Invitation à la croissance osseuse - Stabilité poreuse grâce à la projection plasma sous vide

Invitation à la croissance osseuse - Stabilité poreuse grâce à la projection plasma sous vide

De nombreuses articulations artificielles sont fixées directement sur les os, sans moyens auxiliaires. Les structures poreuses sur leurs surfaces permettent une bonne croissance osseuse. La projection de plasma sous vide leur confère la forme et la stabilité requises.
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Les os humains sont soumis à un cycle de remodelage perpétuel. Les phagocytes rongent constamment les os, pendant que les ostéoblastes, produits par le corps, génèrent des cellules permettant la régénération des os. C'est pour cette raison qu'un os brisé se reconstitue relativement rapidement. Ce même mécanisme permet aux articulations artificielles d'être ancrées directement dans les os, sans nécessiter de ciment osseux.

Un ancrage solide

Lors de la guérison d'une fracture, l'os est en contact avec l'os. En revanche, dans le cas d'un implant, l'os est en contact avec un corps étranger en métal. Pour permettre une bonne croissance, il doit fournir aux trabécules une surface d'ancrage appropriée. Les trabécules sont de fins filaments formant une grille tridimensionnelle à l'intérieur de l'os. Dans l'idéal, elles fusionnent avec des pores présentant des caractéristiques similaires. Par ailleurs, ces cavités doivent être suffisamment profondes pour offrir aux trabécules une prise suffisamment solide.

En termes d'ingénierie des matériaux, cela représente un énorme défi : l'implant doit offrir une surface poreuse, tout en étant en mesure de supporter des charges énormes pendant plusieurs années. Les composants de l'implant doivent, par conséquent, être constitués d'un alliage de titane particulièrement stable. Pour créer une surface lisse, un revêtement est nécessaire pour former un lien littéralement indestructible avec le substrat. La projection de plasma sous vide (ou Vacuum Plasma Spraying, VPS) offre une solution à ce problème.

Une atmosphère gazeuse ultra pure

Lors de ce procédé, l'implant nu est placé dans une chambre sous vide. Dans un vide d'environ 0,08 mbar, tout l'oxygène atmosphérique et la vapeur d'eau contenue sont aspirés hors de la chambre, créant les conditions requises pour une atmosphère gazeuse ultra pure. La chambre est alors rincée à l'aide d'argon avant d'être de nouveau évacuée. Ensuite, le gaz de procédé est alimenté dans la chambre. Le procédé de revêtement commence lorsque la torche plasma est allumée.

Un courant fort est appliqué pour créer un arc électrique et le gaz de procédé se transforme en plasma. La poudre de pulvérisation, en général également composée de titane, est mélangée au jet de gaz. À des températures supérieures à 20 000 °C, des gouttelettes se forment et sont accélérées, comprimées et pulvérisées sur la surface de la pièce à traiter. La haute densité d'énergie déployée lors du procédé, assure une fixation extrêmement fiable. Une gestion précise du procédé permet d'influer sur la forme des structures résultantes et d'obtenir la forme de pore recherchée. L'association de pompes à vide sèches à vis COBRA à variateur de fréquence, comme pompes primaires, et de pompes boosters Puma, a prouvé son efficacité dans de grands systèmes de vaporisation de plasma sous vide.

La réponse est non. La majorité des composants des membres artificiels (endoprothèses) sont en alliage cobalt-chrome (CoCr). En raison de leur stabilité, malgré des niveaux de charge toujours changeants, ils sont la solution idéale pour une utilisation dans le corps humain. Toutefois, les cellules osseuses sont incapables de se fixer directement sur des surfaces constitués de cet alliage. Les implants en CoCr sont par conséquent fixés sur l'os, à l'aide d'une résine synthétique appelée ciment osseux.

Le titane offre un niveau de stabilité similaire à celui du CoCr, tout en offrant une meilleure interaction avec les os. Les cellules osseuses peuvent se fixer directement sur ce métal. Elles répondent de manière similaire avec le tantale. Cependant, ce matériau est bien plus rare et significativement plus cher. Il est donc rarement utilisé pour les implants. Un certain nombre de facteurs permettent de déterminer s'il est préférable de recourir à des implants cimentés ou à des implants à ancrage osseux direct. Par exemple, les hanches artificielles sont souvent posées sans ciment, contrairement aux genoux artificiels.


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