavoro, si è ottenuta una protesi vertebrale caratterizzata da un’adeguata rigidezza strutturale, in linea con quelle già esistenti. Comprese le proprietà meccaniche, generalmente associate a un aumento del rischio di stress shielding, si può dire che i risultati ottenuti hanno mostrato prestazioni complessive soddisfacenti in termini di stabilità meccanica e capacità di sostenere i carichi fisiologici. La protesi ha garantito un adeguato supporto strutturale nel sito di impianto, dimostrando che, in specifici contesti clinici e progettuali, un’adeguata rigidezza può rappresentare un vantaggio per il ripristino dell’integrità vertebrale e della funzionalità biomeccanica.