Développement de Revêtements Radiopaques Biohydroxyapatite / Bioglass Déposés par Projection Thermique pour des Applications Biomédicales

Discipline

Matériaux

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Projection thermique, Hydroxyapatite d'origine bovine, Radiopacité, Bioverre radio-opaque, Bioactivité, HVOF, APS

Mots-clés

Biomatériaux,

Hydroxyapatite,

Revêtements

L'hydroxyapatite (HAp) et le verre bioactif (BG) 45S5 sont largement utilisés comme précurseurs des revêtements fabriqués par projection thermique pour améliorer la biocompatibilité des implants biomédicaux. Ceci, en raison de la structure similaire de l'HAp avec le tissu osseux et la haute réactivité de ce BG en milieu biologique, ce qui permet la croissance rapide du tissu osseux à sa surface. La projection combinée des deux matériaux permet d’obtenirdes revêtements hautement bioactifs et stables par rapport aux revêtements individuels. De plus, la bioactivité de l'HAp et la radio-opacité de BG45S5 peuvent être améliorées en utilisant comme matières premières des sources naturelles, telles que l'HAp issue d'os de bovins (BHAp) et en ajoutant des radiopacifiants tels que l’oxyde de bismuth (Bi2O3) à la structure du BG. Par conséquent, des revêtements combinés avec une bioactivité et une opacité accrues vis-à-vis des rayons X peuvent être obtenus pour améliorer le diagnostic non invasif par radiographie des implants biomédicaux revêtus.Cette recherche présente le développement de couches épaisses biocompatibles et opacifiées réalisées par projection thermique, flamme haute vitesse (High-Velocity Oxygen Fuel, HVOF) et plasma (Atmospheric Plasma Spray, APS). La composition chimique, la structure, la microstructure et la bioactivité des couches radio-opaques de BHAp/BG45S5+Bi2O3 obtenues sont étudiées ainsi que les propriétés des matériaux de départ. ainsi que la projection gradient du revêtement combiné. En particulier, la bioactivité de différentes architectures de revêtements (monocouches, couches à gradient de matériaux et multicouches) a été évaluée. Les résultats expérimentaux montrent que la poudre de départ de BHAp est principalement constituée d’apatite carbonée de type B avec une pureté élevée de la phase HAp. Les poudres de bioverre BG45S5 fabriquées en laboratoire présentent une composition chimique et des propriétés physiques très similaires à celles du BG45S5 commercial.Un pourcentage en poids de 1 à 20 % d’oxyde de bismuth Bi2O3 a été ajouté au verre bioactif pour modifier sa radio-opacité. Les images radiographiques des composés BG45S5 + x% Bi2O3 montrent que le bioverre avec 10% en poids d’oxyde de bismuth permet d’augmenter de 3,6 fois l’opacité du bioverre de manière homogène sans affecter de manière notable ses propriétés structurales et thermiques. En ce qui concerne les revêtements réalisés par projection thermique, la teneur en CO32- et en Mg dans la poudre de BHAp conduit à la formation de dolomite dans la phase cristalline de la surface du revêtement monocouche de BHAp réalisé par HVOF alors que celui réalisé par APS ne montre aucune phase secondaire cristalline à sa surface. Une couche d'apatite typique est mise en évidence à la surface des deux revêtements après 3 jours d'immersion dans un fluide corporel simulé (SBF), cependantle revêtement monocouche de BHAp réalisé par HVOF montre une délamination après 5 jours d'immersion. Par conséquent, la projection plasma APS a été choisie pour élaborer les revêtements monocouches de BHAp, BG45S5, BG45S5+10wt.% Bi2O3 et le revêtement à gradient de composition de BHAp/BG45S5+10wt. % Bi2O3. Le revêtement monocouche de BG45S5 + 10wt.% Bi2O3 a une microstructure et une structure amorphe similaires à celles du revêtement monocouche de BG45S5 sans Bi2O3 réalisé par projection plasma de la poudre commerciale . Cependant, une délamination et une vitesse réduite de formation de la couche d'apatite ont été observées. Le revêtement à gradient de composition de BHAp/BG45S5+10 wt. % Bi2O3 montre un taux de croissance de la couche d'apatite similaire à celui du revêtement monocouche de BG45S5+10wt. % Bi2O3. La formation d'apatite observée après 10 jours d'immersion dans un fluide corporel simulé ne présente pas de délaminage à la surface du revêtement grâce au gradient de composition du BG45S5 10 wt. % Bi2O3 combiné au BHAp.