FR2982619A1 - Procede de traitement de surface des implants osseux en titane utilisant un bain d'hydroxyde de sodium afin d'ameliorer leur osteointegration - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de surface d'un implant en titane bioinerte destiné à être posé en contact avec un os du corps humain, du type consistant à laisser des fluides biologiques, tels que la partie minérale du plasma sanguin humain, déposer naturellement sur l'implant en titane un film de phosphate de calcium, de formule Ca (PO ) (OH), sous forme d'hydroxyapatite, en vue de rendre bioactif le titane bioinerte afin de permettre une liaison chimique de l'os avec l'implant, favorisant ainsi l'ostéointégration, le procédé comprenant une opération consistant à immerger le titane dans une solution d'hydroxyde de sodium NaOH, ladite immersion entraînant la formation sur le titane d'une couche d'oxydes de titane hydratés (HTiO ) qui entraîne elle-même l'apparition de groupes hydroxyles TiOH permettant le dépôt dudit film de phosphate de calcium. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que la durée d'immersion dans l'hydroxyde de sodium est inférieure à 8 heures.

Description

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DE SURFACE DES IMPLANTS OSSEUX EN TITANE UTILISANT UN BAIN D'HYDROXYDE DE SODIUM AFIN D'AMÉLIORER LEUR OSTÉOINTÉGRATION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention a trait à un procédé de traitement de surface d'un implant en titane bioinerte destiné à être posé en contact avec un os du corps humain, ledit procédé visant à rendre bioactif le titane bioinerte afin de permettre une liaison chimique de l'os avec l'implant. Un tel traitement va donc favoriser l'ostéointégration de l'implant ainsi traité en surface, la liaison entre ledit l'implant et l'os étant de meilleure qualité et obtenue plus rapidement qu'avec un implant en titane classique. Il est dès lors raisonnablement possible d'espérer une augmentation significative de la durée de vie clinique de la solution implantaire.

ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION La littérature nous a enseigné que les matériaux utilisés à des fins d'implantation dans le corps humain peuvent être de 25 différentes natures. En effet, il existe des matériaux biotolérants, bioinertes et bioactifs dont quelques exemples apparaissent sur le Tableau 1 établi par Kienapfel H., Sprey C., Wilke A., Griss P., Implant fixation by bone ingrowth, The Journal of Arthroplasty, 30 Volume 14 n°3, 1999, lequel Tableau 1 détaille également le niveau de biocompatibilité de certains des matériaux examinés en contact avec l'os. La nuance entre ces types de matériaux se fait par la façon dont ils vont être acceptés par l'organisme. Ainsi, les matériaux biotolérants vont être encapsulés par un 35 tissu fibreux. Les matériaux bioinertes ne vont pas engendrer de réaction des tissus vivants. L'os va pouvoir croître sur ces matériaux sans lien chimique. A l'inverse, les matériaux bioactifs s'intègrent parfaitement au milieu vivant en créant des liens chimiques avec celui-ci. Matériaux Etendue de la bio- Ostéogenèse compatibilité PMMA (Polyméthacrylate Biotolérant Ostéogenèse à distance de méthyle) Acier inoxydable Biotolérant Ostéogenèse à distance Alumine Bioinerte Ostéogenèse de contact Carbone Bioinerte Ostéogenèse de contact Titane et alliages à Bioinerte Ostéogenèse de contact base de titane Alliages chrome-cobalt Bioinerte Ostéogenèse avec liaison Céramiques phospho- Bioactif Ostéogenèse avec calciques liaison Tableau 1 Kokubo T. (voir « Bioactive glass ceramics : properties and applications, Biomaterials 12, pages 155-163, 1991 » et voir également « Formation of biologically active bone-like apatite on metals and polymers by a biomimetic process, Thermochimica Acta 280/281, pages 479-490, 1996 ») a effectué des recherches concluant au fait que la liaison entre le titane et l'os s'effectue par l'intermédiaire d'un film d'apatite, notamment sous la forme d''hydroxyapatite qui est une espèce minérale de la famille des phosphates, de formule Ca5(PO4)3(OH). On sait que le titane est bioinerte. L'os ne peut donc pas se lier chimiquement à ce dernier. Cependant, il a été observé que, à la suite d'une implantation, les fluides biologiques déposent un film de phosphate de calcium qui va se lier chimiquement avec le titane de l'implant. Et c'est à ce dépôt, dans lequel les taux de calcium et de phosphore sont dans le rapport Ca/P voisin de 1,57 à 1,62, dont la constitution est donc très proche de celle de l'os humain, que l'os peut se lier chimiquement.

La Figure 1 schématise d'ailleurs le processus d'accroche de l'os sur un implant in vivo. Des scientifiques ont à cette suite mis au point des techniques d'évaluation de la bioactivité en utilisant à cette fin des solutions qui simulent la partie minérale du plasma sanguin humain, qui contiennent donc les mêmes ions que le plasma sanguin, et à des concentrations équivalentes. Plusieurs solutions de ce type, dites « Simulated Body Fluid » ou encore SBF, ont vu le jour durant ces dernières années. Après le premier SBF créé par Kokubo en 1991, des améliorations ont en effet été apportées à ce fluide afin qu'il représente au mieux la partie minérale du plasma sanguin humain. Les propriétés chimiques du SBF lui permettent ainsi d'évaluer la bioactivité d'un matériau en immergeant ce dernier dans ledit fluide SBF pendant un certain temps et en observant sa surface après séchage. Le Tableau 2, communiqué par Kokubo T., Takadama H. (How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity, Biomaterials 27, pages 2907-2915, 2006), établit d'ailleurs la comparaison entre la composition du plasma sanguin humain et différents SBF. Concentration ionique (mM) Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Cl- HCO3 HPO4- Se Plasma sanguin humain 142,0 5,0 1,5 2,5 103,0 27,0 1,0 0,5 SBF d'origine 142,0 5,0 1,5 2,5 148,8 4,2 1,0 0 SBF corrigé (c-SBF) 142,0 5,0 1,5 2,5 147,8 4,2 1,0 0,5 SBF revisé (r-SBF) 142,0 5,0 1,5 2,5 103,0 27,0 1,0 0,5 SBF amélioré résultant 142,0 5,0 1,5 2,5 103,0 4,2 1,0 0,5 Tableau 2 D'après Kokubo, la couche indispensable à la liaison entre l'os et le titane in vivo peut être reproduite in vitro par immersion dans le SBF. La capacité d'un matériau à créer des liens avec l'os correspond à sa capacité à être recouvert d'une couche d'apatite lors de son immersion dans ce fluide corporel simulé in vitro. A l'inverse, la colonisation osseuse ne pourra pas se faire sur un matériau qui ne présente pas de dépôt d'apatite après son immersion dans le SBF. L'observation du dépôt d'apatite peut se faire par microscopie électronique, et l'analyse de la composition de ce dépôt peut être effectuée par tout procédé d'analyse chimique.

Toujours selon Kokubo, il est en conséquence possible de comparer la bioactivité de plusieurs matériaux en comparant la vitesse de déposition de l'apatite lors de l'immersion de ces différents matériaux dans du SBF. En 2008, s'intéressant plus particulièrement au titane pur, l'équipe de Waléria Silva de Meideros, de Oliveira M.V., Pereira L.C. et de Andrade M.C. (Bioactive Porous Titanium : an alternative to surgical implants, Artificial Organs 32(4), pages 277-282, 2008) a immergé dans du SBF des échantillons poreux en titane pur. Cette équipe a conclu que, après sept jours, un dépôt de calcium était identifiable. Puis, à partir de quatorze jours, il est possible d'observer par analyse EDX la présence de calcium et de phosphore. D'ailleurs, comme le montre la Figure 2, on peut voir qu'après quatorze et, respectivement, vingt-huit jours d'immersion, un film de phosphate de calcium est présent en surface du matériau. Selon Kokubo, dans son article précité paru en 1996 dans « Thermochimica Acta », la couche d'apatite qui se dépose sur le matériau implanté dans le corps humain se fait grâce aux groupes hydroxyles (OH) présents en surface dudit matériau. Ces groupes hydroxyles apparaissent grâce à l'action des fluides biologiques sur le matériau. Une couche contenant des oxydes de titane hydratés (HTiO3-) peut être reproduite, pour le titane, en l'immergeant dans une solution contenant de l'hydroxyde de sodium NaOH concentré à 10 moles par litre. En effet, l'immersion du titane dans cette solution permet de dissoudre la couche d'oxyde passive en surface et de créer une nouvelle couche d'oxydes nécessaires à l'accroche de la couche d'apatite. Le même auteur nous informe sur le fait que cette nouvelle couche est instable à la fois mécaniquement et chimiquement. Pour la stabiliser, il réalise un traitement thermique à 600°C afin de rendre ce dépôt amorphe et cristallin. La présence de cette couche facilite l'apparition des groupes hydroxyles (TiOH) en surface du matériau, qui vont induire la formation d'apatite. Lenka Jonasova et son équipe (Jonasova L., Müller F.A., Helebrant A., Strnad J., Greil P., Biomimetic apatite formation on chemically treated titanium, Biomaterials 25, pages 11871194, 2004) ont travaillé sur ce même sujet. Mais, pour leur part, ils ont cherché à améliorer un tel traitement du titane à l'hydroxyde de sodium en préparant le titane et, plus précisément, en le décapant avec une solution contenant du HC1. D'après leurs travaux, ceci permet d'obtenir, avant le traitement au NaOH, une couche de TiO2 plus fine et plus uniforme que sans ce décapage. Des échantillons qui avaient été traités avec ce procédé (HC1 puis NaOH) ont ensuite été immergés dans du SBF. Des analyses chimiques, suite à chaque étape, ont été effectuées et des suppositions sur les réactions chimiques ayant lieu, conduisant à des modifications de la surface des échantillons de titane, ont été émises comme on peut le voir sur la Figure 7.

Il semble que le décapage parvienne à dégrader la couche de TiO2 présente naturellement sur le titane et, à la suite de cette dégradation, il se forme une couche de TiH2. Au contact de l'air ambiant, une nouvelle couche de TiO2 plus fine se forme. L'immersion dans l'hydroxyde de sodium permet de dissoudre cette couche superficielle de TiO2 et de former un nouvel oxyde de titane contenant des ions Na+. Lors de l'immersion dans le SBF, un échange d'ions se produit entre celui-ci et la surface du titane. Ceci conduit à la formation d'une couche de TiOH. Les ions Ca2+ sont ensuite incorporés à cette couche. Ces ions, de par leur charge positive, vont permettre de former de l'apatite sur la surface. En effet, les ions (PO4)3 et (CO3)2 vont pouvoir s'y accrocher et ainsi former de l'apatite. L'apatite ici formée en surface est de l'HydroxyCarbonated Apatite (HCA), c'est-à-dire une hydroxy apatite proche de celle présente naturellement dans un tissu osseux. Cela étant, il n'a été tiré aucune conclusion de toutes ces hypothèses formulées dans la littérature alors pourtant que les implants en titane sont de plus en plus utilisés et que sont même apparus récemment des implants en titane poreux dont les caractéristiques de porosité sont très voisines de celles de l'os humain. Des tests ont été effectués par plusieurs auteurs, dont Kokubo dès 1991 puis Hong en 2008, ces tests consistant à traiter en surface par de l'hydroxyde de sodium plusieurs échantillons de titane, en immergeant ces échantillons dans une solution de NaOH à 10 moles par litre chauffée à 60°C, pendant une durée comprise entre 24 heures et 48 heures. Ces tests sont toutefois restés sans suite car les résultats obtenus se sont révélés décevants : les quantités de phosphore déposées étaient très faibles relativement à celles de calcium et, de ce fait, le rapport Ca/P était nettement supérieur à 4 et faisait douter qu'il puisse s'agir d'apatite. La présente invention propose donc un procédé ayant pour but de rendre bioactif le titane bioinerte afin de permettre une liaison chimique de l'os avec l'implant réalisé en un tel métal, et de favoriser ainsi l'ostéointégration de cet implant, ledit procédé ayant au surplus l'énorme avantage de pouvoir être mis en oeuvre de façon industrielle.

DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L'INVENTION La présente invention a donc pour objet un procédé de traitement de surface d'un implant en titane bioinerte destiné à être posé en contact avec un os du corps humain, du type consistant à laisser des fluides biologiques, tels que la partie minérale du plasma sanguin humain, déposer naturellement sur l'implant en titane un film de phosphate de calcium, de formule Ca5(PO4)3(OH), sous forme d'hydroxyapatite, en vue de rendre bioactif le titane bioinerte afin de permettre une liaison chimique de l'os avec l'implant, favorisant ainsi l'ostéointégration, ledit procédé comprenant une opération consistant à immerger le titane dans une solution d'hydroxyde de sodium NaOH, ladite immersion entraînant la formation sur le titane d'une couche d'oxydes de titane hydratés (HTiO3-) qui entraîne elle-même l'apparition de groupes hydroxyles TiOH permettant le dépôt dudit film de phosphate de calcium, ledit procédé étant caractérisé en ce que la durée d'immersion dans l'hydroxyde de sodium est inférieure à 8 heures. La durée d'immersion de l'implant en titane dans l'hydroxyde de sodium est comprise entre 2 et 4 heures, et est 15 de préférence de l'ordre de 3 heures. La température de la solution d'hydroxyde de sodium, autre paramètre de cette opération d'immersion, est comprise entre 60°C et 100°C et elle est de préférence comprise entre 75°C et 85°C. 20 Selon une variante de mise en oeuvre, le procédé précité comprend en outre une opération de séchage de l'implant en titane à une température comprise entre 90°C et 110°C. Selon une variante particulièrement avantageuse, la durée d'immersion de l'implant en titane dans l'hydroxyde de sodium 25 est de l'ordre de 3 heures, la température de la solution d'hydroxyde de sodium est de l'ordre de 80°C et la température de séchage est de l'ordre de 110°C. Très avantageusement, la solution d'hydroxyde de sodium est concentrée à 10 moles par litre. 30 Selon une autre variante de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention comprend en outre une opération consistant à soumettre l'implant en titane à une stérilisation, notamment par autoclavage. Selon encore une autre variante de mise en oeuvre du 35 procédé selon l'invention, l'opération d'immersion de l'implant en titane dans la solution d'hydroxyde de sodium entraînant le dépôt dudit film de phosphate de calcium sur l'implant est précédée d'une opération de décapage avec une solution acide contenant notamment de l'acide chlorhydrique HC1 ou de l'acide fluonitrique HFN03.

La présente invention a pour second objet tout implant en titane obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé répondant aux caractéristiques précitées. Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci- annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que celui d'illustrer le texte de la description et qu'ils ne constituent donc en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La Figure 1 est un schéma du processus d'accroche de l'os sur les implants irrigués par les fluides corporels. La Figure 2 reproduit les observations au microscope 20 électronique à balayage d'un dépôt de phosphate de calcium sur des échantillons en titane pur après 14 (à gauche) et 28 (à droite) jours d'immersion dans du SBF. La Figure 3 montre un exemple de réalisation d'échantillons en forme de pastille trouée, utilisés pour les 25 essais de bioactivité. La Figure 4 représente un porte-échantillons destiné à porter les pastilles de la Figure 3, ledit porte-échantillons étant lui-même fixé au bouchon d'une bouteille utilisée pour les essais de bioactivité. 30 La Figure 5 représente en coupe verticale le schéma d'une bouteille utilisée aux fins précitées, ladite bouteille contenant en conséquence le porte-échantillons et du SBF. La Figure 6 est une vue du dispositif expérimental utilisé. 35 La Figure 7 détaille les modifications, selon Lenka Jonasova et son équipe, de la surface du titane : pendant le décapage au HC1 (a-b), pendant le traitement au NaOH (b-c) et durant les phases de dépôt d'apatite dans le SBF (d-f). La Figure 8 est une comparaison des aspects des surfaces obtenues après un traitement de 24 heures par une solution 5 d'hydroxyde de sodium chauffée à 60°C, avant immersion dans du SBF ; l'image de gauche provient des travaux de T.F. Hong (Fabrication of porous titanium scaffold materials by a fugitive filler method, J Mater Sci: Mater Med, pages 34893495, 2008) et l'image de droite est celle d'un des 10 échantillons préparés conformément à l'invention. La Figure 9 est une comparaison des aspects des surfaces obtenues après le même traitement de 24 heures à l'hydroxyde de sodium à 60°C, après immersion dans du SBF ; l'image de gauche provient des travaux précités de T.F. Hong et l'image de droite 15 est celle d'un des échantillons préparés conformément à l'invention. La Figure 10 montre l'influence du temps de traitement à l'hydroxyde de sodium sur l'aspect de surface observé sur différents échantillons ; à gauche, après 3 heures de 20 traitement (Expérience n° 1) et, à droite, après 24 heures de traitement (Expérience n° 8). La Figure 11 est l'image observée par microscopie à balayage d'une zone d'un échantillon de l'Expérience n° 9 ayant été autoclave, après immersion dans le SBF. 25 La Figure 12 montre les résultats obtenus au cours des diverses expériences ainsi que ceux qui ont pu être extrapolés en utilisant le logiciel JMP 9. Les Figures 13A et 13B montrent les paramètres donnant lieu aux rapports Ca/P mini et maxi. 30 DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS DE L'INVENTION Un dispositif spécifique a été mis au point, un tel dispositif permettant de réaliser des essais d'immersion dans 35 du SBF pour des échantillons ayant subi au préalable différents traitements de surface. Ce dispositif et ses différents accessoires sont représentés aux Figures 3 à 6. Les expériences menées ont bien sûr toutes en commun le fait de comprendre au final l'immersion d'échantillons en titane dans du SBF pendant un temps défini. Des échantillons spécifiques en forme de petites pastilles ont été conçus comme le montre la Figure 3. Ces pastilles, réalisées en titane de grade 2, ont un diamètre de 10 mm et une épaisseur de 1,5 mm. Le trou percé au centre desdites pastilles de titane permet de suspendre trois de ces pastilles sur un porte-échantillons 1 réalisé en fil d'acier inoxydable visible sur la Figure 4. Le fil est fixé au centre du bouchon 2 d'une bouteille 3 contenant du SBF 4, ce qui permet d'immerger les échantillons par groupe de trois dans le SBF. La Figure 5 schématise ce principe. Afin d'être représentatives des phénomènes se déroulant dans le corps humain, les expériences finales d'immersion précitées sont réalisées à une température de 37°C. Pour cela, les bouteilles 3 sont immergées dans un bain-marie 5 dont la température est régulée à 37°C. La Figure 6 est une photographie du dispositif expérimental. Des bouteilles 3 contenant chacune trois échantillons de titane qui ont préalablement subi le même traitement de surface et qui baignent dans du SBF 4 sont suspendues au couvercle (non représenté) du bac principal 6, et sont mises en mouvement par une pompe d'agitation 8. Ladite pompe 8 permet à la fois d'homogénéiser la température de l'eau servant au bain-marie, et d'agiter les bouteilles contenant les échantillons de titane et le SBF. Un plan d'expériences préliminaires de traitements de surface a été réalisé afin d'étudier l'influence de différents paramètres tels que la durée de l'immersion des échantillons dans la solution d'hydroxyde de sodium, la température de cette solution d'hydroxyde de sodium et la température de séchage des échantillons. Tout au long de ces diverses expériences préliminaires, la concentration en hydroxyde de sodium a en revanche été choisie constante, à 10 moles par litre, telle que l'enseigne la littérature. La méthode de Taguchi est utilisée afin de limiter le nombre d'expériences, comme on peut le voir sur le Tableau 3 qui détaille les différents traitements appliqués à dix échantillons de titane. L'échantillon 9 du Tableau 3 ne fait pas partie du plan de Taguchi. Il a été réalisé afin de connaître l'influence de l'autoclavage sur le traitement à l'hydroxyde de sodium. En effet, la stérilisation étant une étape indispensable de la préparation des implants pour la chirurgie, la déposante de la présente demande de brevet a souhaité savoir si une stérilisation ne représente pas un danger pour ce type de traitement. Le traitement réalisé est conforme à celui préconisé en 1991 par Kokubo. Après traitement, la stérilisation par autoclave est réalisée. L'échantillon 10 sert d'échantillon témoin pour l'influence de l'autoclave. A cet effet, le traitement réalisé sur l'échantillon 10 est le même que pour l'échantillon 9 mais sans passage à l'autoclave. Chaque type d'échantillon est triplé afin de s'assurer de la répétabilité des opérations préliminaires de traitements de surface ainsi effectuées.

Expérience Temps traitement T° traitement T° de séchage NaOH (heures) NaOH (°C) (°C) 1 3 60 90 2 6 75 90 3 12 75 110 4 3 80 110 5 24 70 110 6 6 60 110 7 12 70 90 8 24 80 90 9 (autoclave) 24 60 100 10 24 60 100 Tableau 3 Analyse des résultats Après avoir reçu de tels traitements de surface différents en temps et en température, les différents échantillons ainsi traités sont immergés pendant une semaine dans le SBF (r-SBF, voir Tableau 2), puis sont observés par microscopie électronique. Des analyses chimiques sont réalisées afin de connaître la composition de l'apatite formée en surface. Trois analyses chimiques sur des zones de 240x240pm2 sont réalisées sur chaque échantillon afin d'améliorer les statistiques. Les principaux composants de l'apatite sont le calcium et le phosphore. Leur quantité respective définit la « qualité » du dépôt formé. En effet, un rapport Ca/P compris entre 0,5 et 2 est nécessaire pour s'assurer que le dépôt est bien de l'apatite (Driessens F.C.M., Boltong M.G., de Maeyer E.A.P., Wenz R., Nies B., Planell J.A., The Ca/P range of nanoapatitic calcium phosphate cements, Biomaterials 23, pages 4011-4017, 2002). En outre, il faut être bien conscient du fait que, plus les quantités de calcium et de phosphore sont importantes, plus le traitement est efficace. Les analyses par EDX sont représentatives du taux de chaque élément sur toute la surface de l'échantillon. Une cartographie de la composition chimique est réalisée pour chaque analyse globale. Cette façon de procéder permet de visualiser la répartition des éléments dans la zone analysée. Le Tableau 4 synthétise les résultats des analyses globales. Ledit Tableau rappelle en conséquence les paramètres des différentes expériences ainsi que, pour chaque expérience, les taux de calcium et de phosphore et le rapport Ca/P avec leurs écarts types respectifs. Les résultats présentés sont les moyennes des neuf mesures de chaque expérience (trois mesures sur trois échantillons par expérience). Les taux de chaque élément Ca et P sont donnés en pourcentage atomique. Les données du Tableau sont classées dans l'ordre croissant par temps de traitement, puis par température de traitement.

N° Temps NaOH T° NaOH T° Séchage %Ca moyen %P moyen Ca/P moyen Echantillon 1 3 60 90 0,63±0.09 0,49±0.04 1,29±0.10 4 3 80 110 0,75±0.09 0,47±0.03 1,57±0.15 6 6 60 110 0,70±0.11 0,35±0.07 1,99±0.19 2 6 75 90 0,73±0.08 0,37±0.13 2,13±0.61 7 12 70 90 0,85±0.04 0,33±0.04 2,57±0.25 3 12 75 110 0,96±0.12 0,37±0.04 2,60±0.12 24 70 110 1,26±0.11 0,43±0.10 3,02±0.51 8 24 80 90 1,57±0.21 0,45±0.06 3,52±0.17 9 24 60 100 1,16±0.20 0,41±0.09 2,86±0.58 24 60 100 0,99±0.05 0,23±0.04 4,29±0.59 Tableau 4 5 L'observation des résultats apparaissant dans le Tableau 4 montre que le taux de calcium dépend fortement des paramètres choisis, et principalement du temps de traitement. En effet, le taux de calcium est multiplié par deux environ lorsque le temps de traitement passe de 3 à 24 heures. Quant au taux de 10 phosphore, il est en revanche quasiment le même pour des durées de traitement de trois et 24 heures. Il est toutefois à noter que ce taux de phosphore est légèrement plus faible pour des durées de 6 et 12 heures. Ceci a pour conséquence un rapport Ca/P fortement dépendant des paramètres choisis.

Le fait que le taux de phosphore n'évolue quasiment pas avec les paramètres du traitement est intéressant pour l'optimisation du traitement. En effet, il apparaît désormais possible, en jouant sur de tels paramètres, de faire évoluer le rapport Ca/P afin de se rapprocher du rapport que l'on peut trouver dans l'os humain, compris entre 1,57 et 1,62. Observations au microscope électronique à balayage Le traitement à l'hydroxyde de sodium a pour particularité 25 de modifier l'aspect visuel de la surface du titane en créant des sortes d'écailles. Ceci est visible sur les Figures 8 et 9 où l'on compare des images provenant de la littérature avec les images sur des échantillons traités au NaOH pendant 24 heures obtenues par la déposante, à une échelle similaire. La Figure 8 présente la comparaison avant immersion dans le SBF alors que la Figure 9 compare les surfaces après cette immersion. On remarque que l'immersion dans le SBF change aussi l'aspect de la surface en augmentant la taille des cratères. Comme le montrent ces deux Figures, les résultats obtenus concordent avec ce que la littérature enseigne.

La modification de la surface des échantillons par le traitement à l'hydroxyde de sodium est bien visible pour des traitements d'une durée assez longue, de 24 heures ou plus. Par contre, pour de petits temps de traitement, l'aspect visuel n'est pas le même bien que la surface soit modifiée chimiquement. On constate sur la Figure 10 la différence entre un traitement de 3 heures et de 24 heures. Ainsi, l'aspect craquelé au bout de 3 heures de traitement est très superficiel et presque invisible. Les images de la Figure 10, tout comme le Tableau 4, montrent que le temps de traitement a une grande influence sur le dépôt de calcium. En effet, sur l'échantillon de l'Expérience n° 8 obtenu après 24 heures de traitement, il y a beaucoup plus de traces blanches qui, d'après les analyses chimiques, sont des traces de calcium. Sur l'échantillon de l'Expérience n°1, donc après 3 heures, il est impossible de voir le dépôt de phosphate de calcium à cette échelle. L'analyse chimique montre cependant qu'il y a pourtant bien un dépôt d'apatite. Ceci signifie que le dépôt présente une épaisseur qui est trop faible pour pouvoir être observé de cette manière. L'essai d'immersion dans le SBF des échantillons autoclavés révèle par ailleurs que ce procédé de stérilisation n'affecte pas négativement les effets du traitement à l'hydroxyde de sodium. En effet, on remarque sur la Figure 11 que l'aspect de la surface est le même pour ce type d'échantillon que pour un échantillon n'ayant pas été autoclavé tel celui que l'on peut voir par exemple à droite de la Figure 8. En observant les données du Tableau 4 et en comparant les échantillons 9 et 10, on voit clairement que l'autoclavage 5 engendre un dépôt de calcium légèrement plus grand et augmente considérablement le dépôt de phosphore. Ces variations conduisent par conséquent à la diminution du rapport Ca/P, ce qui a pour effet d'améliorer la qualité du dépôt. Ceci est probablement dû au fait que la vapeur d'eau de l'autoclavage 10 hydrate la surface du titane traité à l'hydroxyde de sodium et va ainsi créer des groupes hydroxyles Ti-OH. Or, l'on sait que ces derniers permettent d'induire la formation d'apatite sur le matériau. L'autoclavage rend donc la surface du titane traité à l'hydroxyde de sodium bioactive et permet encore plus 15 rapidement le dépôt d'un film d'apatite sur les implants en titane. Le logiciel JMP 9 est utilisé pour traiter les données du plan d'expériences. Les quantités de calcium et de phosphore obtenues pour chaque mesure sont entrées dans le logiciel.

20 Celui-ci est alors capable par extrapolations d'estimer les quantités moyennes de calcium et de phosphore ainsi que les écarts-types pour des valeurs de paramètres qui n'ont pas été testées. Il permet aussi d'observer finement l'influence de chaque paramètre sur l'efficacité du traitement.

25 On peut constater sur la Figure 12 que le taux de calcium augmente avec le temps de traitement à l'hydroxyde de sodium. C'est le paramètre le plus influent sur le dépôt de phosphate de calcium et donc sur l'efficacité du traitement. La variation du taux de calcium est en revanche nettement moins dépendante 30 de la température de l'hydroxyde de sodium, mais l'on observe tout de même une légère tendance à la croissance de ce taux avec la température. L'influence de la température de séchage quant à elle n'est pas significative. L'influence de la température de l'hydroxyde de sodium et 35 de la température de séchage sur le taux de phosphore n'est pas significative. On remarque que le plus haut taux de phosphore est néanmoins obtenu pour des durées d'immersion dans l'hydroxyde de sodium de 3 heures et de 24 heures. Cette étude montre que les paramètres pris en compte n'influencent quasiment pas le dépôt de phosphore. En revanche, 5 ils agissent principalement sur le dépôt de calcium et, par voie de conséquence, ils agissent directement sur le rapport Ca/P. En effet, le rapport Ca/P augmente notablement avec le temps de traitement et plus légèrement avec la température de l'hydroxyde de sodium. Par contre, la température de séchage, 10 quasiment sans effet sur les dépôts de calcium et de phosphore, n'influe pas sur ce rapport Ca/P. Le rapport Ca/P peut évoluer entre 1,15 ± 0,3 (Figure 13A) et 3,52 ± 0,21 (Figure 13B) en fonction des paramètres de traitement choisis, et notamment du temps de traitement, comme 15 on peut le voir sur la Figure 13. Il s'en déduit que l'on peut choisir des paramètres de traitement propices à la formation d'une forme de phosphate de calcium bien précise. A titre d'exemples : - la Figure 13A nous indique que le rapport Ca/P mini est 20 obtenu pour 3 heures de traitement dans une solution d'hydroxyde de sodium à 70°C suivies d'un séchage à 110°C, et - la Figure 13B nous indique que le rapport Ca/P maxi est obtenu pour 24 heures de traitement dans une solution d'hydroxyde de sodium à 80°C suivies d'un séchage à 90°C.

25 Cette étude montre donc qu'en ajustant judicieusement les paramètres tels que le temps d'immersion dans l'hydroxyde de sodium et la température du bain d'hydroxyde de sodium, certains traitements avec ce produit permettent de former sur un implant en titane un dépôt de phosphate de calcium qui, 30 après immersion dans le SBF, est le plus proche possible de celui constituant l'os humain. Le traitement idéal semble consister en une immersion de l'ordre de 3 heures dans un bain d'hydroxyde de sodium chauffé à une température de l'ordre de 80°C, suivie d'un séchage à une température de l'ordre de 35 110°C. Ceci permet en effet d'obtenir un rapport Ca/P de 1,57 ± 0,15, qui est donc très proche de celui de l'os humain compris entre 1,57 et 1,62. Cette proposition de traitement a le grand intérêt de pouvoir être industrialisée : - en réduisant le temps de traitement à 3 heures, il est 5 permis au sous-traitant d'effectuer, dans une même journée, la réception de l'implant en titane, son traitement chimique, son conditionnement et sa livraison, - la température de la solution d'hydroxyde de sodium, qui est de moindre effet si elle est inférieure à 60°C et qui 10 rend la solution délicate à manipuler au plan industriel si elle est supérieure à 100°C, voire dès 85°C, est au voisinage du summum de la température optimale où l'on combine tout à la fois une forte efficacité et une réduction significative du danger dans les manipulations.

15 Le procédé que l'invention propose conduit à optimiser un traitement de surface permettant une meilleure ostéointégration des implants en titane. Les paramètres principaux du traitement préconisé selon l'invention assurent la formation in vitro d'un dépôt d'apatite de meilleure qualité. Ce traitement optimisé 20 sera donc beaucoup plus efficace in vivo. Une immersion dans une solution d'hydroxyde de soude à 10 moles par litre à 80°C pendant 3 heures suivies d'un séchage à une température de 110°C semble idéale. Par rapport aux traitements présentés dans la littérature, ce nouveau traitement permet d'augmenter 25 significativement le taux de phosphore déposé et d'abaisser légèrement le taux de calcium. Il en résulte l'obtention d'un rapport Ca/P près de trois fois plus faible que celui obtenu selon la littérature. En effet, alors que les traitements à l'hydroxyde de sodium définis dans la littérature engendraient 30 principalement un dépôt de calcium, au surplus après une attente comprise entre 24 heures et 48 heures, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention assure qu'un temps de l'ordre de 3 heures seulement permet un dépôt d'apatite d'une quantité équivalente à celui obtenu selon la littérature, mais d'une 35 qualité bien meilleure car la composition de cet apatite est proche de celle de l'os humain.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1) Procédé de traitement de surface d'un implant en titane bioinerte destiné à être posé en contact avec un os du corps humain, du type consistant à laisser des fluides biologiques, tels que la partie minérale du plasma sanguin humain, déposer naturellement sur l'implant en titane un film de phosphate de calcium, de formule Ca5(PO4)3(OH), sous forme d'hydroxyapatite, en vue de rendre bioactif le titane bioinerte afin de permettre une liaison chimique de l'os avec l'implant, favorisant ainsi l'ostéointégration, le procédé comprenant une opération consistant à immerger le titane dans une solution d'hydroxyde de sodium NaOH, ladite immersion entraînant la formation sur le titane d'une couche d'oxydes de titane hydratés (HTiO3-) qui entraîne elle-même l'apparition de groupes hydroxyles TiOH permettant le dépôt dudit film de phosphate de calcium, caractérisé en ce que la durée d'immersion dans l'hydroxyde de sodium est inférieure à 8 heures.
2. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la durée d'immersion dans l'hydroxyde de sodium est comprise entre 2 et 4 heures.
3. 3) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la durée d'immersion dans l'hydroxyde de sodium est de l'ordre de 3 heures.
4. 4) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, 30 caractérisé en ce que la température de la solution d'hydroxyde de sodium est comprise entre 60°C et 100°C.
5. 5) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température de la solution d'hydroxyde 35 de sodium est comprise entre 75°C et 85°C.
6. 6) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération de séchage de l'implant à une température comprise entre 90°C et 110°C.
7. 7) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la durée d'immersion de l'implant dans l'hydroxyde de sodium est de l'ordre de 3 heures, la température de la solution d'hydroxyde de sodium est de l'ordre de 80°C et la température de séchage est de l'ordre de 110°C.
8. 8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la solution d'hydroxyde de sodium est concentrée à 10 moles par litre.
9. 9) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à soumettre l'implant à une stérilisation, notamment par autoclavage.
10. 10) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'opération d'immersion de l'implant en titane dans la solution d'hydroxyde de sodium entraînant le dépôt dudit film de phosphate de calcium sur l'implant est précédée d'une opération de décapage avec une solution acide contenant notamment de l'acide chlorhydrique HC1 ou de l'acide fluonitrique HFN03.
11. 11) Implant en titane caractérisé en ce qu'il est obtenu par 30 la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10.