CH618951A5 - Process for the preparation of a sintered ceramic - Google Patents

Process for the preparation of a sintered ceramic Download PDF

Info

Publication number
CH618951A5
CH618951A5 CH1005875A CH1005875A CH618951A5 CH 618951 A5 CH618951 A5 CH 618951A5 CH 1005875 A CH1005875 A CH 1005875A CH 1005875 A CH1005875 A CH 1005875A CH 618951 A5 CH618951 A5 CH 618951A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
ceramic
precipitate
hydroxylapatite
calcium
phosphate
Prior art date
Application number
CH1005875A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Jarcho
Original Assignee
Sterling Drug Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sterling Drug Inc filed Critical Sterling Drug Inc
Publication of CH618951A5 publication Critical patent/CH618951A5/fr

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/46Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00Dental prostheses; Making same
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K6/00Preparations for dentistry
    • A61K6/50Preparations specially adapted for dental root treatment
    • A61K6/54Filling; Sealing
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K6/00Preparations for dentistry
    • A61K6/70Preparations for dentistry comprising inorganic additives
    • A61K6/78Pigments
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K6/00Preparations for dentistry
    • A61K6/80Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth
    • A61K6/831Preparations for artificial teeth, for filling teeth or for capping teeth comprising non-metallic elements or compounds thereof, e.g. carbon
    • A61K6/838Phosphorus compounds, e.g. apatite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/12Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26Phosphates
    • C01B25/32Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
    • C01B25/327After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/447Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on phosphates, e.g. hydroxyapatite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2310/00Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
    • A61F2310/00005The prosthesis being constructed from a particular material
    • A61F2310/00179Ceramics or ceramic-like structures
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2310/00Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
    • A61F2310/00005The prosthesis being constructed from a particular material
    • A61F2310/00179Ceramics or ceramic-like structures
    • A61F2310/00185Ceramics or ceramic-like structures based on metal oxides
    • A61F2310/00203Ceramics or ceramic-like structures based on metal oxides containing alumina or aluminium oxide
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2310/00Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
    • A61F2310/00005The prosthesis being constructed from a particular material
    • A61F2310/00179Ceramics or ceramic-like structures
    • A61F2310/00293Ceramics or ceramic-like structures containing a phosphorus-containing compound, e.g. apatite

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Plastic & Reconstructive Surgery (AREA)
  • Dental Preparations (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Dental Prosthetics (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Description

La présente invention concerne un procédé de préparation d'une céramique frittée polycristalline en forme macroscopique, destinée en particulier à l'art dentaire et à l'orthopédie.
Une grande partie de la recherche dentaire actuelle est concentrée sur la préparation de matériaux qui peuvent être utilisés comme substituts des dents et des os, comme matériaux de réparation des dents pour les plombages (obturations) et les couronnes et comme matériaux d'obturation de prothèse pour les os. La recherche dentaire est également orientée vers la prévention de la formation de la plaque dentaire, qui est supposée responsable de la carie dentaire et de la périostite alvéolodentaire.
Les matériaux d'obturation que l'on utilise actuellement dans les compositions de réparation des dents, comme le quartz, l'alumine, les silicates, les perles de verre, etc., ne présentent guère de ressemblance chimique ou physique avec l'émail des dents. Un défaut particulier de ces matériaux réside dans l'incompatibilité des coefficients de dilatation linéaire du matériau d'obturation et de la dent, qui peut finalement conduire à des fuites marginales et à la formation de nouvelles caries. La profession dentaire désire donc depuis longtemps une composition d'obturation dentaire dont les propriétés physiques se rapprochent étroitement de celles des dents naturelles.
D'autre part, dans le domaine des matériaux de prothèse chirurgicale, qui est actuellement dominé par les alliages non corrosifs et très résistants, il existe un besoin reconnu d'un matériau qui ressemble plus étroitement aux tissus durs biologiques, car le problème du non-rejet par les tissus et de l'adhérence sur les tissus n'a pas encore été complètement résolu [Hulbert et al., «Materials Science Research», 5, 417 (1971)].
Dans les recherches orientées vers la découverte d'agents chimiothérapeutiques antiplaques efficaces, il existe un besoin pour un matériau d'essai normalisé ayant une surface qui ressemble à celle des dents, aussi bien en ce qui concerne la formation de la plaque que la substantivité des agents chimiques. Bien que des dents naturelles soient déjà utilisées à cet effet, elles ont les inconvénients d'être très variables, de ne pas toujours être disponibles en assez grand nombre, et de nécessiter un nettoyage approfondi avant usage. Par conséquent, on utilise d'autres matériaux sur lesquels la plaque dentaire s'accumule, par exemple l'hydroxylapatite en poudre, les dents acryliques, le verre et le fil métallique. S'ils sont peut-être suffisants pour l'étude de la formation de la plaque en tant que tels, ces matériaux ne présentent guère de ressemblance avec la surface des dents naturelles, et ils ne conviennent donc pas parfaitement pour la découverte d'agents antiplaques efficaces. Par exemple, on sait que les produits chimiques qui inhibent la formation de la plaque sur les dents ne le font pas nécessairement sur le verre et le fil métallique [Turesky et al., « J. Periodontology», 43, 263 (1972)]. Il existe un besoin pour un matériau peu coûteux et facilement disponible, qui soit chimiquement similaire à l'émail des dents, dur, dense et très poli.
Il a été suggéré que l'hydroxylapatite, Caio(PC>4)6(OH)2, également appelée orthophosphate de calcium basique, qui constitue la phase minérale des dents et des os, convenait aux divers usages indiqués ci-dessus et, en fait, le brevet EUA N° 2508816 révèle un procédé d'obtention de l'hydroxylapatite de l'émail des dents ainsi que son emploi en mélange avec une résine synthétique comme composition de dents artificielles. Ce procédé est long et laborieux et limité à la production d'hydroxylapatite finement divisée. De plus, le procédé dépend, bien entendu, du nombre de dents naturelles dont on dispose.
Kutty [«Indian J. Chem.», 11, 695 (1973)] a révélé des mélanges d'hydroxylapatite et de whitlockite produits par la décomposition d'hydroxylapatite en poudre à diverses températures.
Bett et al., [« J. Amer. Chem. Soc.», 89, 5535 (1967)] ont décrit la préparation d'hydroxylapatite en particules avec une stoechio-métrie Ca/P s'échelonnant de 1,67 à 1,57. Les matériaux ainsi produits contenaient de gros pores intercristallins. Il a été également signalé que, par chauffage à 1000° C, les hydroxylapatites trop pauvres en calcium subissent une transformation partielle en phase, whitlockite.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
618 951
Le brevet EUA N° 3787900 révèle un matériau de prothèse pour les os et les dents qui comprend un composé réfractaire et un composé contenant du phosphate et du calcium, la whitlockite par exemple.
Plusieurs tentatives ont été faites pour obtenir une forme macroscopique dure et résistante d'hydroxylapatite. Cependant, aucune des formes déjà connues d'hydroxylapatite ne s'est révélée totalement satisfaisante. Ainsi, Roy et Linnehan [«Nature», 247, 220 (1974)] ont décrit un procédé élaboré d'échange hydrothermique permettant de transformer en hydroxylapatite le carbonate de calcium qui forme le squelette du corail marin. Le matériau ainsi produit conservait nécessairement la grande porosité caractéristique de la structure du corail, et avait en outre une résistance à la traction relativement faible, de 21 à 33 kg/cm2 environ, ce qui constitue un sérieux inconvénient pour un matériau de prothèse.
Monroe et al. [«Journal of Dental Research», 50, 860 (1971)], ont rapporté la préparation d'un matériau céramique par frittage de tablettes comprimées d'hydroxylapatite. Le matériau ainsi produit était en fait un mélange d'hydroxylapatite et d'approximativement 30% d'a-whitlockite, qui est le phosphate tricalcique de formule Ca3(PC>4)2, sous la forme d'un réseau mosaïque ordonné de cristallites polyédriques, et semblait avoir une porosité trop grande pour pouvoir être utilisé comme matériau dentaire.
Rao et Boehm [«Journal of Dental Research», 53,1351 (1974)] ont révélé l'obtention d'une forme polycristalline d'hydroxylapatite par compression isostatique d'hydroxylapatite en poudre dans un moule, et frittage isothermique de la forme moulée. La céramique résultante était poreuse et avait une résistance maximale à la compression d'approximativement 1200 kg/cm2.
Bhaskar et al. [«Oral Surgery», 32, 336 (1971)] ont décrit l'emploi d'un matériau céramique à base de phosphate de calcium et biodégradable pour réparer les défauts des os. Ce matériau est très poreux, se résorbe du lieu d'implantation et n'a pas la résistance mécanique d'un implant métallique ou céramique non dégradable.
Conformément à la présente invention, il est fourni un procédé de préparation d'une céramique polycristalline frittée, en forme macroscopique qui consiste à faire réagir l'ion calcium avec l'ion phosphate dans un milieu aqueux et à un pH de 10 à 12, de façon à former un précipité gélatineux d'un phosphate de calcium dont le rapport molaire du calcium au phosphore est compris entre 1,44 et 1,72 à séparer ledit précipité de la solution et à chauffer ledit précipité jusqu'à une température de 1000° C au moins, mais à une température inférieure à celle à laquelle une décomposition appréciable de la céramique résultante se produit.
On obtient une nouvelle forme céramique sensiblement pure qui est dure, dense et qui présente un très bon poli. Du point de vue chimique, cette forme ressemble beaucoup à l'émail des dents. De plus, on peut préparer ce nouveau matériau d'une manière relativement simple, à partir de produits de départ peu coûteux, et on l'obtient avec une qualité uniforme, ce qui permet d'éviter la variabilité indésirable propre aux dents naturelles.
L'incorporation de la nouvelle forme céramique dans les compositions de réparation des dents fournit un matériau d'obturation dense dont le coefficient de dilatation est virtuellement identique à celui de l'émail des dents naturelles.
Le matériau d'implantation dentaire et chirurgical qui est procuré par la présente invention est dur, résistant et parfaitement biocompatible, et on peut le fabriquer sous toutes formes voulues sans faire appel à des techniques de haute pression ou autres techniques élaborées. De plus, comme on le décrira en détail ci-après, on peut conférer tout degré voulu de porosité à ce matériau, ce qui permet aux tissus de croître à son intérieur.
Comme on le verra, les caractéristiques de la nouvelle céramique frittée qui est ici décrite peuvent en faire un matériau idéal pour la fabrication de disques, de plaques, de tiges, etc., pour la mise à l'épreuve des agents antiplaques dentaire.
Une mise en œuvre du procédé permet d'obtenir un nouveau matériau céramique biphasique comprenant de l'hydroxylapatite et de la whitlockite. Comme on le décrira plus en détail ci-après, cette céramique biphasique est dure, dense, non poreuse, biocompatible, facile à fabriquer sous toutes formes voulues, et en vertu des propriétés connues de résorption de la whitlockite, est utile comme matériau d'implant chirurgical résistant et partiellement résorbable.
Bien qu'un certain degré de porosité des matériaux d'implantation chirurgicale puisse être avantageux en permettant la circulation des humeurs et la croissance des tissus en leur intérieur, cette même porosité réduit nécessairement la résistance mécanique de l'implant. La nouvelle céramique biphasique, bien qu'elle soit dense, mécaniquement résistante et pratiquement non poreuse, peut néanmoins permettre la circulation des humeurs et la croissance interne des tissus, car la phase whitlockite qu'elle contient se résorbe lentement de l'implant et est remplacée par des tissus durs biologiques naturels.
La nouvelle forme physique d'hydroxylapatite, qui se distingue de ces formes biologiques et géologiques et de toutes les autres formes synthétiques déjà connues, comme indiqué ci-après, consiste en un matériau céramique fritté, polycristallin, isotrope qui est résistant, dur, dense, blanc et translucide, et qui comprend de l'hydroxylapatite sensiblement pure dont la taille moyenne des cristallites s'échelonne approximativement entre 0,2 et 3 |i, dont la masse volumique s'échelonne approximativement entre 3,10 et 3,14 g/cm3, et qui se caractérise en outre par l'absence de pores et par un clivage le long de plans incurvés lisses. D'autre part, tel qu'il est produit ordinairement, le matériau décrit ci-dessus a une résistance à la compression qui s'échelonne approximativement entre 2500 et 8800 kg/cm2, une résistance à la traction qui s'échelonne approximativement entre 200 et 2000 kg/cm2, un coefficient de dilatation thermique linéaire qui s'échelonne approximativement entre 10 et 12 ppm par degré Celsius, une dureté Knoop qui s'échelonne approximativement entre 470 et 500, et un module d'élasticité approximativement égal à 4 x 105 kg/cm2, et il n'est pas biréfringent en lumière polarisée. L'évaluation initiale de la nouvelle céramique d'hydroxylapatite a révélé qu'il s'agissait d'une céramique translucide, résistante, dure, dense, blanche, comprenant de l'hydroxylapatite microcristalline sensiblement pure, formant un réseau isotrope aléatoire et ayant une résistance à la compression qui s'échelonne approximativement entre 2500 et 5300 kg/cm2, une résistance à la traction qui s'échelonne approximativement entre 200 et 3500 kg/cm2, un coefficient de dilatation thermique linéaire qui s'échelonne approximativement entre 10 et 12 ppm par degré Celsius, une dureté Knoop qui s'échelonne approximativement entre 470 et 500, et un module d'élasticité approximativement égal à 4 x 10s kg/cm2, et caractérisée par un clivage le long de plans incurvés lisses, et par l'absence de biréfringence en lumière polarisée.
Le terme dense, tel qu'il est utilisé ici, désigne une disposition très compacte de particules ne laissant pratiquement pas entre elles d'espaces vides ou d'intervalles non occupés.
A la différence de la forme d'hydroxylapatite qui est décrite ci-dessus, l'hydroxylapatite géologique et l'hydroxylapatite synthétique, qui sont préparées par un procédé hydrothermique, sont macrocristallines, se scindent le long de plans plats et sont biréfringentes. L'hydroxylapatite biologique se distingue en ce qu'elle contient généralement des quantités importantes d'ion carbonate dans le réseau d'apatite et, dans son état le plus pur, c'est-à-dire dans l'émail des dents, en ce qu'elle est disposée de manière anisotrope en tiges rayonnantes spiralées, si bien qu'elle se scinde suivant des lignes droites le long de l'interface de ces tiges d'émail et qu'elle a une résistance à la traction relativement faible, qui est de 100 kg/cm2.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
618 951
Outre les propriétés décrites ci-dessus de la nouvelle forme céramique d'hydroxylapatite, ce matériau est également parfaitement biocompatible et, par conséquent, éminemment approprié comme matériau de prothèse dentaire et chirurgicale. Ainsi, la céramique peut être moulée ou usinée en couronnes dentaires, dents artificielles, prothèses osseuses et articulaires, canules, dispositifs d'ancrage de membres artificiels qui peuvent être fixés sur les os et faire saillie à travers la peau, et surfaces d'essai pour l'étude de la plaque dentaire, de la formation des caries, de l'arthrite, et autres maladies qui peuvent affecter les dents et les os. Convenablement broyée, la nouvelle céramique de cette invention peut servir d'os à texture réticulée de synthèse pour réparer les défauts des os, comme abrasif, et, en association avec des résines normales, comme composition de réparation des dents, comme décrit ci-dessous.
Pour l'utiliser comme surface d'essai en vue de l'évaluation des agents qui inhibent la plaque dentaire, on peut fabriquer la nouvelle céramique sous forme de corps ayant toutes dimensions et toutes formes appropriées, formes et dimensions étant de préférence telles que l'on puisse facilement introduire le corps dans un tube à essai normal. On y parvient commodément en découpant ou en usinant à la dimension appropriée de gros morceaux, en forme de plaque, de gâteau de filtration séché, puis en frittant. On polit soigneusement les produits frittés en utilisant des techniques normales de meulage lapidaire, et on utilise ensuite les corps résultants comme substrats pour évaluer les agents inhibiteurs de la plaque dentaire selon les modes opératoires décrits par Turesky et al. (supra). Après usage, on repolit simplement les corps céramiques pour disposer d'une nouvelle surface d'essai.
Telle qu'elle est ordinairement produite, la céramique préparée selon cette invention n'est pas seulement dense mais aussi non poreuse, et si un matériau non poreux est essentiel pour les applications dentaires, un certain degré de porosité des dispositifs d'implantation peut être avantageux en permettant la circulation des humeurs et la croissance interne des tissus. On peut conférer un degré variable de porosité à la céramique obtenue selon l'invention, d'une manière similaire à celle qui est décrite par Monroe et al. (supra). Ainsi, on mélange au précipité gélatineux d'hydroxylapatite des substances organiques comme l'amidon, la cellulose, le coton ou le collagène, en quantités s'échelonnant de 5 à 25% en poids. Pendant le processus de frittage ultérieur, on brûle ces substances organiques, ce qui donne naissance à des trous et des canaux dans le produit céramique qui, sinon, ne serait pas poreux. Ou bien on peut obtenir la porosité mécaniquement en perçant ou en usinant des trous et des ouvertures dans la céramique non poreuse.
De cette manière, on peut rendre poreuse au point d'implantation une dent artificielle composée de la céramique qui vient d'être décrite, tandis que la surface exposée de la dent demeure non poreuse. On peut procéder à l'implantation comme rapporté par Hodosh et al., «Journal of the American Dental Association», 70, 362 (1965). Ou bien on peut associer la céramique obtenue selon l'invention à un liant polymérisable ou polymérisé, comme décrit ci-dessous, et utiliser la composition résultante comme revêtement d'implants métalliques comme décrit dans le brevet EUÀ N° 3609867, délivré le 5 octobre 1971.
Comme mentionné ci-dessus, on peut obtenir un produit céramique fritté, polycristallin, isotrope, qui est résistant, dur, dense et blanc, et qui comprend comme première phase de 14 à 98% en poids d'hydroxylapatite, et comme seconde phase de 2 à 86% en poids de whitlockite, et qui se caractérise par l'absence de pores et par un clivage le long de plans incurvés lisses.
La whitlockite, également appelée phosphate tricalcique, est un minéral de formule chimique Ca3<P04)2 et qui peut exister sous la forme d'une phase cristalline a ou d'une phase cristalline ß. Le terme whitlockite tel qu'il est utilisé ici désigne soit la phase a, soit la phase ß, soit encore un mélange de ces deux phases.
La nouvelle céramique biphasique demeure un matériau polycristallin poreux quelles que soient les concentrations relatives d'hydroxylapatite et de whitlockite qu'elle contient. On se rendra compte cependant que l'hydroxylapatite et la whitlockite ont des propriétés physiques différentes, et donc que les propriétés physiques, par exemple la masse volumique et les propriétés optiques de la céramique biphasique, dépendront des proportions relatives d'hydroxylapatite et de whitlockite qu'elle contient. Par exemple, la masse volumique théorique de la whitlockite est plus petite que celle de l'hydroxylapatite et, par conséquent, la masse volumique observée d'un échantillon de céramique biphasique contenant environ 40% d'hydroxylapatite et 60% de whitlockite est de 2,98 g/cm3, contre une masse volumique de 3,10 g/cm3 pour un échantillon d'hydroxylapatite pure.
La céramique biphasique décrite ci-dessus est également biocompatible et convient donc comme matériau de prothèse chirurgicale. Ainsi, on peut mouler ou usiner ce matériau sous forme de prothèses osseuses et articulaires, ou bien sous toutes formes convenables pour l'obturation d'un vide ou d'un défaut dans un os. La whitlockite qui est contenue dans une prothèse fabriquée à partir de cette céramique biphasique finira par se résorber et par être remplacée par la croissance interne des tissus durs biologiques naturels. Bien entendu, l'importance de la croissance interne des tissus dépendra de la proportion de whitlockite résorbable contenue dans la céramique.
Telle qu'elle est ordinairement produite, la nouvelle céramique biphasique n'est pas poreuse. On peut cependant conférer éventuellement un degré variable de porosité à la céramique, comme décrit ci-dessus, pour la nouvelle forme céramique de l'hydroxylapatite.
On peut également rendre la céramique biphasique résistante aux acides en la fluorurant, comme décrit ci-dessous pour l'hydroxylapatite céramique.
On peut préparer la nouvelle forme céramique d'hydroxylapatite qui est décrite ci-dessus en faisant précipiter, dans un milieu aqueux à un pH de 10 à 12, de l'hydroxylapatite dont le rapport molaire du calcium au phosphore est compris entre 1,62 et 1,72, en séparant l'hydroxylapatite précipitée de la solution, et en chauffant l'hydroxylapatite ainsi obtenue à une température et pendant un temps suffisants pour provoquer le frittage et une densification maximale de ladite hydroxylapatite pratiquement sans la décomposer.
Ainsi, on fait précipiter l'hydroxylapatite dans un milieu aqueux en faisant réagir l'ion calcium avec l'ion phosphate à un pH de 10 à 12. Tous les composés contenant du calcium ou du phosphate qui donnent des ions calcium et des ions phosphate en milieu aqueux conviennent, à condition que les ions qui sont respectivement combinés avec les ions calcium et les ions phosphate dans lesdits composés se séparent facilement de l'hydroxylapatite produite, ne s'incorporent pas eux-mêmes au réseau d'hydroxylapatite, ou ne gênent pas d'une autre manière la précipitation ou l'isolement de l'hydroxylapatite sensiblement pure. Les composés qui donnent l'ion calcium sont, par exemple, le nitrate de calcium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de calcium et les composés similaires. L'ion phosphate peut être fourni par le phosphate acide de diammonium, le phosphate d'ammonium, l'acide phosphorique et les composés similaires. Dans le présent procédé, le nitrate de calcium et le phosphate acide de diammonium sont respectivement les sources préférées d'ions calcium et d'ions phosphate.
On peut procéder commodément à la préparation de la nouvelle forme d'hydroxylapatite de la façon suivante. D'abord, on fait interagir du nitrate de calcium et du phosphate acide de diammonium dans un rapport molaire de 1,67 à 1, en solution aqueuse à un pH de 10 à 12, de façon à former un précipité gélatineux d'hydroxylapatite. Le mode opératoire décrit par Hayek et al., «Inorganic Syntheses», 7, 63 (1963) est satisfaisant pour cela. On laisse alors la suspension gélatineuse d'hydroxyl-
4
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
apatite ainsi obtenue rester en contact avec la solution d'origine, pendant un temps suffisant pour permettre au rapport calcium/phosphore de l'hydroxylapatite en suspension d'atteindre une valeur de 1,62 à 1,72. On y parvient commodément, soit en agitant la suspension à la température ambiante pendant au moins 24 h, ou bien en faisant bouillir la suspension pendant 10 à 90 mn, ou bien en faisant d'abord bouillir, puis en laissant reposer à la température ambiante. De préférence, on fait bouillir la suspension pendant 10 mn, puis on la laisse reposer à la température ambiante pendant 15 à 20 h. On sépare alors l'hydroxylapatite de la solution par des moyens convenables, par exemple par centrifugation et filtration sous vide. Le produit gélatineux ainsi recueilli contient une forte proportion d'eau emprisonnée, dont on peut éliminer la majeure partie par essorage. Si on le désire, on peut découper ou façonner sous une forme appropriée le matériau humide résultant, ressemblant à de l'argile, ou bien on peut le couler dans un moule convenable. Il faut noter qu'il se produit ordinairement un retrait d'approximativement 25%
quand on sèche l'hydroxylapatite humide, et qu'un nouveau retrait de 25% environ se produit pendant le frittage décrit ci-après. Il faut, bien entendu, prendre cela en considération lorsqu'on façonne ou l'on moule le matériau. On peut chauffer lentement le produit humide jusqu'à la température de frittage de 1000 à 1250° C, température à laquelle toute l'eau restante aura été chassée. Le maintien de la température à 1000-1250°C pendant approximativement 20 mn à 3 h provoque alors le frittage et une densification maximale du produit. D'ordinaire, il est préférable d'isoler le produit sec avant de le fritter. Ainsi, on peut sécher le produit humide à 90 à 900° C pendant 3 à 24 h, ou bien jusqu'à ce qu'il ne contienne plus que 0 à 2% d'eau. Il est généralement préférable d'utiliser des conditions de séchage de 90 à 95° C pendant environ 15 h, ou bien jusqu'à ce que la teneur en eau ait été ramenée à 1 à 2%. L'hydroxylapatite obtenue de cette façon est cassante et poreuse, mais elle a une résistance mécanique considérable. Il peut se produire au séchage une certaine fragmentation ou fissuration du matériau qui ressemble à l'argile, surtout si on utilise un gâteau de filtration épais. Il est cependant facile d'obtenir des morceaux ayant une surface de 100 cm2 et une épaisseur de 3 mm. On peut réduire au minimum ou même empêcher la fragmentation ou la fissuration pendant le séchage, en ajoutant à la suspension d'hydroxylapatite fraîchement précipitée 0,4 à 0,6% en poids d'un liant organique comme le collagène, la cellulose en poudre ou le coton, de préférence environ 0,5% de collagène. Le liant organique se volatilise pendant le frittage ultérieur, et les caractéristiques physiques du produit céramique apparaissent pratiquement inchangées par rapport à celles du produit obtenu en l'absence d'un tel liant. Bien entendu, l'emploi de quantités beaucoup plus grandes de liant organique permet d'obtenir un produit céramique poreux comme décrit ci-dessus. On peut également utiliser d'autres liants organiques et minéraux classiques et bien connus dans l'art céramique.
Il est habituellement commode, à ce stade, de découper ou façonner encore l'hydroxylapatite sèche pour lui donner en gros la forme voulue pour le produit final, en prenant en compte le retrait mentionné ci-dessus qui se produit au frittage.
Les corps d'hydroxylapatite, avant le frittage, doivent être uniformes et exempts de défauts. La présence de craquelures ou de fissures peut provoquer la cassure des morceaux pendant le processus de frittage. Normalement, on fritte alors les produits à 1050-1250° C pendant 20 mn à 3 h, les températures et les temps étant en raison inverse l'un de l'autre. Le frittage est, de préférence, effectué à 1100-1200° C pendant 0,5 à 1 h. On peut ensuite polir ou usiner par des techniques classiques les corps céramiques denses et durs ainsi obtenus.
Il est crucial, dans le procédé précédent, de préparer l'hydroxylapatite sous la forme d'un précipité gélatineux à partir d'une solution aqueuse, car c'est uniquement dans cet état gélatineux de cohésion que l'hydroxylapatite peut être façonnée ou
618 951
moulée puis séchée et frittée en donnant une forme macroscopique de céramique. L'hydroxylapatite particulaire ou granulaire sèche ne peut être reconstituée dans cet état gélatineux de cohésion. Si, par exemple, on met l'hydroxylapatite en poudre en suspension dans de l'eau et si on la filtre, on obtient un gâteau de filtration particulaire et sans cohésion qui sèche et s'émiette simplement et ne peut être façonné, moulé ou transformé en une forme macroscopique de la céramique. D'autre part, bien qu'on puisse comprimer mécaniquement l'hydroxylapatite en poudre pour former un corps modelé, par exemple une tablette, quand on la fritte selon le procédé de cette invention, le produit obtenu est très poreux, et ne se scinde pas suivant des plans lisses, mais se désagrège simplement en morceaux grossiers.
Bien que la formation d'hydroxylapatite en milieu aqueux soit un processus complexe et incomplètement élucidé, on pense généralement que les ions calcium et les ions phosphate se combinent initialement en formant une hydroxylapatite pauvre en calcium, dont le rapport calcium/phosphore est égal à 1,5 environ. En présence d'ions calcium, cette espèce subit alors une lente transformation en hydroxylapatite ayant un rapport calcium/phosphore de 1,67. [Eanes et al., «Nature», 208, 365 (1965), et Bett et al., «J. Amer. Chem. Soc.», 89, 5535 (1967)]. Ainsi, afin d'obtenir une céramique comprenant de l'hydroxylapatite sensiblement pure, il est impératif, dans le procédé de cette invention, de laisser le précipité gélatineux initial d'hydroxylapatite rester en contact avec la solution d'origine pendant un temps suffisant pour permettre à son rapport calcium/phosphore d'atteindre une valeur de 1,62 à 1,72. Si l'on s'écarte beaucoup de cet intervalle, on obtient un produit céramique moins translucide. Par exemple, si on fait précipiter l'hydroxylapatite à la température ambiante et si on la recueille dans les 2 h qui suivent la précipitation, on constate que son rapport calcium/phosphore est égal à 1,55-1,57, et que la céramique que l'on en obtient finalement est opaque et se révèle, par diffraction des rayons X, être un mélange comprenant de l'hydroxylapatite et de la whitlockite. En fait, comme décrit plus en détail ci-dessous, un matériau dont le rapport calcium/phosphore est égal à 1,44-1,60 est utile pour la préparation de la céramique biphasique décrite plus haut. Ainsi, bien que le procédé de l'invention procure une céramique translucide comprenant de l'hydroxylapatite sensiblement pure, eu égard au mode de formation incomplètement élucidé de l'hydroxylapatite en milieu aqueux, on peut avoir intérêt à contrôler la formation de l'hydroxylapatite afin de s'assurer que la stoechiométrie calcium/phosphore voulue a été obtenue et que le produit, une fois fritté, comprendra de l'hydroxylapatite sensiblement pure. On y parvient commodément en prélevant une fraction de la suspension d'hydroxylapatite, en séparant le produit, en séchant et en frittant comme décrit plus haut et en faisant subir à la céramique ainsi produite une analyse élémentaire et une analyse aux rayons X.
La température du frittage est également cruciale pour le procédé de l'invention. Ainsi, on peut transformer l'hydroxylapatite non frittée ayant le rapport voulu calcium/phosphore de 1,32-1,72, en la céramique de cette invention, en la chauffant à une température d'au moins environ 1000° C. A la température de 1000° C, le frittage complet et la densification maximale peuvent demander 2 à 3 h, tandis qu'à 1200°C, le procédé peut se terminer en 20 à 30 mn. Il est préférable d'effectuer le frittage à une température d'approximativement 1100°C pendant 1 h environ. Une température sensiblement inférieure à 1000°C ne donnera qu'un frittage incomplet quelle que soit la durée du chauffage, tandis qu'un chauffage au-delà de 1250°C pendant plus de 1 h provoquera une décomposition partielle de l'hydroxylapatite en whitlockite.
On peut préparer la céramique biphasique décrite ci-dessus, comprenant une première phase d'hydroxylapatite et une seconde phase de whitlockite, en faisant précipiter, dans une solution aqueuse à un pH de 10 à 12, un composé du phosphate de cal-
5
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
618 951
6
cium dont le rapport molaire du calcium au phosphore est approximativement compris entre 1,44 et 1,60, de préférence entre 1,46 et 1,57, en séparant le précipité de la solution, et en chauffant le solide ainsi obtenu à une température et pendant un temps suffisants pour provoquer son frittage et sa densification maximale.
On obtient le composé de phosphate de calcium ayant la stoechiométrie requise, à savoir Ca/P= 1,44-1,60, en faisant interagir l'ion calcium et l'ion phosphate en milieu aqueux à un pH de 10-12, en utilisant les mêmes sources d'ions calcium et d'ions phosphate que celles décrites plus haut pour la préparation de l'hydroxylapatite à une seule phase. Le nitrate de calcium et le phosphate acide de diammonium sont les réactifs préférés.
Ainsi, on peut préparer la céramique biphasique en faisant interagir du nitrate de calcium et du phosphate acide de diammonium dans un rapport molaire de 1,67 à 1, c'est-à-dire comme décrit plus haut pour la préparation de l'hydroxylapatite céramique à une seule phase, à condition de ne pas chauffer le précipité gélatineux initial et de le laisser demeurer en contact avec la solution d'origine pendant pas plus de 4 h environ, ou bien à condition de ne pas laisser le rapport molaire du calcium au phosphore du précipité dépasser une valeur de 1,60 environ.
Comme décrit plus haut pour la préparation de l'hydroxylapatite céramique à une seule phase, on sépare le précipité de phosphate de calcium de la solution, on le lave, facultativement on le façonne ou on le moule sous une forme convenable et, éventuellement, on le sèche et on l'isole avant le frittage.
On peut également traiter la suspension de phosphate de calcium fraîchement précipité, par des liants organiques ou par des ions fluorure comme décrit plus haut pour l'hydroxylapatite à une seule phase.
On effectue le frittage par chauffage à 1050-1350° C pendant 20 mn à 3 h.
La proportion de whitlockite contenue dans la céramique ainsi produite dépend du moment où on sépare le précipité de la solution d'origine, et elle peut s'échelonner entre 2 et 83% environ. Ainsi, quand on isole le produit 5 mn après la précipitation, son rapport calcium/phosphore est de 1,55, et la céramique que l'on en tire finalement contient environ 83% de whitlockite. Si on isole le produit 2 h après la précipitation, son rapport calcium/phosphore est de 1,57 et la céramique résultante contient environ 61% de whitlockite. L'isolement du produit 4,5 h après la précipitation fournit finalement une céramique dont on estime qu'elle contient 2% de whitlockite, c'est-à-dire un pourcentage qui n'est guère décelable par diffraction des rayons X, cette méthode ayant une sensibilité de concentration minimale de 2 à 3%. Bien entendu, si on laisse le produit demeurer en contact avec la solution d'origine pendant plus de 7 h environ, la céramique finalement obtenue est pratiquement de l'hydroxylapatite à une seule phase.
Ou bien, on peut préparer la nouvelle céramique biphasique en faisant réagir l'ion calcium avec l'ion phosphate dans un rapport molaire approximatif de 1,50-1,60 à 1. De cette façon, le rapport molaire du calcium au phosphore dans le précipité de phosphate de calcium ne peut dépasser une valeur de 1,60 environ, quel que soit le temps pendant lequel ledit précipité reste en contact avec la solution d'origine.
Ainsi, on peut préparer la nouvelle céramique biphasique de la même façon que celle décrite plus haut pour la préparation de l'hydroxylapatite céramique à une seule phase, à ceci près que l'on fait interagir les réactifs, c'est-à-dire le nitrate de calcium et le phosphate acide de diammonium, dans un rapport molaire approximatif de 1,50-1,60 à 1, pour former des céramiques comprenant environ 30 à 50% d'hydroxylapatite et environ 50 à 70% de whitlockite.
On peut enrichir davantage la céramique en phase whitlockite en combinant les caractéristiques des deux procédés précédents, c'est-à-dire en faisant interagir l'ion calcium avec l'ion phosphate dans un rapport molaire approximatif de 1,50-1,60 à 1, et en isolant le composé de phosphate de calcium précipité dans un bref délai, de préférence d'environ 5 mn à 4 h, après la précipitation. Les céramiques ainsi produites comprennent environ 10 à 30% d'hydroxylapatite et 70 à 90% de whitlockite.
On sait que l'hydroxylapatite subit une décomposition en whitlockite à 1250° C environ, et on se rendra donc compte qu'un chauffage prolongé de l'hydroxylapatite céramique à une seule phase de cette invention à des températures de 1250°C environ, ou plus, provoquera une décomposition partielle de ladite hydroxylapatite en whitlockite, procurant ainsi encore un autre procédé de production de la céramique biphasique selon l'invention.
L'invention a également pour objet l'utilisation de la nouvelle céramique pour préparer une composition de réparation des dents comprenant un mélange de ladite céramique finement divisée et d'un liant polymérisable ou polymérisé qui est compatible avec les conditions qui régnent dans la cavité buccale. La nouvelle composition de réparation des dents peut comprendre de 10 à 90%, de préférence 60 à 80%, en poids, de céramique finement divisée, le reste de ladite composition, soit 10 à 90% en poids, comprenant un liant polymérisable ou polymérisé et acceptable sur le plan dentaire, ainsi que des catalyseurs de polymérisation appropriés et connus comme les peroxydes de cétone aliphatique, le peroxyde de benzoyle, etc., des diluants réactifs comme le diméthaciylate de di-, tri-, et tétraéthylèneglycol, des durcisseurs comme les acryla-mides substitués sur l'azote par un groupement 3-oxohydrocar-bure, tels que ceux qui sont décrits dans le brevet EUA N° 3277056, délivré le 4. octobre 1966, des promoteurs ou accélérateurs comme les acétylacétonates de métaux, les aminés tertiaires, par exemple la N,N-bis-(2-hydroxyéthyl)-p-toluidine, etc., ou des agents de réticulation comme l'oxyde de zinc, etc., qui sont présents en quantités s'échelonnant d'environ 0,01 à 45% du poids de la composition totale. Bien que cela ne soit pas indispensable, on peut ajouter à ladite composition, à raison de 0,05 à 10% de son poids total, un comonomère tensio-actif ou agent d'accrochage, comme le produit de la réaction de la N-phénylgly-cine et du méthacrylate de glycidyle qui est décrit dans le brevet EUA N° 3200142, délivré le 10 août 1965, le méthacryloxypro-pyltriméthoxysilane, le 3,4-époxycyclohexyléthyltriméthoxysilane, le vinyltiichlorosilane, etc. Ce liant ou agent d'accrochage favorise la liaison du matériau céramique avec la résine et de la composition d'obturation dentaire avec la dent naturelle. Ainsi, on broie l'hydroxylapatite céramique qui fait l'objet de cette invention, à une granulométrie convenable d'environ 5 à 100 |i, en utilisant des techniques de broyage classiques, puis on la mélange avec une quantité appropriée d'une résine normale connue dans la technique de réparation des dents, comme le méthacrylate d'hy-droxyéthyle, le polyméthacrylate de méthyle, l'acide polyacry-lique, les polyesters insaturés de fumarate-phtalate de propylène-glycol tels que ceux qui sont vendus par la société Allied Chemical Co. sous la référence 23 LS8275 et par la société Pittsburgh Plate Glass sous le nom de Selectron 580001, les polyesters insaturés et modifiés par le styrène comme les Glidpol 1008, G-136 et 4CS50 de la société Glidden, des résines époxy comme l'Araldite 6020 de la société Ciba, le ERL2774 de la société Union Carbide et le monomère de bisacrylate préparé à partir du méthacrylate de glycidyle et du bisphénol A, qui est décrit dans le brevet EUA N° 3066112, délivré le 27 novembre 1962. La résine peut comprendre un seul monomère ou un mélange de deux comonomères ou plus. On peut facultativement ajouter à la composition précédente des additifs tels que des colorants, des pigments minéraux et des agents fluorescents, selon les principes connus dans la technique qui concerne ces produits. Il convient de mélanger la résine, l'hydroxylapatite céramique et les ingrédients facultatifs tels que les silanes servant de liants, les colorants, les pigments minéraux ou les agents fluorescents, avant l'addition du catalyseur, du durcisseur, de l'agent de réticulation, du promoteur et/ou de l'accélérateur. Cependant, l'ordre dans lequel on mélange les
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
7
618 951
ingrédients n'est pas crucial, et on peut mélanger lesdits ingrédients en même temps. En utilisant des techniques classiques, on peut utiliser la composition ainsi produite comme matériau d'obturation dentaire, comme ciment dentaire, comme revêtement de l'alvéole dentaire, comme couverture de la pulpe dentaire, ou bien on peut couler la composition dans un moule convenable pour produire une dent artificielle ou un dentier artificiel.
Il est bien entendu très avantageux que le matériau utilisé dans la cavité buccale soit résistant à la carie. On atteint facilement cet objectif, dans la pratique de la présente invention, en ajoutant 0,01 à 1% d'ion fluorure, par exemple sous forme de fluorure d'ammonium ou de fluorure stanneux, à la suspension d'hydroxylapatite fraîchement précipitée. La céramique produite par frittage du produit résultant est très résistante à l'attaque par les acides lactique, acétique et citrique, méthode in vitro normalisée de détermination de la résistance à la carie. Ou bien on peut conférer une résistance à la carie à la céramique finie en l'exposant à une solution aqueuse de 0,5 à 5% de fluorure de sodium, pendant 12 h à 5 j. De préférence, on laisse séjourner le corps céramique dans une solution aqueuse d'environ 5% de fluorure de sodium pendant environ 4 j.
L'homme de l'art se rendra bien entendu compte que, outre les liants organiques et minéraux et l'ion fluorure, les matériaux céramiques qui font l'objet de la présente invention peuvent également contenir de petites quantités d'autres éléments qui, s'ils ne modifient pas la nature essentielle des produits céramiques, peuvent leur conférer des caractéristiques utiles. Par exemple, on sait que le baryum et le strontium s'incorporent au réseau cristallin de l'apatite et que ces éléments sont considérablement plus opaques aux rayons X que le calcium. Par conséquent, l'addition d'une petite quantité d'ion baryum ou strontium à l'ion calcium avant la réaction de ce dernier avec l'ion phosphate donnera finalement une céramique d'hydroxylapatite dopée au baryum ou au strontium qui, lorsqu'on l'utilisera dans une composition de réparation des dents comme décrit plus haut, assurera une absorption suffisante des rayons X pour permettre la détection de la dent obturée. On sait que le magnésium, qui s'incorpore également au réseau cristallin de l'apatite, ralentit la cristallisation de l'hydroxylapatite tout en favorisant la cristallisation de la whitlockite [Eanes et al., «Cale. Tiss. Res.», 2, 32 (1968)]. Ainsi, l'addition d'une petite quantité d'ion magnésium à l'ion calcium avant la réaction de ce dernier avec l'ion phosphate favorisera la formation de whitlockite en donnant finalement une céramique biphasique enrichie en whitlockite.
On a caractérisé les matériaux céramiques obtenus comme décrit ci-dessus sur la base d'une ou plusieurs des méthodes suivantes : analyse élémentaire, mesure de la masse volumique, diffraction des rayons X, microscopie électronique de transmission, microscopie en lumière polarisée et détermination des propriétés mécaniques.
L'invention est illustrée par les exemples suivants, mais sans être limitée par eux.
Exemple 1 :
A un mélange agité contenant 130 ml de nitrate de calcium 1,63N (0,212 mol) et 125 ml d'ammoniaque concentrée, on ajoute goutte à goutte, en 20 mn environ, un mélange contenant 16,75 g (0,127 mol) de phosphate acide de diammonium, 400 ml d'eau distillée et 150 ml d'ammoniaque concentrée. On fait bouillir 10 mn la suspension résultante, on la refroidit au bain de glace et on la filtre. On essore le gâteau de filtration à l'aide d'un tampon de caoutchouc, puis on le sèche pendant une nuit à 95° C. On chauffe un échantillon du gâteau résultant, qui est dur, poreux et cassant, dans un four électrique, pendant 115 mn, jusqu'à une température finale de 1230°C, puis on le refroidit à la température ambiante pour obtenir un produit céramique translucide qui est résistant, dur et blanc.
Les analyses élémentaires normales du produit céramique final et aussi de l'hydroxylapatite séchée avant frittage ont donné les résultats suivants rapportés à Cai0(PO4)ö(OH)2 :
Calculé
Hydroxylapatite séchée et non frittée
Céramique
Ca
39,89%
37,4%
39,6%
P
18,5%
17,5%
18,9%
h2o
0%
1%
-
Ca/P
1,667
1,65
1,62
L'examen d'une coupe mince de la céramique par microscopie en lumière polarisée avec des grossissements de 130 et de 352 a révélé que le matériau était pratiquement dépourvu de whitlockite. L'absence de biréfringence et de caractères structurels discernables tels que la forme, l'orientation, les limites, etc., des cristallites, a révélé qu'il s'agissait d'une structure microcristalline. Une comparaison avec les micrographies optiques d'une coupe mince de la tablette comprimée et frittée, dont ont rendu compte Monroe et al. (supra), a montré que les deux matériaux étaient structurellement dissemblables.
On a procédé à des mesures de diffraction des rayons X de manière classique. On a calculé les distances entre les plans et on a constaté qu'elles étaient virtuellement identiques aux valeurs données pour l'hydroxylapatite par Donnay et al., «Crystal Data», ACA Monogram N° 5,668 (1963). L'examen aux rayons X a, en outre, révélé que le matériau ne contenait pas plus d'environ 2 à 3% de whitlockite, sensibilité de concentration minimale du diffractomètre.
Exemple 2:
On ajuste à pH 11-12, avec environ 750 ml d'ammoniaque concentrée, une solution contenant 79,2 g (0,60 mol) de phosphate acide de diammonium dans 1500 ml d'eau distillée. On ajoute encore de l'eau distillée pour dissoudre le phosphate d'ammonium précipité, ce qui donne un volume total d'eau de 3200 ml. S'il y a lieu, on ajuste de nouveau le pH à 11-12. On ajoute goutte à goutte cette solution, en 30 à 40 mn, à une solution énergique-ment agitée, contenant 1 mol de nitrate de calcium dans 900 ml d'eau distillée préalablement ajustée à pH 12 avec environ 30 ml d'ammoniaque concentrée, puis on dilue à un volume de 1800 ml avec de l'eau distillée. Une fois l'addition terminée, on agite la suspension gélatineuse résultante pendant encore 10 mn, puis on la fait bouillir 10 mn, on cesse de la chauffer, on la recouvre et on la laisse reposer 15 à 20 h à la température ambiante. On fait décanter le liquide surnageant et on centrifuge la suspension restante à 2000 t/mn pendant 10 mn. On remet en suspension le dépôt résultant dans 800 ml d'eau distillée et on centrifuge de nouveau à 2000 t/mn pendant 10 mn. On ajoute aux solides résiduels une quantité suffisante d'eau distillée pour avoir un volume total de 900 ml. En agitant énergiquement, on obtient une suspension homogène, essentiellement dépourvue de gros fragments ou d'agrégats. On verse la totalité de la suspension dans un entonnoir de Büchner en une seule fois, et on la filtre en appliquant un léger vide. Quand le gâteau de filtration commence à se fissurer, on applique un tampon de caoutchouc et on augmente le vide. Au bout de 1 h, on retire le tampon et on transfère le gâteau de filtration intact et sans fissure sur une surface plate, et on le sèche 15 h à 90-95° C, pour ohtenir 90 à 100 g de morceaux cassants, poreux et blancs d'hydroxylapatite. On place des fragments de 1 à 4 cm2 et exempts de fissures et de craquelures dans un four électrique, et on porte la température à 1200°C en 100 mn, temps au bout duquel on laisse le four et son contenu revenir à la température ambiante. On obtient des morceaux de matériau céramique dur, dense, non poreux, blanc et translucide.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
618 951
8
Analyse
Calculé
Hydroxylapatite séchée et non frittée
Céramique
C
39,89%
36,5; 36,8%
31,7; 38,0%
P
18,5%
21,7%
22,8; 19,0; 18,8
Ca/P
1,667
1,30; 1,31
1,08; 1,55; 1,56
Après avoir procédé aux analyses précédentes, on s'est aperçu que la technique d'analyse utilisée ne permettait pas la dissolution complète des échantillons et que les résultats étaient donc imprécis et très variables. Nonobstant les résultats analytiques ci-dessus, l'homogénéité substantielle de cet échantillon a été confirmée par les résultats suivants de la microscopie électronique. D'ailleurs, le produit de l'exemple 3, qui a été préparé par un procédé essentiellement identique à celui de l'exemple 2, avait bien les valeurs analytiques attendues, et on a, en outre, vérifié, par diffraction des rayons X et microscopie électronique, qu'il s'agissait bien d'hydroxylapatite homogène.
On a préparé des échantillons identiques en deux étapes, en protégeant avec du chrome une reproduction au collodion de la surface de l'échantillon, puis en revêtant cette surface de carbone. L'examen des échantillons identiques par microscopie électronique de transmission a révélé une granulométrie assez uniforme sans apparence de pores ou de précipité de seconde phase soit dans les intervalles entre les grains, soit dans les grains eux-mêmes, dans la limite de 0,5% environ, sensibilité de concentration minimale du microscope électronique. On a ensuite poli à un grain de 600, avec du papier au carbure de silicium, un échantillon de la céramique, puis on l'a poli à la pâte de diamant de 3 |im sur une meule métallographique recouverte d'une fine toile de Nylon. On a ensuite décapé l'échantillon à l'acide fluorhydrique à 4%, pendant 30 s. On a ensuite préparé des reproductions de la surface polie et décapée, puis on les a observées au microscope électronique. De nouveau, on n'a pas observé de secondes phases dans les intervalles entre les grains, mais il semblait y avoir un peu de petites particules de seconde phase dans la masse des grains.
On a déterminé par des méthodes classiques la résistance à la compression et le module d'élasticité, et on les a trouvés égaux respectivement à 3952+1171 kg/cm2 et 4,4 x 105 kg/cm2.
On a déterminé la résistance à la traction par l'essai normalisé de flexion en trois points, et on l'a trouvée égale à 675 + 232 kg/cm2.
On a constaté que le coefficient de dilatation thermique était linéaire entre 25° C et 225° C, et avait une valeur de
11 x 10-<5/°C±10%.
On a trouvé une dureté de 480 par le procédé normalisé de Knoop. On a obtenu la même valeur pour toutes les directions de la force appliquée, ce qui révèle que le matériau est isotrope.
On a déterminé qualitativement la porosité en plongeant le matériau d'essai dans un colorant de fuchsine pendant 15 mn, en le lavant à l'eau, en le séchant, puis en examinant si le matériau d'essai portait des traces de colorant résiduel. On a exécuté cet essai simultanément sur la forme non poreuse de la céramique fournie par cette invention, une tablette comprimée et frittée d'hydroxylapatite, et sur une dent naturelle. La tablette comprimée et frittée présentait une rétention considérable du colorant, alors que la nouvelle céramique de la présente invention et la dent naturelle ne présentaient aucune rétention visible de colorant. Dans une autre méthode, on a plongé le matériau d'essai dans de l'ammoniaque 6 fois normale, pendant 15 mn, puis on l'a lavé à l'eau, on l'a séché et on l'a enveloppé dans du papier tournesol humide. Toute ammoniaque restant emprisonnée dans les pores superficiels fait virer au bleu le papier tournesol environnant. Quand on a exécuté cet essai simultanément sur la céramique de cette invention, une tablette comprimée et frittée d'hydroxylapatite, et sur une dent naturelle, le papier tournesol en contact avec la tablette comprimée et frittée a viré au bleu en indiquant la présence d'ammoniaque emprisonnée dans la tablette. On n'a pas observé de changement de couleur du papier tournesol en contact soit avec la nouvelle céramique de la présente invention, soit avec la dent naturelle.
Exemple 3:
En suivant un mode opératoire similaire à celui qui est décrit dans l'exemple 2, mais en partant de 3 mol de nitrate de calcium et de 1,8 mol de phosphate acide de diammonium, on a obtenu 304 g d'hydroxylapatite blanche, cassante et poreuse.
Analyse
Calculé
Trouvé
Ca
39,89
40,0
P
18,5
18,6
Ca/P
1,667
1,66
Le frittage à 1100° C pendant 1 h a donné une céramique translucide, dure et blanche, dont la masse volumique était de 3,10 g/cm3. La diffraction des rayons X a révélé que ce matériau était de l'hydroxylapatite homogène. L'examen au microscope électronique a révélé une granulométrie des cristallites de 0,7 à 3 n et l'absence de pores ou de précipités de seconde phase.
Exemple 4:
A. En suivant un mode opératoire similaire à celui qui est décrit dans l'exemple 2, mais en employant la moitié des quantités qui y sont utilisées, on a fait précipiter dans la solution aqueuse une quantité d'hydroxylapatite estimée à 50 g. Après centrifuga-tion et décantation, on a remis le dépôt minéral résiduel en suspension dans une quantité d'eau suffisante pour obtenir un volume total de 11, et on l'a homogénéisé dans un mélangeur Waring pendant 2 mn.
B. On a mélangé dans un mélangeur Waring pendant 3 mn un mélange contenant 0,5 g de cellulose en poudre (<0,5 n) dans 200 ml d'eau. On a alors ajouté une fraction de 100 ml de la suspension aqueuse homogène d'hydroxylapatite, et on a mélangé encore 5 mn le mélange résultant. On a alors filtré la suspension, et on a séché et fritté selon l'exemple 2 le gâteau de filtration. Ce gâteau de filtration présentait, après séchage, très peu de craquelures et le produit céramique obtenu par frittage était légèrement poreux, selon l'essai au colorant de fuchsine qui est décrit plus haut.
C. On a mélangé 0,5 g de coton chirurgical déchiqueté dans 200 ml d'eau dans un mélangeur Waring pendant 45 mn ou bien jusqu'à obtenir une suspension presque homogène. On a alors ajouté une fraction de 100 ml de la suspension aqueuse homogène d'hydroxylapatite décrite dans l'exemple 4A et on a poursuivi le mélange pendant encore 15 mn. On a filtré la suspension résultante, puis on a séché et fritté selon l'exemple 2 le gâteau de filtration. Le produit céramique est demeuré intact et était visiblement poreux.
Exemple 5:
A. On a mélangé 5 g de collagène (tendon d'Achille de bovin) dans 300 ml d'eau, dans un mélangeur Waring pendant 5 mn. Le collagène a fixé de grandes quantités d'eau en formant une masse gélatineuse épaisse. Une petite quantité de collagène finement divisé (20-30 mg) est restée en suspension.
B. On a fait décanter la suspension du collagène finement divisé (250 ml) et on l'a brassée dans un mélangeur Waring pendant 5 mn avec une fraction de 100 ml de la suspension aqueuse homogène d'hydroxylapatite qui est décrite dans l'exemple 4A. On a filtré le mélange résultant et on a séché et fritté le gâteau de filtration selon l'exemple 2. Le produit céramique est demeuré intact et était pratiquement non poreux.
C. On a mélangé environ 20% du collagène gélatineux épais dans un mélangeur Waring pendant 6 mn avec 150 ml de la
5
10
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
9
618 951
suspension aqueuse homogène d'hydroxylapatite qui est décrite dans l'exemple 4A. On a filtré le mélange résultant et on a séché et fritté selon l'exemple 2 le gâteau de filtration. Ce gâteau séché, avant frittage, est demeuré intact et avait une résistance mécanique considérable. La céramique obtenue par frittage était dure, résistante et visiblement poreuse.
Exemple 6:
On a laissé reposer dans du fluorure de sodium aqueux à 1% pendant 12 h des échantillons du produit céramique préparé selon l'exemple 2. On a ensuite exposé à de l'acide lactique à 10% ces matériaux, ainsi que des échantillons de céramique non traitée et de dents naturelles. Au bout de 3 j, la céramique traitée par le fluorure faisait apparaître une attaque par l'acide lactique sensiblement moindre que la céramique non traitée ou que l'émail des dents naturelles. Quand on l'a laissée reposer dans du fluorure de sodium aqueux à 1% pendant 3 j, la céramique n'était pas visiblement attaquée par l'acide lactique au bout de 3 j et, au bout d'un mois elle n'avait subi qu'une légère décomposition alors que les échantillons non traités s'étaient fortement décomposés.
Exemple 7:
En suivant un mode opératoire similaire à celui qui est décrit dans l'exemple 2, mais en n'employant que la moitié des quantités qui y sont utilisées, on a fait précipiter dans la solution aqueuse une quantité d'hydroxylapatite estimée à 50 g. Après centrifuga-tion, on a mis le dépôt minéral en suspension dans une quantité d'eau suffisante pour avoir un volume total de 500 ml. On a divisé cette suspension en 10 parties égales, que l'on a diluées chacune avec 50 ml d'eau et que l'on a traité au fluorure d'ammonium de la façon suivante. Aux échantillons 1, 2, 3, 4 et 5, on a ajouté respectivement 0,0,1,0,5,1,0 et 2,0 ml de fluorure d'ammonium aqueux contenant 0,00085 g d'ion fluorure par millilitre. On a traité les échantillons 6, 7 et 8 respectivement par 0,5, 1,0 et 10,0 ml de fluorure d'ammonium aqueux contenant 0,0085 g d'ion fluorure par millilitre. Aux échantillons 9 et 10, on a ajouté respectivement 2,0 et 4,0 ml de fluorure d'ammonium contenant 0,045 g d'ion fluorure par millilitre. On a ensuite secoué les suspensions sur un appareil rotatif pendant 1 Zi h et on les a filtrées. On a essoré les gâteaux de filtration 15 mn à l'aide d'un tampon de caoutchouc, on les a séchés 2 j à 95° C, puis on les a chauffés dans un four électrique à une température de 1200° C. On a broyé les céramiques résultantes en poudres fines et on les a tamisées avec un tamis de maille N° 325. On a mélangé 80 mg de chacun des échantillons de poudre avec 80 ml de solution tampon de lactate de sodium de pH 4,1 (0,4M) à 23°C, et on les a secoués sur un appareil Burrell à effet de poignet. Au bout de 2, 9, 25 et 40 mn après le mélange, on a prélevé une fraction de 3 ml de chaque mélange d'échantillon, on a immédiatement filtré ces fractions pour éliminer l'échantillon non dissous, et on a déterminé par colorimétrie la quantité de céramique solubilisée. Les résultats sont donnés dans le tableau A. Aux fins de comparaison, on a laissé reposer 4 j dans 1 ml de fluorure de sodium à 5% une partie frittée de l'échantillon N° 1. On a séparé le solide, on l'a lavé soigneusement à l'eau, on l'a séché, puis on lui a fait subir l'essai de dissolution décrit ci-dessus, en le désignant par échantillon 1 A. Les résultats sont inclus dans le tableau A. On se rendra bien entendu compte que les conditions expérimentales décrites ci-dessus ne reproduisent pas bien les conditions qui régnent in vivo, mais qu'on les a choisies de façon à permettre une solubilisation suffisante de l'échantillon en un temps raisonnable donnant des indications précises sur l'effet relatif de la concentration de l'ion fluorure. Ainsi, on s'attend que les vitesses de dissolution in vivo de l'hydroxylapatite céramique seront considérablement moindres que les vitesses observées ci-dessus dans le tampon puissant que constitue le lactate.
Tableau A:
Vitesses relatives de dissolution de l'hydroxylapatite céramique fluorurée
Echan
Teneur en fluorure
% dissous
tillon
(ppm)
Ajoutée
Trouvée
2 mn
9 mn
25 mn
40 mn
1
0
9,2
18,5
32,0
39,7
2
17
19
9,2
18,8
29,3
39,0
3
85
190"
8,9
17,6
30,0
38,3
4
170
190
10,3
18,3
30,5
37,5
5
340
216
9,9
18,1
29,7
35,2
6
850
226
8,8
17,1
27,7
33,0
7
1700
470
7,9
18,1
25,7
29,8
8
17000
1460
6,7
12,1
19,7
23,3
9
18000
1700
6,3
11,5
19,7
23,3
10
36000
2307
5,9
11,3
17,6
21,0
1A -
3,7
7,1
13,7
18,7
"Essai apparemment incorrect.
Exemple 8:
On a rainé de gros morceaux de gâteau de filtration séché épais d'environ 3-4 mm, préparé selon l'exemple 2 et ayant un rapport Ca/P de 1,64 à 1,66, et on les a divisés en plaques rectangulaires longues environ de 14 à 15 mm et larges de 7 à 8 mm, et • on a percé un petit trou dans l'une des extrémités de chaque plaque.
On a ensuite fritté selon l'exemple 2 un millier de ces plaques et on les a polies très soigneusement en utilisant des techniques normales de meulage lapidaire. Les corps céramiques résultants, dont la masse volumique était de 3,12 à 3,14 g/cm3, étaient sous la forme de plaques rectangulaires longues d'approximativement 10 à 11 mm, larges d'approximativement 4 à 5 mm, et épaisses d'approximativement 2 à 3 mm, et présentant à l'une de leurs extrémités un trou dans lequel on a fait passer une certaine longueur de fil métallique. On a utilisé ces plaques, que l'on pouvait ainsi suspendre à la profondeur voulue dans un tube à essai, comme surfaces d'essai pour l'évaluation des agents inhibiteurs de la plaque dentaire, comme décrit plus haut.
Exemple 9:
On a ajusté à pH 11,4 avec 340 ml d'ammoniaque concentrée, une solution contenant 0,24 mol de phosphate acide de diammonium dans 600 ml d'eau distillée, et on a porté le volume final à 1280 ml avec de l'eau distillée. On a ajouté cette solution goutte à goutte en 30 mn à une solution énergiquement agitée contenant 0,4 mol de nitrate de calcium dans 360 ml d'eau distillée, préalablement ajustée à pH 11 avec de l'ammoniaque concentrée, et diluée à un volume de 420 ml avec de l'eau distillée. On a agité la suspension résultante sans la faire bouillir, et on a prélevé périodiquement des fractions de 250 ml et on a isolé les produits, on les a lavés et séchés comme décrit dans l'exemple 2. On a ensuite chauffé tous les échantillons 1 h à 1100°C, et on a déterminé la composition des produits céramiques résultants par diffraction des rayons X. Les résultats sont donnés dans le tableau B.
( Tableau en tête de la colonne suivante)
Exemple 10:
A. En suivant un mode opératoire semblable à celui qui est décrit dans l'exemple 2, mais en utilisant 0,3 mol de nitrate de calcium et 0,2 mol de phosphate acide de diammonium, on a
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
618 951
Tableau B:
Echan
Durée
Durée
Analyse
Phases observées tillon de l'agi de repos
élémentaire par diffraction des
tation avant
rayons X
isole
%Ca %P
Ca/P
(%)
ment
Hydroxylapatite
Whitlockite
1
5 mn
36,6
18,2
1,55
17
83
2
45 mn
21
79
3
2h
36,6
18,0
1,57
39
61
4
4,5 h
98
2a
5
7h
37,0
17,0
1,68
98
2a
6
7h
17 h
37,2
17,0
1,69
100
0
7
24 h
37,4
17,1
1,69
100
0
8
48 h
37,4
16,8
1,72
100
0
"Ces valeurs sont à la limite de la sensibilité de concentration minimale du difractomètre à rayons X (2-3%), et leur précision est donc douteuse.
obtenu un produit poreux, dur et cassant, ayant la composition élémentaire suivante: Ca = 38,85% ; P= 19,77%; Ca/P= 1,52. On a chauffé ce matériau 1 h à 1200° C pour obtenir un matériau céramique résistant, dur, non poreux, blanc et assez opaque, comprenant approximativement 40% d'hydroxylapatite et 60% de whitlockite, selon la diffraction des rayons X.
B. En procédant à la réaction précédente, mais en ajoutant dans l'ordre inverse les produits de départ, on a obtenu un produit comprenant approximativement 40% d'hydroxylapatite et 60% de whitlockite, et ayant un rapport Ca/P de 1,52 et une masse volumique de 2,982 g/cm3.
Exemple 11 :
On a traité par 95 ml d'ammoniaque concentrée une solution contenant 0,0625 mol de phosphate acide de diammonium dans 150 ml d'eau distillée, et on a porté le volume final à 320 ml avec de l'eau distillée. On a ajouté cette solution goutte à goutte en 30 mn à une solution énergiquement agitée contenant 0,1 mol de nitrate de calcium et 2,5 ml d'ammoniaque concentrée dans 180 ml d'eau distillée. On a agité 5 mn la suspension résultante puis on l'a refroidie dans la glace pendant 45 mn et on a isolé le solide en suspension, on l'a lavé et séché comme décrit dans l'exemple 2 pour obtenir un solide dur, cassant, poreux et blanc, ayant la composition élémentaire suivante: Ca= 35,4% ; P = 18,59% ; Ca/P= 1,46. On a chauffé ce matériau 1 h à 1350°C pour obtenir un produit céramique résistant, dur, non poreux et assez opaque, comprenant approximativement 14% d'hydroxylapatite et 86% de whitlockite, selon la diffraction des rayons X.
Les produits des exemples 1 à 11 correspondent aux objets manufacturés de cette invention et ont leurs caractéristiques physiques décrites plus haut.
Les objets manufacturés obtenus selon les exemples 1, 2, 3, 5B et 6 à 8 sont des corps céramiques résistants, durs, denses, blancs et translucides, comprenant de l'hydroxylapatite polycristalline isotrope et sensiblement pure, qui est dépourvue de pores, et dont la résistance à la compression est comprise approximativement entre 2500 et 8800 kg/cm2, dont la résistance à la traction est comprise approximativement entre 200 et 2000 kg/cm2, dont le coefficient de dilatation thermique linéaire est compris approximativement entre 10 et 12 ppm par degré Celsius, dont la dureté Knoop est comprise approximativement entre 470 et 500 et dont le module d'élasticité est approximativement égal à 4 x 105 kg/cm2, et qui se caractérise par un clivage le long de plans incurvés lisses, et par l'absence de biréfringence en lumière polarisée.
Les objets manufacturés obtenus selon les exemples 4 et 5C, bien que formés par le même matériau obtenu selon les exemples 1,2, 3, 5B et 6 à 8, présentent des espaces vides ou des pores dont le nombre et la dimension varient. Il sera, bien entendu, évident que l'introduction de pores dans lesdits objets provoque une modification de leurs propriétés physiques, par exemple une réduction de leur résistance à la compression, de leur résistance à la traction, de leur élasticité et de leur dureté.
Exemple 12:
On a préparé de la façon suivante une composition convenable comme ciment dentaire et agent d'obturation dentaire:
A. A ime solution contenant 20 mg du produit de condensation de la N-phénylglycine et du méthacrylate de glycidyle (décrit dans le brevet EUA N° 3200142 et désigné ici par le sigle NPG-GMA) dans 7 ml d'éthanol, on a ajouté 2,0 g d'hydroxylapatite céramique en poudre. Après avoir fait tourbillonner la solution pendant 5 mn, on a fait évaporer l'éthanol sous vide à la température ambiante et on a séché le solide résiduel pendant 2 h sous
1 mm de Hg.
B. On a mélangé un échantillon de 80 mg du matériau ci-dessus avec 0,4 mg de peroxyde de benzoyle et 30 mg d'un mélange 1:2 de méthacrylate d'hydroxyéthyle et du produit de la réaction du bisphénol A et du méthacrylate de glycidyle décrit dans le brevet EUA N° 3066112 et désigné dans la technique par l'abréviation bis-GMA. On a placé le mélange résultant dans un moule cylindrique en acier dans lequel il s'est durci en 3 à 5 mn. On a déterminé la résistance à la compression de quatre bouchons cylindriques ainsi préparés. La valeur moyenne était de
1705 kg/cm2.
Exemple 13:
On a mélangé soigneusement un mélange comprenant 60 parties d'hydroxylapatite céramique en poudre, 13 parties de méthacrylate d'hydroxyéthyle, 27 parties du produit de la condensation du bisphénol A et du méthacrylate de glycidyle, 0,3 partie de N,N-bis-(2-hydroxyéthyl)-p-toluidine, et 0,8 partie de peroxyde de benzoyle, pour obtenir une formule fluide utile comme alvéole dentaire et comme agent d'obturation des fissures. On a versé ce mélange dans un moule cylindrique en acier, dans lequel il s'est durci en 3 mn environ. On a déterminé la résistance à la compression de 7 bouchons cylindriques ainsi préparés. La valeur moyenne était de 1430 kg/cm2.
Exemple 14:
On donne ci-après un exemple de formule utilisable comme matériau d'obturation dentaire.
A 5 ml de 2-propanol, on ajoute 0,5 g d'hydroxylapatite céramique en poudre. On fait ensuite évaporer le 2-propanol sous vide à température ambiante, afin d'éliminer de la surface de la céramique toute eau d'hydratation. A 120 mg de l'hydroxylapatite en poudre ainsi traitée, on ajoute 0,3 mg de peroxyde de benzoyle puis 40 mg d'un mélange comprenant le produit de la condensation du bisphénol A et du méthacrylate de glycidyle, du dimétha-crylate de triéthylèneglycol, et de la N,N-bis-(2-hydroxyéthyl)-p-toluidine, mélange qui est vendu par la société Lee Pharmaceuti-cals sous la marque déposée Epoxylite HL-72. Avec une spatule, on met ce mélange sous la forme d'une pâte lisse et on le place dans des moules cylindriques en acier dans lesquels on le laisse reposer 4 h. On retire les bouchons cylindriques des moules et on essaie 3 échantillons, et on constate que leur résistance moyenne à la compression est de 1560 kg/cm2.
Exemple 15:
A une solution contenant 30 mg du produit de la condensation de la N-phénylglycine et du méthacrylate de glycidyle dans 7 ml d'éthanol, on ajoute, en faisant tourbillonner, 1 g d'hydroxylapatite céramique en poudre. On fait évaporer l'éthanol sous vide à la
10
s
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
température ambiante. A un mélange contenant 180 mg d'hydroxylapatite céramique en poudre ainsi traitée et 3,0 mg de peroxyde de benzoyle, on ajoute 74 mg d'un mélange contenant 60 parties du produit de la condensation du bisphénol A et du méthacrylate de glycidyle et 40 parties de diméthacrylate de triéthylèneglycol et, à l'aide d'une spatule, on met l'agrégat résultant sous la forme d'une pâte lisse que l'on place dans des moules cylindriques en acier où on la laisse reposer 3 h. On retire les bouchons cylindriques des moules et on essaie 4 échantillons et on constate que leur résistance moyenne à la compression est de 1560 kg/cm2.
Exemple 16:
On prépare une composition convenable comme ciment dentaire et orthodontique ou comme agent temporaire d'obturation dentaire, en mélangeant ensemble 100 mg d'hydroxylapatite céramique en poudre, 300 mg d'oxyde de zinc et 300 mg d'acide polyacrylique aqueux à 40%. On place le mélange résultant dans des moules cylindriques en acier dans lesquels il se durcit en 3 à 5 mn environ. On retire les bouchons cylindriques des moules et on essaie 4 échantillons et on constate que leur résistance moyenne à la compression est de 868 kg/cm2. Pour 5 autres échantillons, on trouve une résistance moyenne à la traction diamétrale de 114 kg/cm2. L'acide polyacrylique aqueux à 40% et l'oxyde de zinc ont été obtenus respectivement sous la forme des composants liquide et solide d'un ciment de polycarboxylate commercial vendu par la société ESPE GmbH, RFA, sous la marque déposée Durelon.
Exemple 17:
On prépare une composition convenable comme ciment dentaire et comme agent d'obturation dentaire en mélangeant ensemble 6 parties en poids d'acide polyacrylique aqueux à 40% avec un mélange contenant 6 parties en poids d'hydroxylapatite céramique en poudre et 4 parties en poids d'oxyde de zinc. La composition résultante a un temps de prise de 5 à 10 mn environ. L'acide polyacrylique aqueux à 40% et l'oxyde de zinc ont été obtenus respectivement sous la forme des composants liquide et solide d'un ciment de polycarboxylate commercial vendu par la société ESPE GmbH, RFA, sous la marque déposée Durelon.
Exemple 18
On donne ci-dessous un exemple de composition d'obturation dentaire:
Ingrédient Pourcentage en poids
Résine de polyester modifiée par du Styrène
(Glidpol G-136 de la société Glidden) 29,2
Peroxyde de benzoyle 0,7
Styrène 0,6
Méthacryloxypropyltriméthoxysilane 1,5
Hydroxylapatite céramique 68,0
618 951
Exemple 19
On donne ci-dessous un exemple de composition convenable comme ciment dentaire, revêtement d'alvéole dentaire et couverture de pulpe dentaire:
Ingrédient Pourcentage en poids
Résine époxy (ERL 2774 de la société Union
Carbide) 67
N-3-oxo-l,l-diméthylbutylacrylamide 23
Hydroxylapatite céramique 10
Exemple 20:
On donne ci-dessous un exemple de composition convenable pour la fabrication d'une dent artificielle ou d'un dentier artificiel.
On brasse un mélange contenant 60 parties en poids d'hydroxylapatite céramique ayant un grain d'environ 150 à 200 et 40 parties en poids de polyméthacrylate de méthyle en poudre, avec environ 15 parties en poids de méthacrylate de méthyle monomère liquide, et on laisse reposer le mélange résultant dans un récipient scellé à la température ambiante jusqu'à ce que le matériau n'adhère plus aux parois du récipient et ait une consistance plastique non collante. On tasse alors ce matériau dans un moule approprié et on plonge le moule et son contenu dans de l'eau que l'on porte à ébullition en 1 h environ et que l'on maintient à cette température pendant 30 mn. On laisse ensuite le moule se refroidir à l'air pendant 15 mn environ et on le refroidit finalement dans de l'eau du robinet froide.
La biocompatibilité de la nouvelle forme céramique d'hydroxylapatite fournie par la présente invention a été confirmée par des études d'implantation dans lesquelles on a constaté qu'aucune réaction inflammatoire n'était suscitée lorsque des paillettes de la céramique préparée selon le procédé de l'exemple 1 étaient implantées par voie intrapéritonéale dans des rats ou étaient insérées par voie sous-cutanée dans le dos de lapins, et qu'aucune résorption de la céramique n'était observable au bout de 28 j.
On a implanté chirurgicalement dans le fémur de chiens des pastilles d'hydroxylapatite céramique préparée par un procédé analogue à celui qui est décrit dans l'exemple 3. On a contrôlé les implants in vivo par examen périodique aux rayons X. Au bout de 1 et 6 mois respectivement, on a sacrifié les animaux et on a retiré les fémurs contenant les implants. On a sectionné les fémurs au lieu d'implantation et on les a examinés par microscopie optique et microscopie électronique. Aussi bien les implants de 1 mois que ceux de 6 mois se caractérisaient par une cicatrisation normale, une forte fixation d'os neuf sur la surface d'un implant sans tissus fibreux intermédiaires, aucune inflammation visible ou réaction visible aux corps étrangers et aucune résorption du matériau implanté.
11
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
R

Claims (16)

  1. 618 951
    2
    REVENDICATIONS
    1. Procédé de préparation d'une céramique frittée polycristal-line en forme macroscopique, caractérisé en ce que l'on fait réagir l'ion calcium avec l'ion phosphate en milieu aqueux et à un pH de 10 à 12 de façon à former un précipité gélatineux d'un phosphate de calcium dont le rapport molaire du calcium au phosphore est compris entre 1,44 et 1,72, en ce qu'on sépare ledit précipité de la solution et en ce qu'on chauffe ledit précipité à une température d'au moins 1000° C, mais inférieure à celle à laquelle une décomposition appréciable de la céramique résultante se produit.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on chauffe le précipité à une température d'au moins 1050° C.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rapport molaire du calcium au phosphore dans le précipité est compris entre 1,62 et 1,72, la température étant maintenue à une valeur jusqu'à 1250°C, pendant 20 mn à 3 h.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on maintient la température à 1100 à 1200°C, pendant 0,5 à 1 h.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel il se forme un précipité dont le rapport molaire du calcium au phosphore est compris entre 1,44 et 1,60, de préférence entre 1,46 et 1,57, ledit précipité étant chauffé à une température jusqu'à ime valeur de 1350°C, pendant 20 mn à 3 h.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'ion calcium est fourni par du nitrate de calcium et l'ion phosphate par du phosphate acide de diammonium.
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une masse intégrale du précipité soumise au frittage est essentiellement uniforme et exempte de défauts.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on obtient un produit façonné en découpant, en façonnant ou en moulant pendant que le précipité est encore dans un état gélatineux de cohésion avant le frittage.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on obtient un produit façonné en découpant ou façonnant le précipité après un séchage préliminaire du précipité gélatineux.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on laisse séjourner la céramique frittée obtenue dans le fluorure de sodium aqueux à 0,5 à 5% pendant 12 h à 5 j.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on ajoute au précipité 0,1 à 1% en poids d'ion fluorure.
  12. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on ajoute au précipité 0,4 à 0,6% en poids d'un liant organique, par exemple du collagène, ledit liant organique se volatilisant pendant ledit chauffage.
  13. 13. Procédé selon la revendication 1, permettant d'obtenir une forme poreuse de la céramique, caractérisé en ce qu'on ajoute au précipité 5 à 25% en poids d'un liant organique, par exemple de la cellulose, du coton ou du collagène, ledit liant organique se volatilisant pendant ledit chauffage.
  14. 14. Utilisation de la céramique obtenue par le procédé selon la revendication 1 dans une composition de réparation de dents, caractérisée en ce que cette composition comprend 10 à 90% en poids de ladite céramique finement divisée et un liant polyméri-sable ou polymérisé et acceptable sur le plan dentaire.
  15. 15. Utilisation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le liant acceptable sur le plan dentaire est l'acide polyacry-lique.
  16. 16. Utilisation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le liant acceptable sur le plan dentaire est le produit de la condensation du bisphénol A et du méthacrylate de glycidyle.
CH1005875A 1974-08-02 1975-07-31 Process for the preparation of a sintered ceramic CH618951A5 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US49424074A 1974-08-02 1974-08-02
US59330375A 1975-07-07 1975-07-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH618951A5 true CH618951A5 (en) 1980-08-29

Family

ID=27051362

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH1005875A CH618951A5 (en) 1974-08-02 1975-07-31 Process for the preparation of a sintered ceramic
CH905878A CH618952A5 (en) 1974-08-02 1978-08-28 Ceramic material

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH905878A CH618952A5 (en) 1974-08-02 1978-08-28 Ceramic material

Country Status (20)

Country Link
JP (1) JPS5941946B2 (fr)
AR (1) AR210581A1 (fr)
AT (1) AT370067B (fr)
AU (1) AU500991B2 (fr)
BR (1) BR7504887A (fr)
CA (1) CA1096582A (fr)
CH (2) CH618951A5 (fr)
DE (1) DE2534504A1 (fr)
DK (1) DK347975A (fr)
FI (1) FI64131C (fr)
FR (1) FR2283104A1 (fr)
GB (1) GB1522182A (fr)
IE (1) IE42442B1 (fr)
IL (1) IL47794A (fr)
IT (1) IT1044406B (fr)
LU (1) LU73132A1 (fr)
NL (1) NL182859C (fr)
NO (1) NO138802C (fr)
NZ (1) NZ178266A (fr)
SE (3) SE426386B (fr)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7704659A (nl) * 1976-05-12 1977-11-15 Battelle Institut E V Beendervervangings-, beenderverbindings- of prothesenverankeringsmateriaal.
DE2620907C3 (de) * 1976-05-12 1984-09-20 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt Verankerung für hochbelastete Endoprothesen
US4075092A (en) * 1976-08-10 1978-02-21 Research Corporation High surface area permeable material
CH608957A5 (fr) * 1977-02-25 1979-02-15 Leuthard Paul E
US4195366A (en) * 1977-12-23 1980-04-01 Sterling Drug Inc. Whitlockite ceramic
JPS54147940A (en) * 1978-05-09 1979-11-19 Sakurai Seiya Method for supplying trace nutritious elements to food * controlling oxidation and genera bacteria by basic pentacalcium triiphosphate
JPS5550349A (en) * 1978-10-09 1980-04-12 Kureha Chemical Ind Co Ltd Dental compound material
FR2460657A1 (fr) * 1979-07-12 1981-01-30 Anvar Implant biodegradable utilisable comme piece de prothese osseuse
JPS5645814A (en) * 1979-09-25 1981-04-25 Kureha Chem Ind Co Ltd Hydroxyapatite, its ceramic material and its manufacture
FR2478650A1 (fr) * 1980-03-24 1981-09-25 Commissariat Energie Atomique Ciment utilisable pour la fixation de protheses osseuses
FR2485504A1 (fr) * 1980-06-30 1981-12-31 Centre Nat Rech Scient Nouveau materiau fritte, sa preparation et son application a la realisation de prothese osseuse
FR2527779B1 (fr) * 1982-05-25 1985-05-31 Commissariat Energie Atomique Materiau simulateur du tissu osseux, son procede de preparation et ses utilisations
CA1247960A (fr) 1983-03-24 1989-01-03 Hideki Aoki Implant transcutane
DE3424777C2 (de) * 1983-07-08 1995-08-03 Kyushu Refractories Künstliche Zahnmaterialien
US4654314A (en) * 1983-07-09 1987-03-31 Sumitomo Cement Co., Ltd. Porous ceramic material and processes for preparing same
FR2577142B1 (fr) * 1985-02-13 1987-03-06 Commissariat Energie Atomique Implant osseux en resine epoxyde renforcee par des fibres de carbone et son procede de fabrication
JPH0624964B2 (ja) * 1985-09-23 1994-04-06 東燃株式会社 リン酸カルシウム系ヒドロキシアパタイト及びその製造方法
DE3609432A1 (de) * 1986-03-20 1987-09-24 Kerstin Koerber Sinterbare dentale abformmassen und ihre verwendung
JPH0720486B2 (ja) * 1986-10-30 1995-03-08 京セラ株式会社 リン酸カルシウム系生体補綴材とその製造方法
US4861733A (en) * 1987-02-13 1989-08-29 Interpore International Calcium phosphate bone substitute materials
JP2608721B2 (ja) * 1987-05-12 1997-05-14 旭光学工業株式会社 リン酸カルシウム系材料の製造方法
ES2034510T5 (es) * 1988-06-21 2003-01-16 Rauter Vita Zahnfabrik Masa ceramica dispersada.
EP0410010B1 (fr) * 1989-07-22 1993-10-27 Johannes Friedrich Prof. Dr. Osborn Matériau d'implantation ostéotropique
DE3935060C2 (de) * 1989-10-20 1996-05-30 Herbst Bremer Goldschlaegerei Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials für den Dentalbereich und eine Verwendung desselben
DE4302072A1 (de) * 1993-01-26 1994-07-28 Herbst Bremer Goldschlaegerei Keramisches Material für Zahnfüllungen und/oder Zahnersatz und Verfahren zur Herstellung desselben
GB9310194D0 (en) * 1993-05-18 1993-06-30 Millenium Bioligix Inc Assessment of osteoclast activity
DE10027946A1 (de) * 2000-06-08 2001-12-13 Wolfgang Wiedemann Keramisches Material für Dentalanwendungen sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung eines Ausgangsstoffs des Herstellungsverfahrens für Dentalanwendungen
US20170087060A1 (en) * 2011-11-18 2017-03-30 Sofsera Corporation Tooth surface repairing material
CN114890816B (zh) * 2022-04-20 2023-04-25 广东欧文莱陶瓷有限公司 一种具有树叶面的瓷砖及其制备方法
CN115651634A (zh) * 2022-10-24 2023-01-31 大连工业大学 一种高热稳定性钙钛矿量子点/羟基磷灰石复合发光材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR618953A (fr) 1927-03-24
US2508816A (en) * 1947-01-25 1950-05-23 Ment Jack De Prosthetic tooth composition
US3609867A (en) 1969-03-10 1971-10-05 Research Corp Plastic bone composition
US3787900A (en) * 1971-06-09 1974-01-29 Univ Iowa State Res Found Artificial bone or tooth prosthesis material
ZA741576B (en) * 1973-04-02 1975-02-26 Lee Pharmaceuticals Dental adhesive composition
JPS5645814A (en) 1979-09-25 1981-04-25 Kureha Chem Ind Co Ltd Hydroxyapatite, its ceramic material and its manufacture
JPS58134992A (ja) 1982-01-21 1983-08-11 Kitasato Inst:The 抗生物質am−2604−aおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
NO138802C (no) 1978-11-15
NO752712L (fr) 1976-02-03
JPS5941946B2 (ja) 1984-10-11
FR2283104B1 (fr) 1983-04-29
SE425563B (sv) 1982-10-11
DE2534504C2 (fr) 1989-02-16
IE42442L (en) 1976-02-02
SE426386B (sv) 1983-01-17
NO138802B (no) 1978-08-07
FI752194A (fr) 1976-02-03
JPS5140400A (fr) 1976-04-05
AR210581A1 (es) 1977-08-31
GB1522182A (en) 1978-08-23
ATA599475A (de) 1982-07-15
CA1096582A (fr) 1981-03-03
AU8358275A (en) 1977-02-03
FI64131B (fi) 1983-06-30
FR2283104A1 (fr) 1976-03-26
IL47794A0 (en) 1975-11-25
FI64131C (fi) 1983-10-10
NL7509243A (nl) 1976-02-04
LU73132A1 (fr) 1976-07-01
CH618952A5 (en) 1980-08-29
SE7508751L (sv) 1976-02-03
IT1044406B (it) 1980-03-20
DK347975A (da) 1976-02-03
NZ178266A (en) 1978-04-03
IE42442B1 (en) 1980-08-13
IL47794A (en) 1978-07-31
AT370067B (de) 1983-02-25
BR7504887A (pt) 1976-08-31
SE7804813L (fr) 1978-04-26
NL182859C (nl) 1988-06-01
AU500991B2 (en) 1979-06-07
NL182859B (nl) 1988-01-04
DE2534504A1 (de) 1976-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH618951A5 (en) Process for the preparation of a sintered ceramic
US4195366A (en) Whitlockite ceramic
EP0984902B1 (fr) Procede de preparation d&#39;un biomateriau a base d&#39;hydroxyapatite, biomateriau obtenu et application chirurgicale ou dentaire
JPS595536B2 (ja) カルシウムアルミニウムフルオロケイ酸塩ガラス粉末
CH668551A5 (fr) Compositions pour ciment dentaire a l&#39;aluminate.
FR2824272A1 (fr) Charge prothetique pour un corps vivant, et procede pour sa production
US20190142703A1 (en) Stabilized Calcium Phosphate
EP2043587B1 (fr) Nouveau compose phospho-calco-strontique et ses utilisations
JPS587604B2 (ja) ジンゾウイシヨクヘン オヨビ ソノセイゾウホウ
EP2379121B1 (fr) Composition de biocéramique poreuse pour réparation osseuse
BE831944A (fr) Materiau ceramique
WO1994002411A1 (fr) Procede d&#39;obtention d&#39;hydroxyapatite phosphocalcique, applications au comblement osseux ou dentaire, ou au moulage de pieces, et produits utilises
Zaharia et al. Human dentine remineralization under non-colagen materials action
FI68216B (fi) Opalt isotropiskt och polykristallint sintrat keramiskt material och detta innehaollande plomberingskomposition foer taender
JP2544075B2 (ja) 医科歯科用硬化体の製造方法
JPS6365627B2 (fr)
JPH01104635A (ja) 多孔質体の製造方法
CN115054733B (zh) 丝素蛋白/羟基磷灰石复合微纳米颗粒材料的制备方法及其应用
Park et al. A bone replaceable artificial bone substitute: morphological and physiochemical characterizations
FI68217C (fi) Starkt isotropt sintrat tvaofasigt keramiskt material
AT380786B (de) Restaurative dentalzusammensetzung
JP2808300B2 (ja) 骨補填材用接着剤及びこれを用いた骨補填材
KR810002116B1 (ko) 신규한 다결정성 소결 세라믹을 함유하는 보철재료 조성물
KR790001808B1 (ko) 신규한 다결정성 소결 세라믹의 제조방법
KR810002115B1 (ko) 신규한 다결정성 소결 세라믹을 함유하는 보철재료 조성물

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased