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Une mine d'idées pour optimiser l'état de surface des biomatériaux

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Marseille, le 20 mars. Le colloque organisé par le Centre d'animation régional en matériaux avancés et le réseau méditerranéen de l'ingénierie biomédicale a fait le point sur les récentes technologies de

Réaliser un produit à usage biomédical nécessite de choisir des matériaux en fonction de leurs propriétés mécaniques et de leur biocompatibilité. Mais également en fonction de leurs propriétés de surface. On peut par exemple modifier la surface d'un objet par traitement chimique ou électrochimique (comme la coloration de certains implants de titane par oxydation anodique) ou par traitement physique afin de modifier l'énergie de surface ou de pouvoir greffer de nouvelles molécules (traitement UV, plasma froid, implantation ionique...). Une autre technique consiste à déposer un autre matériau (par exemple pour améliorer la biocompatibilité du titane avec le tissus osseux).

Autant de voies possibles dont il était question lors de la réunion du 20 mars, organisée par Carma et IB Sud sur le campus de l'Esil (Ecole supérieure d'ingénieurs de Luminy).

Alain Périchaud, de la société Catalyse (Marseille, 13) présentait le traitement de surface par réticulation sous UV. 'Cette technologie utilise la radiation UV pour induire des changements chimiques et physiques à la surface des matériaux organiques (matériaux de base ou substrats) par la formation de réseaux de polymères réticulés'. Ce procédé présente plusieurs avantage : efficacité de surface, absence de relargage, durabilité, pas d'émission de COV, bas prix de revient.

En outre, cette méthode autorise la modification de la formulation pour obtenir d'autres propriétés particulières, comme une meilleure adhésion, une dureté ou une flexibilité accrue ou une résistance chimique importante. 'Les agents de greffage peuvent être soit des amorceurs (pour un greffage direct) du type peroxydes organiques ou inorganiques, soit des agents de couplage (greffage indirect) du type silanes ou organométalliques. 'Deux voies de photopolymérisation sont possibles, radicalaire ou cationique, présentant chacune des atouts en termes de rapidité de réaction, de coût d'inhibition à l'oxygène et à l'eau...'

Chez Coating Plasma Industrie (Fuveau, 13), Jocelyn Viard rappelait les atouts des traitements plasma. 'Ce type de procédé permet d'améliorer l'adhérence (de cathéters ou de films plastiques) par la création de sites d'accrochage. On peut aussi modifier les propriétés hydrophiles et hydrophobes d'une surface : par exemple pour éviter l'adhérence d'une protéine sur un substrat.'

'Un traitement plasma permet aussi d'augmenter la biocompatibilité d'une surface : notamment pour la fixation d'anticoagulants et la diminution des risques d'embolie. Augmenter la dureté et la résistance chimiques est aussi possible par un tel traitement, par exemple dans le cas de la réticulation de la surface des silicones. Dernière application : le dépôt d'une couche barrière. On peut alors améliorer la sélectivité de membranes polymères utilisées dans la purification de protéines.'

La société Coating Plasma Industrie offre une large gamme de traitements plasma appliqués à l'activation de surface d'implants intraoculaires, à la réalisation de couches barrières, à la fonctionnalisation et au traitement de films plastiques en continu. Sa station de traitement Aldyne utilise un plasma à pression atmosphérique pour le traitement de films plastiques (PP, PE, PET, PA, PVC) et métalliques (aluminium) en largeur de 2 mètres à raison de 300 m/min au maximum.

Franck Torregrosa, de Ion Beam Services (Peynier, 13), exposait les applications de l'implantation ionique pour le biomédical. 'Le principe consiste à accélérer des ions par des tensions de quelques kV à quelques centaines de kV et à les faire ' percuter ' la surface à traiter. En pénétrant dans le matériau, l'ion va perdre son énergie cinétique dans les collisions avec les électrons puis avec les noyaux des atomes'.

Ce procédé entraîne des modifications physico-chimiques : mise en compression de la surface irradiée, amorphisation, formation de verres métalliques, modification de l'énergie de surface, formation d'une couche passivante et/ou bloquant la diffusion... Le traitement permet d'améliorer certaines caractéristiques demandées par le secteur biomédical : résistance en fatigue et à la corrosion saline, hémo-compatibilité, cyto-compatibilité et action antithrombogénique).

L'un des plus récentes évolutions de cette technique est l'implantation par faisceau d'ions et l'implantation par immersion plasma ou PIII (aussi appelée PSII ou PBII), que la société Ion Beam Services (IBS) est la première en France à développer. Dans cette technique, les pièces à traiter baignent directement dans le plasma désiré. L'atout principal : alors que les implanteurs classiques sont chers et nécessitent du personnel hautement qualifié, le coût réduit des machines d'immersion plasma et leur simplicité d'utilisation peuvent en faire es machines directement utilisables dans les ateliers de fabrication mécanique. IBS pratique par ailleurs l'implantation ionique pour la fabrication de biocapteurs, notamment de puces à ADN et de labos-sur-puce.

Ces exposés techniques étaient ensuite illustrés par deux exemples concrets de traitements et revêtements pour le biomédical.

Thomas Salomon, de Coating Industries (Vaulx en Velin, 69), présentait des revêtements d'implants orthopédiques par projection plasma. Ces revêtements d'hydroxyapatite sont réalisés après décontamination de la surface métallique, une préparation par grenaillage et une projection thermique de cette biocéramique. Le revêtement doit alors être décontaminé à son tour sans altérer ses propriétés ni celles du substrat.

De son côté, Bernard Tomasi, d' Integra NeuroSciences (Sophia Antipolis, 06), développait un cas de figure significatif de non traitement de surface et de ses conséquences: la calcification des cathéters silicones implantés. L'analyse en microscopie électronique de cathéters (non traités en surface) explantés montre un état des lieux étonnant. ' Non seulement leur état initial est dégradé, mais en plus leur épaisseur initiale est parfois réduite jusqu'à 50 % après deux ans d'implantation. En outre, un dépôt blanchâtre partiellement cristallisé est apparu, dont la composition contient beaucoup de cacium et de phosphore '. Il s'agit d'hydroxyapatite, seulement cette fois sa présence n'est pas la bienvenue. Des réactions immunologiques sont en effet à craindre du fait de l'agglomération de cellules autour de l'implant (lymphocytes, macrophages). A terme, il peut même y avoir prolifération de fibroblastes (collagène) autour de l'implant.

Parmi les solutions possibles, Integra NeuroSciences propose d'imprégner le silicone par des composés inhibiteurs (contenant des ions magnésium) ou par des diphosphonates. De bons résultats auraient en effet été enregistré sur modèles animaux (implants sous cutanés chez le rat, valves cardiaques chez le mouton).

Michel Le Toullec

Sites des entreprises citées
- Carma : www.materiatech-carma.net
- IB Sud : www.ib-sud.com
- Catalyse : www.catalyse-fr.com
- Coating Plasma Industrie : www.cpi-plasma.com
- Ion Beam Services : www.ion-beam-services.fr
- Coating Industries : www.coating.fr
- Integra Neurosciences : www.integra-neuro.com

 

 

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