Un polimero di silicio, non di carbonio
La cosa che conta di più sul silicone medicale viene prima di qualunque proprietà: non è una plastica organica. Tutti gli altri polimeri di uso corrente hanno per ossatura una catena di atomi di carbonio; il silicone no. La sua catena alterna silicio e ossigeno, e i gruppi organici stanno di lato, appesi agli atomi di silicio.
Da lì viene tutto il resto: la tenuta al calore, l’inerzia chimica, il comportamento sotto i raggi ultravioletti e una morbidezza che rimane tale a temperature dove una gomma organica si irrigidisce.
La catena silossanica
Il legame che si ripete si chiama silossanico ed è la sequenza silicio-ossigeno-silicio. Il rappresentante più diffuso della famiglia è il polidimetilsilossano, in cui ogni atomo di silicio porta due gruppi metilici: è la struttura di quasi tutti i siliconi che si incontrano in ambito sanitario.
Il legame fra silicio e ossigeno chiede più energia per essere rotto di quanta ne chieda il legame fra due atomi di carbonio, ed è per questo che la catena tiene dove una catena organica si spezza. La stessa geometria la rende molto mobile: gli angoli di legame lasciano ruotare la catena con facilità, il che spiega perché un silicone resti elastico anche molto sotto lo zero.
Il campo di temperatura che le fonti tecniche indicano per le gomme siliconiche va all’incirca da meno 55 a 300 °C, con formulazioni particolari che scendono ancora più giù. È una forbice che nessun elastomero organico copre.
Olio, gel ed elastomero: le forme del silicone
Sotto lo stesso nome stanno tre stati fisici, e la differenza sta nella lunghezza delle catene e in quanto sono legate fra loro.
I fluidi, chiamati anche oli siliconici, sono catene lineari non legate fra loro. Restano liquidi, con viscosità che va da quella di un olio leggero a quella di una pasta, e si impiegano come lubrificanti e come distaccanti.
I gel sono reticolati appena: c’è una rete, ma larga e cedevole, che trattiene al proprio interno una parte fluida. Ne esce un materiale molle e appiccicoso che si deforma sotto il proprio peso.
Gli elastomeri sono reticolati sul serio, quasi sempre con l’aggiunta di silice come carica rinforzante: sono le gomme siliconiche vere e proprie, con durezze che coprono all’incirca da 25 a 90 Shore A. È la forma dei tubi, delle guarnizioni, delle maschere, dei pessari, delle sonde.
Il passaggio da fluido a solido si chiama reticolazione e avviene in tre modi principali: con perossidi ad alta temperatura, per addizione con catalizzatore al platino, oppure per condensazione a temperatura ambiente sfruttando l’umidità dell’aria. La via scelta non è un dettaglio di processo, perché decide che cosa resta nel materiale a reazione finita: le vie per addizione non lasciano sottoprodotti, quelle a perossidi ne lasciano e chiedono un trattamento termico successivo per allontanarli.
Il silicone medicale in autoclave
Un ciclo a vapore a 121 o a 134 °C sta molto dentro il campo termico di un elastomero siliconico, ed è il motivo per cui il silicone è il materiale delle parti flessibili che rientrano dalla sterilizzazione: tubi, guarnizioni, cuffie, corpi di maschera.
Ciò che limita la vita del pezzo non è la temperatura ma la formulazione. Il vapore in pressione può far rigonfiare una mescola e, sui gradi non adatti, avviare una degradazione della rete: i produttori distinguono per questo dei gradi resistenti al vapore. Un secondo comportamento da conoscere è il rigonfiamento nei solventi apolari, per cui un elastomero siliconico immerso in un idrocarburo assorbe liquido e cresce di volume, salvo tornare alle misure quando il solvente evapora.
Che cosa vuol dire medicale
Qui sta l’equivoco più diffuso. Non esiste una definizione mondiale unica di silicone medicale, e nessun ente rilascia al materiale una patente valida per ogni impiego. La chimica di base di un silicone da guarnizione industriale e di uno per dispositivi può essere la stessa.
Quello che cambia è il corredo che accompagna la mescola: la scelta degli ingredienti e delle cariche, la tracciabilità del lotto, il controllo del processo e soprattutto la documentazione delle prove biologiche a cui il materiale è stato sottoposto. Nella pratica il riferimento è duplice. Da un lato la serie ISO 10993 sulla valutazione biologica dei dispositivi medici, che parte dalla citotossicità in vitro e prosegue con irritazione e sensibilizzazione. Dall’altro il capitolo 88 della farmacopea statunitense, prove di reattività biologica in vivo, la cui classe VI è la più severa e prevede iniezione sistemica, prova intracutanea e impianto a cinque giorni, con estratti preparati in quattro mezzi diversi.
Esistono poi due guide tecniche dedicate proprio a questi materiali: la ASTM F2038-18 tratta formulazioni e materiali non reticolati di elastomeri, gel e schiume siliconiche per impieghi medici, la ASTM F2042-18 ne tratta la reticolazione e la fabbricazione. Sono guide alla selezione, non certificazioni.
La conseguenza pratica è che la qualifica appartiene al dispositivo e al suo impiego, non al materiale in astratto. Quali prove servano dipende dal tipo di contatto con il corpo e da quanto quel contatto dura: un silicone qualificato per un tubo a contatto breve non è per ciò stesso qualificato per un impianto.
Silicone, silicio e silice
Tre parole vicine che indicano cose diverse. Il silicio è l’elemento chimico, un semimetallo. La silice è il suo ossido, cioè la sostanza di sabbia e quarzo, e nei siliconi compare come carica rinforzante. Il silicone è il polimero costruito sulla catena di silicio e ossigeno, e in italiano il plurale siliconi è più preciso del singolare, perché la famiglia è larga.
Due precisazioni utili in reparto. Il silicone non è lattice: un articolo dichiarato privo di lattice può essere in silicone, ma anche in molti altri materiali, e la dicitura riguarda l’assenza di gomma naturale, non la presenza di silicone. E il silicone di un sigillante da edilizia, che reticola a temperatura ambiente liberando acido acetico, è una mescola diversa da una destinata ai dispositivi, anche quando la chimica di partenza coincide.
