Revêtements de verres bioactifs et d'hydroxyapatite et leurs propriétés

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

biomatériaux, revêtements de surface, phosphates, matériaux composites, verres, tissus osseux, prothèses

Mots-clés

Biomatériaux - Thèses et écrits académiques,

Revêtement de surface - Thèses et écrits académiques,

Composites - Thèses et écrits académiques,

Tissu osseux - Thèses et écrits académiques,

Prothèses - Thèses et écrits académiques,

Revêtement d'hydroxyapatite - Thèses et écrits académiques

Dans les dernières décennies, la recherche biomédicale est devenue de plus en plus important. En outre, le vieillissement progressif de la population, avec leurs troubles musculosquelettiques, est le moteur du développement de matériaux innovants pour les implants osseux. Bien que la production d'implants prothétiques est aujourd'hui une pratique éprouvée et bien établie, la recherche scientifique est en constante évolution dans le but d'améliorer la fiabilité et l'efficacité des prothèses disponibles, augmentant ainsi leur espérance de vie. Le but de ce travail est la production de revêtements de nouvelle génération pour les prothèses dont l'objectif est l'augmentation de l'adhérence entre les implants prothétiques et les tissus osseux. Pour la réalisation des revêtements des matériaux bioactifs ont été pris en considération, nommément matériel spéciaux qui provoquent une réponse biologique spécifique à leur interface. Les nouveaux revêtements ont été produits avec l'hydroxyapatite et/ou du bioverre, deux matériaux bioactifs qui sont capables de se lier avec les tissus osseux. En particulier, l'hydroxyapatite est un matériau céramique dont la composition et la structure sont très semblables à ceux de la fraction minérale des os. Les bioverre sont des verres spéciaux qui sont caractérisés par une bioactivité tres élevée. Malheureusement, l'utilisation d'hydroxyapatite et bioverre dans des applications structurelles est limitée par leurs propriétés mécaniques, notamment de leur fragilité. Pour résoudre ce problème, bioverres et hydroxyapatite peuvent être appliqués comme revêtements sur des prothèses métalliques; ainsi la capacité de se lier à les tissus osseux des matériaux bioactifs est combinée à les élevées propriétés mécaniques typiques des métaux. Le procédé de production actuellement le plus utilisé pour le revêtements bioactifs est la projection au plasma. Dans cette étude une récente évolution de cette technique a été utilisée: projection au plasma de suspension. La différence entre cette nouvelle technique et la projection au plasma classique réside dans les matières premières utilisées. En fait, le nouveau procédé utilise des suspensions au lieu de poudres sèches qui permet de traiter les particules sub-micrométriques ou nanométriques et donc d'obtenir des revêtements avec une microstructure très fine et contrôlée. Dans la première partie de ce travail des bioverres ayant des compositions différentes ont été étudiés afin de choisir le plus prometteur pour la production de revêtements. Plus précisément, une étude visant à comparer leur bioactivité in vitro en a été réalisée. Après, les paramètres de dépôt pour produire des revêtements de bioverre ont été optimisés. Les revêtements ont été caractérisées d'un point de vue microstructurale et mécanique; également, des tests préliminaire in vitro ont été réalisées afin d'évaluer la réactivité des revêtements dans les liquide physiologiques. Ensuite, une couche superficiel en bioverre a été appliqué sur des revêtements traditionnels d'hydroxyapatite pour augmenter leur bioactivité. Depuis cette couche a montré la capacité de promouvoir la réactivité in vitro des revêtements, l'étude a évolué avec la réalisation de systèmes composites qui ont été produits avec bioverres et hydroxyapatite. Par conséquent, des revêtements composites bioverre/hydroxyapatite ont été produites et analysées. Trois différentes microstructures ont été produits: revêtements composites conventionnels (les phases constitutives sont réparties de façon aléatoire d'une manière uniforme); revêtements bicouches (composée d'une couche d'hydroxyapatite et d'une couche de surface en bioverre); revêtements avec un gradient de composition (dans laquelle la composition varie graduellement à partir de l'hydroxyapatite pure, en contact avec le substrat métallique, jusqu'à bioverre pur, sur la surface extérieure). L'objectif de ces systèmes est de joindre l' élevé bioactivité du bioverre avec la stabilité de l'hydroxyapatite. Les échantillons ainsi obtenus ont été caractérisés, et le revêtement à gradient a été choisi pour une optimisation ultérieure. Des nouveaux revêtements à gradient ont été produites et analysées et, en particulier, la leur microstructure et les leur propriétés mécaniques ont été analysés avant et après les tests in vitro. De cette façon, la bioactivité et aussi la stabilité des échantillons ont été évalués.