Innovation dans le domaine des biomatériaux : Revêtements TiO2 nanostructurés par projection thermique pour applications biomédicales

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L'Institut des matériaux industriels du CNRC et la Nanyang Technology University (NTU) ont développé une technologie de pointe portant sur les revêtements TiO₂ nanostructurés ayant une forte biocompatibilité ainsi qu'un rendement et une stabilité mécaniques élevés. Cette technologie en copropriété CNRC-NTU est maintenant prête pour l'homologation à des fins d'activités de développement, de commercialisation et de marketing des nouvelles générations de revêtement.

Survol

Le dioxyde de titane (TiO₂) est un matériau non toxique et non absorbable par le corps humain. Lorsque déposé via un procédé de projection thermique dans des conditions opérationnelles appropriées, il engendre une surface nanostructurée pour produire un revêtement aux propriétés mécaniques supérieures, comparativement aux revêtements hydroxylapatites (HA) par projection thermique actuels, et présente une excellente biocompatibilité, tel que démontré par la croissance de cellules ostéoblastes. En raison des nanoparticules intégrées à leur structure, on considère que les revêtements TiO₂ représentent une nouvelle génération de revêtement pouvant améliorer le rendement des implants biomédicaux.

Microstructure du revêtement TiO₂ nanostructuré du CNRC-NTU : a) Plan à faible grossissement et b) plan à fort grossissement présentant une particule semi-fondue intégrée à la structure du revêtement.

Bénéfices potentiels

• Rendement amélioré du revêtement – une stabilité structurelle/biochimique accrue le rendant bien adapté aux implants biomédicaux durables
• Biocompatibilité – excellente croissance et prolifération ostéoblaste
• Facilité du processus – les revêtements TiO₂ nanostructurés CNRC-NTU sont produits à l'aide d'un processus de projection thermique standard (HVOF) de matière de base sur un substrat biomédical

Caractéristiques clés

Rendement mécanique amélioré

• Les particules TiO₂ semi-fondues se répandent à travers la microstructure du revêtement et font office de dispositif d'arrêt de fissuration, améliorant ainsi la résistance à la rupture du revêtement
• La résistance du liage (ASTM C633) et le nombre de dureté de Vickers sont respectivement 2,5 et 3 fois supérieurs à ceux rapportés pour les revêtements HA

a) Propagation d'une fissure Vickers (b) arrêtée après avoir passé par une particule TiO₂ nanostructurée semi-fondue intégrée à la microstructure du matériau.

Prolifération et croissance accrues

• Biocompatibilité – des analyses préliminaires par microscopie électronique à balayage (MEB) et l'activité phosphatase alcaline ont montré que les revêtements TiO₂ nanostructurés CNRC-NTU manifestent une prolifération et une croissance de cellules ostéoblastes supérieures à celles des revêtements HA par projection thermique

Cellules ostéoblastes cultivées pendant 7 jours à la surface d'un revêtement TiO₂ nanostructuré projeté par la méthode HVOF. Les cellules ostéoblastes couvrent entièrement la surface du revêtement.

Cellules ostéoblastes cultivées pendant 7 jours à la surface d'un revêtement HA projeté par plasma à l'air. Les cellules ostéoblastes couvrent partiellement la surface du revêtement.

Opportunités d'affaires

Des opportunités d'homologation sont disponibles aux compagnies s'intéressant à la mise en place d'un processus de production ou au développement des façons d'utiliser les revêtements TiO₂ nanostructurés CNRC-NTU dans des applications biomédicales. Le CNRC est à la recherche de partenaires s'intéressant au transfert de technologie. Communiquez avec nous pour de plus amples informations concernant ces opportunités.

Jean-Gabriel Legoux, Ph.D. Chef de groupe, Technologies de surfaces Tél.: (450) 641-5194 Téléc.: (450) 641-5105 Courriel: Jean-Gabriel.Legoux@cnrc-nrc.gc.ca
Alexandre Paris Agent de développement des affaires Tél.: (450) 641-7524 Téléc.: (450) 641-5105 Courriel: Alexandre.Paris@cnrc-nrc.gc.ca

Information pertinente

Instituts:

• Institut des matériaux industriels du CNRC