Vineri, 8 Mai 2009, Ora 11,00
„Développements récents dans la réalisation de couches biocéramiques et leurs caractérisations”
Hervé PELLETIER
Sef de laborator la Institutul National de Stiinte Aplicate (INSA) si conferentiar la Universitatea Louis Pasteur din Strasbourg.
Abstract
Du fait de l’augmentation de l’espérance de vie des populations le recours à l’utilisation d’éléments prothétiques ostéo-articluaires (prothèses de hanche, de genoux ou d’épaule) ou dentaires est de plus fréquent. Le recours à ces éléments prothétiques, pour rétablir soit une fonction motrice, soit une fonction de mastication, a été rendue possible grâce à deux facteurs essentiels : les développements dans le domaine de la biomécanique et les développements de nouveaux matériaux, et des procédés d’élaborations associés. Les développements dans le domaine des matériaux se sont concentrés dans la fabrication de nouveaux matériaux biocompatibles, toute classe de matériaux confondue (métaux, céramiques, polymères et composites). Ces biomatériaux peuvent se substituer à l’os et ne génèrent pas de complications particulières, associées au relargage d’éléments nocifs pour l’organisme. Cependant, malgré ces progrès incontestables, la durée de vie des éléments prothétiques reste encore limitée. La cause première de remplacement des éléments prothétiques est liée à la destruction rapide (nécrose) de l’os directement en contact avec la surface de l’implant métallique ou céramique. La nécrose survient par contacts répétés entre la prothèse et l’os, avec la fabrication de débris, conduisant à la formation d’un jeu croissant et progressivement au descellement de la prothèse. Cette nécrose peut être retardée, limitée voire même évitée par l’utilisation de matériaux biocéramiques spécifiques. Généralement, ces matériaux biocéramiques de type phosphate de calcium (hydroxypatatite, Hap) se présentent sous la forme de couches d’épaisseur variable en fonction de la surface à traiter (dimension, forme) et de l’applications visées. Cette fonctionnalisation uniquement des surfaces actives de l’implant prothétique par l’utilisation de revêtements d’hydroxyapatite doit conduire à une meilleure ostéointégration de l’implant.
Toutefois, malgré une croissance rapide de cellules osseuses et donc une bonne ostéointégration, les problèmes de descellement ne sont pas complètement résolus. En effet, bien que l’interface entre l’os et la prothèse soit renforcée par l’introduction d’une couche biofonctionnelle, des tests in vitro et in vivo ont confirmés des ruptures au niveau de l’interface entre la surface métallique initiale de la prothèse et la couche de biocéramiques déposées. Ces problèmes d’adhésions des couches biocéramiques de type phosphate de calcium sont récurrents à tous les procédés de dépôts utilisés industriellement. Cependant, ils sont d’autant plus importants dans le cas de films minces d’épaisseurs inférieures au micromètre.
Durant cette présentation, nous présenterons les principaux résultats concernant l’amélioration des propriétés physico-chimiques et mécaniques des couches d’hydroxyapatite déposées par ablation laser pulsée (PLD), par procédé de mixage ionique à haute énergie. Après avoir décrit le principe de du mixage ionique, nous décrirons le protocole expérimental mis en place, pour mettre en évidence les effets du bombardement ionique sur des surfaces rugueuses, poreuses et non homogènes. Nous présenterons les principaux résultats obtenus à l’aide des différentes techniques mises en œuvre (RBS, NRA, GIXRD, SEM, AFM, Nanoindentation et nano-rayures), en particulier les effets de la dose d’implantation.
Dans un deuxième temps, nous décrirons la morphologie et la microstructure des couches d’hydroxyapatite obtenues par voie électrolytique. Nous présenterons les effets des paramètres de dépôts (température, pH, solution, agitation) sur les propriétés de ces couches. Enfin, nous mettrons en évidence les effets de la préparation de la surface de l’alliage de titane (polissage mécanique, grenaillage, sablage) et de la présence d’une couche barrière (TiN) sur la croissance des couches d’hydroxypapatite.
