Fonctionnalisation d'implants à base de titane pour applications endovasculaires et osseuses

Functionalisation of implants based on titanium and titanium alloys for endovascular and bone applications

• Auteur / Autrice : Anne Ochsenbein
• Direction : Michel Traisnel, Feng Chai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 10/10/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ostéo-intégration

Endothélialisation

Rugosité

Sol-gel, Procédé

Oxydes métalliques

Couches minces métalliques

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Biocompatibilité

Titane -- Alliages

Implants orthopédiques

Prothèses vasculaires

Biomatériaux

Mots clés libres

Couches minces d'oxydes métalliques

Cytocompatibilité

Hémocompatibilité

Résumé

Le titane et ses alliages constituent des biomatériaux de choix pour des applications endovasculaires (stent) et osseuses (implants orthopédiques et dentaires). Afin d'améliorer la biocompatibilité, deux moyens ont été mis en œuvre : une modification chimique surfacique (revêtement) et une structuration surfacique (rugosité). Le revêtement concerne 4 types d'oxyde (Ti02, Nb2O5, SiO2 et TiO2-SiO2) obtenus par la méthode Sol-Gel et déposés par spin-coating sur un substrat en titane. La structuration surfacique concerne l'alliage TiNb10 subissant une attaque acide. Pour un temps d'attaque croissant, la rugosité en découlant, augmente. Les films d'oxyde, présentant une bonne adhérence, ont une épaisseur proche de 100 nm. Ces derniers sont homogènes et purs. Concernant la structure, seul l'oxyde TiO2 est cristallin, tandis que les autres sont amorphes. Les oxydes TiO2 et Nb2O5 sont poreux alors que SiO2 et TiO2-SiO2 présentent une surface plane sans pores ou fissures. Par ailleurs, les films sont résistants à la corrosion. Par la suite, des tests de cytocompatibilité ont été effectués sur les oxydes, tantôt avec des cellules endothéliales, tantôt avec des ostéoblastes. Afin de favoriser l'endothélisation, on retiendra TiO2, Nb2O5 et TiO2-SiO2. L'ostéointégration est facilitée par Nb2O5 et TiO2SiO2. Par ailleurs, les oxydes sont tous hémocompatibles. Dans le cas de l'alliage TiNb10 testé uniquement pour des applications endovasculaires, l'endothélisation est favorisée pour une rugosité décroissante. Des études supplémentaires devront optimiser la rugosité afin de rivaliser avec les 3 oxydes cités ci-dessus.

Titanium and its alloys are the biomaterials of choice for endovascular (stent) and bone (orthopaedic and dental implants) applications. Two ways were studied to improve the biocompatibility: chemical surface modification (coating) and surface structuring (roughness). As to the coatings, four oxides types (TiO2, Nb2O5, SiO2 and TiO2-SiO2) were obtained using the Sol-Gel method and spin-coating on titanium substrates. The surface structuring was achieved for the alloy TiNb10 by acid etching. The roughness rises with increasing etching time. The oxide films with a thickness of about 100 nm are homogeneous and pure, and have a good adhesion. Only the oxide TiO2 is crystalline, the others are amorphous. The TiO2 and Nb2O5 oxides are porous whereas SiO2 and TiO2-SiO2 are smooth without any pores or fissures. Moreover, all the films are corrosion resistant. After that, cytocompatibility tests were done on all oxide surfaces with endothelial cells and osteoblasts with respect to their further application. The results show that the endothelisation is improved by TiO2, Nb2O5 and TiO2-SiO2 whereas the osseointegration is enhanced by Nb2O5 and TiO2-SiO2. ln the case of the alloy TiNb10 that was only studied for endovascular applications, the endothelisation is enhanced by a decreased roughness. Further studies will optimise the roughness in order to compete with the three oxide coatings mentioned above.