Innovation dans le domaine des biomatériaux : Implants poreux en titane

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L'institut des matériaux industriels (IMI) a récemment développé un procédé de fabrication de mousses métalliques. La structure ouverte de ce type de matériau est particulièrement adaptée pour la fabrication d'implants ou de systèmes d'ancrage poreux en orthopédie et dentisterie. En fait, les propriétés et structures des matériaux obtenus sont similaires à celles des os.

Un nouveau matériau biomimétique

Les mousses métalliques développées à l'IMI présentent les caractéristiques suivantes :

• porosité élevée (70%-85%);
• perméabilité (i.e. taille de pores entre 50 et 400 µm);
• structures et propriétés similaires à celles des os.

La structure, la résistance à la corrosion, la biocompatibilité et les propriétés mécaniques de ces mousses en font un matériau de choix pour la fabrication d'implants et de systèmes d'ancrage pour des applications orthopédiques et dentaires.

Micrographie prise au MEB d'une mousse de titane fabriquée à l'IMI

Procédé de fabrication

Le procédé de fabrication de mousse métallique développé à l'IMI combine des technologies de métallurgie des poudres et des mousses polymères. Le procédé permet d'obtenir des matériaux aux structures et propriétés variées.

Le procédé permet d'élaborer soit des pièces complètement poreuses, soit des revêtements poreux sur des structures solides.

Prototypes de systèmes d'ancrage poreux pour
implants dentaires et de hanche
(inserts pour cotyle)

Une équipe de chercheurs travaille présentement à l'optimisation du procédé et sur l'évaluation de l'effet de la nature des matériaux et des conditions de mise en forme sur la structure et les propriétés des matériaux.

Propriétés et caractéristiques de matériaux

Les propriétés mécaniques des mousses de titane sont très similaires à celles des os poreux, comparativement à celles du titane solide qui est couramment utilisé en orthopédie et dentisterie(voir Tableau 1). Cette caractéristique permet un meilleur transfert de charge entre l'os et l'implant et favorise une meilleure intégration de l'implant dans l'os.

Tableau 1 : Propriétés des mousses comparées à celles des os poreux et du titane solide

L'excellente résistance à la corrosion des matériaux dans des fluides biologiques synthétiques (FBS) a été confirmée par des mesures de densité de courant de corrosion et de taux de pénétration. Les potentiels de corrosion mesurés sur ces matériaux sont en fait supérieurs à ceux mesurés sur du titane poli. La présence d'un film d'oxyde de titane, formé lors de la fabrication du matériau, est responsable de la passivité de ces mousses.

Des essais préliminaires in vitro ont montré des concentrations cellulaires similaires pour les titanes solide et poreux, après une immersion de 24h dans un médium RPMI contenant des macrophages monocytes de souris. Des observations réalisées au MEB montrent une bonne adhésion cellulaire, suggérant que le milieu n'est pas hostile à la croissance des cellules.

Micrographie MEB d'un macrophage monocyte de souris
cultivé à 37°C, 100% humidité, 5% CO2 dans un médium
RPMI (5%FBS, 1% streptomycin-penicilline)
sur une mousse de titane

L'équipe

L'expertise de l'IMI en conception de matériaux de pointe, de même qu'en modélisation et diagnostics a permis des avancements industriels importants dans différents secteurs. L'équipe responsable du développement des mousses métalliques est maintenant prête à adapter les technologies de fabrication de ces matériaux aux besoins de l'industrie biomédicale.

Vue aérienne de l'IMI à Boucherville, incluant le
Centre d'innovation en matériaux industriels

Opportunités

Des opportunités d'affaire sont présentement disponibles pour les entreprises et centres de recherche intéressés au développement et à l'utilisation des mousses métalliques de l'IMI dédiées à la fabrication d'implants poreux. L'IMI travaille conjointement avec les entreprises par l'entremise de projets de collaboration et de transfert technologique. Pour obtenir plus d'informations, nous vous invitons à communiquer avec nous.

Louis-Philippe Lefebvre Chef de projet Section Conception de matériaux de pointe Tél. : (450) 641-5031 Téléc. : (450) 641-5105 Courriel : Louis-Philippe.Lefebvre@cnrc-nrc.gc.ca
Alexandre Paris, ing. Agent de commercialisation Conception de matériaux de pointe Tél. : 450-641-7524 Téléc. : 450-641-5105 Courriel : Alexandre.Paris@cnrc-nrc.gc.ca

Information pertinente

Instituts:

• Institut des matériaux industriels du CNRC