Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Copy of Généralités sur les Biomatériaux

introduction au biomatériaux
by

Fouad M'SAHAL

on 27 June 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Copy of Généralités sur les Biomatériaux

Généralités sur les Biomatériaux
1. INTRODUCTION
Les Egyptiens essayaient déjà de remplacer tout ou une partie d’organes défaillants par des substituts permettant de restaurer cette fonction: fer, cuivre, plomb, bois, plâtre,…...
Jusqu’au milieu du XXe siècle les biomatériaux étaient plutôt
constitués d’or, d’argent et de cuivre (chirurgie dentaire et orthopédique).
Après les années 50, les polyesters ont été utilisés, comme prothèses vasculaires.
Puis vinrent les plastiques résistants léger facile a manier... Cependant ils soulevèrent un sérieux problème => leur contact avec les fluides du corps favorisait la libération de substances toxiques pour l’organisme.
Dans les années 70, les chercheurs sélectionnèrent donc plastiques et métaux en fonction de leur toxicité par la notion de relargage.
Relargage
« tout biomatériau libère des ions par dissolution dans le corps humain. Ce relargage lié à un processus de dissolution augmente avec la corrosion. Si ces ions sont métalliques, ils peuvent former des complexes métalloorganiques capable d’induire des dysfonctionnements cellulaires.
Dans le cas d’une prothèse, ce processus peut aboutir à son descellement. Certains ions sont connus pour être toxique pour certains organes (le Cadmium et le Plomb sont de puissants néphrotiques)
1970: le terme biomatériaux a été reconnu, universellement, au symposium de Clemson University.

Matériaux non vivants utilisés dans un dispositif médical destiné à interagir avec les systèmes biologiques
Actuellement
libération contrôlée de médicaments
par la technique Layer by Layer ...
2. Définitions
Selon la définition du consensus de Chester (1991):

«   les biomatériaux sont des matériaux destinés à être en contact avec les tissus vivants et/ou les fluides biologiques pour évaluer, traiter, modifier les formes ou remplacer tout tissu, organe ou fonction du corps. »


La science des biomatériaux peut être définie comme l’étude et la connaissance des matériaux dans le contexte de leurs interactions avec les systèmes vivants. Un Biomatériau doit être
biocompatible
et
biofonctionnel
« propriété d’un matériau à agir avec une réponse appropriée de l’hôte dans une application spécifique ». Capacité d’un matériau à ne pas induire de réaction de rejet. Absence de réponse immunitaire ou inflammatoire (absence de toxicité),
Les biomatériaux ne sont pas biologiquement inertes:
Il n’existe pas de matériau « inerte ». Lorsqu’un matériau est inséré dans un tissu vivant, des interactions se produisent avec les systèmes biologiques complexes qui l’entourent, interactions qui ont pour résultat une réponse biologique qui peut varier en fonction du matériau, de l’hôte, et des forces et conditions auxquelles le matériau est soumis (sa fonction). Le matériau a un effet sur l’hôte, et l’hôte a un effet sur le matériau.
La biocompatibilité est un processus dynamique
La biocompatibilité est un processus dynamique qui dure dans le temps et ne peut pas être considéré comme statique.
La réponse du corps à un matériau est dynamique car le corps peut se modifier sous l’effet d’un processus pathologique ou du vieillissement, le matériau peut s’altérer par corrosion ou fatigue, et les charges supportées par le matériau peuvent varier en raison de modifications occlusales ou encore de modifications du régime alimentaire.
Les plus utilisés sont les aciers inoxydables et le titane, puisqu'ils ont une bonne résistance à la corrosion et de bonnes propriétés mécaniques, cependant on a :

- La corrosion électrochimique et la durabilité, en effet
l'inoxabilité d'un matériau n'est pas absolue, un
matériau résiste à la corrosion mais ne l'empêche pas,

- mécanismes de dégradation non électrochimiques
incluant les interactions entre les protéines et le métal,

- réactions immunitaires et d'hypersensibilité,

- adaptation des propriétés mécaniques, frottements et problèmes de débris....
La biocompatibilité est une propriété du matériau et de son environnement
C'est l'interaction d’un matériau avec son environnement.
milieu humide
Contraintes mécaniques
Composition fluctuante
Contact avec O2
donc chaque biomatériaux a son propre environnement
autre exemple:
implant en alliage titane
alliage de cobalt-chrome
ostéointégration
aucune ostéointégration
Assurer une
fonction thérapeutique

tout en respectant des
performances techniques
Fonction thérapeutique
Définition d’un cahier des charges clinique

Objectif clinique
: fonction à rétablir, espérance de vie

Dispositif thérapeutique
: implant, greffon, organe artificiel…


provisoire ou permanent…

Acte thérapeutique
: technique de mise en œuvre (chirurgie invasive…).
Performances techniques
Traduction des exigences cliniques en termes de performances techniques :

Propriétés de masse
(résistance mécanique…) et d’
interface
(rugosité, chimie…)

Stérilisation
, facilité de mise en place

Résultats
immédiat, à moyen terme (cicatrisation), à long terme (dégradation).
3. Connaissance du site receveur
Avant d’aborder les tests proprement dits d’évaluation des biomatériaux, il est indispensable de connaître le site receveur sur les plans physique, chimique, biologique en situation statique et dynamique, dans des conditions normales ou pathologiques.
sur le plan chimique
- Ions: sodium (Na+, 140 mEq/L), chlore (Cl-, 100 mEq/L)…
- Acides organiques 6 mEq/L
- pH variable (7,4).
- Pression partielle O2 est de 90 mmHg, et CO2 de 40 mmHg.
- Phénomènes enzymatiques cellulaires complexes faisant appel à des processus d’oxydation, de réduction, d’hydrolyse.
- Conditions pathologiques: L’inflammation, la nécrose, l’infection vont modifier, perturber les réactions, faire prendre des voies anaérobies, modifier le pH...
Sur le plan physique
on étudie les composants du site receveur en statique, en analysant sa composition, son organisation spatiale, cellulaire, tissulaire, anatomique, ses états de surface.
on tien également compte du caractère évolutif du système considéré. Enfin, elle doit porter sur le tissu sain et sur le tissu pathologique.
Il est indispensable de connaître un certain nombre de caractéristiques mécaniques : résistance en traction, compression, torsion, flexion ; module d’élasticité, limite élastique, résistance à la fatigue, dureté, coefficient de friction ; répartition, direction, importance des forces exercées...
4. Tests d’évaluation Des Biomatériaux
c'est l'étude du biomatériaux sous les ongles :
_
physico
chimique
et
mécanique

- la
biocompatibilité
et la
biofonctionnalité
.
caractérisation du matériau lui même
monomères
impuretés
plastifiants
résistance du produit fini à l’hydrolyse (grace au teste dans les laboratoire )
variations de pH
teste de corrosion
grace au microscope optique et électronique a balayage on peut détecter :
les tests physiques
analyse de la structure moléculaire, cristalline du produit, son poids moléculaire, sa conductivité thermique, ses propriétés électriques
Or : inoxydable => métaux nobles
Platine : inoxydable mais très rare : reste jaune / blanc très clair
Argent : oxydable suivant les sols (basique ou neutre) et reste blanc en milieu plutôt acide.
Une couche de AgO noire se forme pour protéger la pièce lorsqu'elle est en contact avec l'oxygène.
Cela peut donner un peu de bleu avec le Chlore
Nickel : très peu oxydable mais attaqué par les acides
Plomb : oxydable à (très) long terme (milieu basique ou neutre) pour donner une couche protectrice de PbO2 blanche et très peu attaquable.
Ne se corrode pas dans les sols acides (réaction très lente)
Aluminium : oxydable très facilement pour donner une couche protectrice et inattaquable d'alumine Al2O3 (blanche). L'aluminium tient très peu
en milieu acide...
Zinc : oxydable très facilement pour donner une couche protectrice de ZnO2 blanche plus ou moins poreuse (d'où corrosion). Le zinc est très facilement attaquable par les sols acides.
Cuivre : oxydable à long terme pour donner plusieurs types de couches protectrices allant du bleu (chlore) au noir en passant par le vert (malachite). Dans tous les cas, cette couche protège le métal et ne doit pas être retirée.
Le cuivre résiste très bien en sol peu acide, mais avec le temps et le pourcentage d'éléments qu'il contient, il se corrode. L'acide l'attaque malgré tout suivant sa concentration.
Pour les alliages :
Laiton = Cuivre + Zinc => Attaqué en milieu acide (c'est le zinc qui disparait, c'est pourquoi il ne faut pas nettoyer le laiton avec de l'acide, car sinon ton objet deviendra rose/orange comme le cuivre) et
la couche de protection ne formera que dans un sol neutre ou basique.
Bronze = Cuivre + Etain => Attaqué en milieu acide mais extrèmement lentement et la couche de protection du cuivre aura le temps de se former avant.
Fer : corrodable en milieu basique / neutre pour donner FeO (noir) ou Fe2O3 (rouille) ou les 2. La couche 'protectrice' est poreuse donc n'est pas protectrice => Le fer rouille.
En miliieu acide, le fer est aussi attaqué...
Les tests mécaniques (idem pour site receveur): résistance à la tension, compression, flexion, torsion, module d’élasticité, limite élastique, dureté et microdureté, coefficient de friction, initiation et propagation des microfissures, résistance à la fatigue.
Tests Précliniques
Tests in vitro
Tests in vivo
Cultures de cellules :
• Cellules non différenciées (fibreuses)
• Cellules différenciées (ostéoblastes…).
Test de cytotoxicité
Expérimentation animale :
• Choix de l’animal (rat, lapin, mouton, chien…)
• Choix du modèle expérimental (forme, taille de l’implant, site d’implantation…).
Matério-vigilance
Suivi post-opératoire


Diagnostic des échecs



Responsabilités
Chirurgien …
Fournisseur de matériel…
Récupération et conservation du matériel
Analyses, caractérisations
Expertise
Chirurgien
Fournisseur de matériel
Fabricant
Concepteur
5. Les possibilités d’utilisation des biomatériaux
Utilisation temporaire:
Matériel de suture, drains, cathéters, supports de médicaments…
Utilisation extracorporelle:
Hémodialyse, oxygénateurs, circulation extracorporelle…
Matériaux en contact prolongé avec l’organisme
Lentilles cornéennes, prothèses dentaires fixes, stérilets, matériel d’ostéosynthèse…
Matériaux destinés à l’implantation définitive
Activateurs musculaires (pace-maker…), prothèses esthétiques (mammaires, faciales…), prothèses circulatoires valves cardiaques et vaisseaux…), prothèses articulaires....
Exoprothèses
Remplacement d’un membre…
6. Les différents types de biomatériaux
on retrouve 3 origine des biomateriaux
non vivant
vivant
mixte
Biomatériaux métalliques
métaux purs
: précieux (Au, Ar, Pt)
non précieux (Ti, Ta,W, Nb)


alliages métalliques
: aciers inoxydables (316L ...)
titane (Ti-Al6-V4, Ti-Al5-Fe2,5 ...)
chrome-cobalt (avec ou sansW, Mo, Ni)


composés intermétalliques
: amalgames dentaires
Ag-Sn-Bp
Biomatériaux céramiques
céramiques «bio-inertes»
: à base d’oxydes (Al2O3, ZrO2 ...)
à base de carbures et de nitrures (Si, Ti) carbones (vitreux, pyrolytique, quasi-diamant)




céramiques «bioactives»
: à base de phosphate de calcium (HA, TCP)
à base d’autres sels de calcium (carbonates,sulfates, aluminates)
bioverres et vitrocéramiques
Biomatériaux à base de polymères de synthèse
élastomères : silicones, polyuréthanes ...
plastiques : thermodurcissables (résines réagissant avec 1 catalyseur)
thermoplastiques (PMMA, PHEMA, PVA, polyéthylène, PTFE, polysulfone, PEEK ...)qui peut être recycler
biorésorbables : PGA, PLA, polydioxanone ...
Biomatériaux composites de synthèse

Biomatériaux organo-organiques, minéralominéraux,
Organominéraux
origine animale
dérivés tissulaires allogéniques ou xénogéniques (dent, os, cartilage, collagène, fibrinogène, coquille d’oeuf, nacre, chitine, corail ...)
origine végétale
bois et dérivés (cellulose ..), squelette d’algues rouges
Biomatériaux d’origine biologique associés à des biomatériaux d’origine non vivante
7. Les propriétés des biomatériaux
Propriétés physiques
Structure moléculaire;
Structure cristalline;
Poids moléculaire;
Conductivité thermique;
Propriétés électriques.
Propriétés mécaniques
Résistance à la tension;
Résistance à la compression;
Résistance à la flexion;
Résistance à la torsion;
Résistance à la fatigue;
Module d’élasticité;
Dureté – microdureté;
Coefficient de friction.
Propriétés chimiques
Composition (impuretés);
Hydrolyse – oxydation du matériau (oxydation du Ti  couche protectrice  bonne résistance à la corrosion);
Influence de la variation du pH.
État de surface
Structure;
Potentiel de surface;
Polissage (rôle très important);
Traitement de surface.
Propriétés électrochimiques
Agression électrochimique appelée corrosion.
Certains métaux st peu corrodables (Au, Pt, Pd) à l’opposé d’autres qui st fortement attaqués (Al, Zn, Fe…).
Pour limiter les phénomènes de corrosion les métaux et alliages doivent présenter certaines qualités: homogénéité (absence d’impuretés), structure interne, taille des grains (+ elle est grande + ils st corrosifs).
Propriétés biologiques
Biocompatibilité:
Un biomatériau ne doit être ni toxique ni cancérigène. Il ne doit induire aucune réaction de rejet.
Biofonctionnalité:
Un biomatériau doit être fiable à long terme, sinon risque d’accidents graves (valves cardiaques décès).
conclusion
• Il ne suffit pas de concevoir une application biologique à un matériau pour lui attribuer le préfixe "BIO".
• Cela sous-entend la conformité à un cahier des charges précis en terme d'évaluation de risques biologiques.
• L'emploi de l'adjectif biocompatible associé à un matériau doit être évité :
– en effet, la biocompatibilité sous-entend l'adéquation à une fonction et un site donné ;
– l'évaluation des risques biologiques est adaptée à une catégorie d'utilisation.
merci pour votre attention
Réalisé par :
Filali Sadki Omar
Kaddi Nada
Encadré par Monsieur
Ben Touhami
diffraction des rayon X
Full transcript