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  • M1 Science des matriaux - matriaux pour la mdecine - D. Bazin - Sept 2011

    Prothse TiO2 - 1 -

    M1 Science des matriaux -

    matriaux pour la mdecine -

    D. Bazin - Sept 2011

    Chapitre 2 Partie A

    Loxyde de Titane TiO2

    D. Bazin

    Laboratoire de Physique des Solides UMR 2502,

    Universit Paris Sud, Bt 510 91405 Orsay Cedex, France.

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    2011 Prothse TiO2

    2

    PLAN Chapitre 0 Introduction

    Chapitre 1 Sondes & Polymres

    Chapitre 2 - Prothse en alliage base de titane Partie A Chapitre 2.1 Aspect mdical Chapitre 2.1a La Hanche

    Chapitre 2.1b Le disque intervertbral

    Chapitre 2.1c Implants dentaires

    Chapitre 2.2 Mtallurgie - La raideur des alliages

    Chapitre 2.3 Surface dune prothse en titane Chapitre 2.3a Nature de la surface dune prothse en titane.

    Chapitre 2.3b La structure de loxyde TiO2.

    Chapitre 2.3c Taille et stabilit des particules de TiO2.

    Partie B Diffraction des rayons X Chapitre 2.4a Gnralits

    Chapitre 2.4b Aspects exprimentaux

    Chapitre 2.4c Complmentarit Neutrons Rayons X

    Chapitre 2.4d Equation de Debye

    Chapitre 2.4e Diffraction de nanomatriaux

    Chapitre 2.4f Formule de Scherrer

    Chapitre 2.4g Le cas de nanocristaux anisotropes

    Chapitre 2.4h Application aux apatites

    Partie C Chapitre 2.5 Revtement dapatite Chapitre 2.5a Mcanismes de formation de lapatite

    Chapitre 2.5b Rgularit de la couche de TiO2

    Chapitre 2.5c Composition chimique de linterface Ti/HA

    Chapitre 2.5d Porosit

    Chapitre 2.5e Optimisation de la couche dapatite

    Chapitre 2.6 Etude de la surface dun implant rel

    Chapitre 2.7 Autres applications Chapitre 2.7a TiO2 comme agent anticancreux

    Chapitre 2.7b TiO2 comme agent antibactrien (Ag/TiO2)

    Chapitre 2.7c TiO2 Pour stopper les hmorragies

    Chapitre 2.8 Toxicit des nanoparticules de TiO2 Chapitre 2.8a Rponse cellulaire

    Chapitre 2.8b Par inhalation

    Chapitre 2.8c A travers la peau

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    Chapitre 2.1 Aspect mdical

    Chapitre 2.1a La Hanche

    La prothse de hanche remplace la fois

    lextrmit suprieure du fmur et le cotyle.

    1

    1. http://www.orthopale.org/prothese-totale-de-hanche.php

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    Des centaines de modles diffrents de prothses

    totales de hanche ont t conus et utiliss depuis les

    annes 1960.

    Prothse fmorale et cotyle prothtique existent en

    de nombreuses tailles ce qui permet de les adapter la

    morphologie de chaque individu. Dans quelques cas

    exceptionnels, la prothse peut tre ralise sur mesure,

    aprs dtermination par scanner des dimensions

    ncessaires.

    Prothses de hanche

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    Mise en place dune prothse

    2

    2. http://www.prothese-hanche.com/pdf/2_pha.pdf

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    Lavis dun mdecin3

    3. http://www.prothese-hanche.com/pdf/2_pha.pdf

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    La queue est fixe dans le fmur.

    Le col est conique. Dans certaines prothses il

    est amovible, ce qui permet de faire varier sa

    direction et sa longueur.

    La tte sphrique est amovible. Elle se fixe sur

    le col.

    Elle existe en plusieurs tailles d'enfoncement

    sur le col ce qui permet de rgler la tension

    musculaire et la longueur du membre. et en

    plusieurs diamtres (22 - 26 - 22 - 32).

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    Chapitre 2.1b Le disque intervertbral Suppression du disque intervertbral et la ralisation

    dune "fusion vertbrale" qui consiste en la jonction de

    deux vertbres contigus spares par un espaceur

    rigide. La colonne vertbrale perd une partie de sa

    mobilit mais la douleur disparat.

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    4

    4. http://www.maitrise-orthop.com/viewPage.do?id=929

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    Actuellement la fusion est ralise laide de cages rigides, gnralement en titane, qui assurent la

    fixation des deux vertbres et dun implant osseux

    qui permet la jonction des deux vertbres. Les cages

    ont souvent une forme cylindrique creuse et

    prsentent des parois perfores, qui favorisent

    lirrigation de limplant et la formation du pont

    osseux.

    5

    5. http://www.synthesprodisc.com/html/fileadmin/user_upload/content/lumbar/pdfs/opt/026.000.432.pdf

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    Cage rigide

    Plus de 15 000 prothses Prodisc-L

    implantes depuis 1990

    Une tude rtrospective avec 11 ans

    de suivi indique un taux de satisfaction

    des patients de 93%.

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    Chapitre 2.1c Implants dentaires6

    110 000 implants dentaires sont poss chaque anne. Les implants dentaires sont en titane, insrs

    dans los de la mchoire pour remplacer la racine

    dentaire manquante. Apres une courte priode de

    gurison, los sattache limplant. Ainsi une dent de

    remplacement peut tre fixe sur limplant.

    7

    Inconvnients : Longs et couteux

    6. C. Demangel, Les alliages de titane dans le domaine mdical, Journe technique du 24

    Avril 2008.

    7. www.cnrs.fr

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    Chapitre 2.2 Mtallurgie - La raideur des alliages

    La raideur dfinie comme le produit du moment dinertie I et du module dYoung E est un

    paramtre dterminant lors du choix dun

    biomatriau. En effet, linterface biomatriau/os,

    le transfert des contraintes occasionne localement

    leurs modifications.

    8

    Or il a t montr que les ostoblastes se trouvant en traction stimulent la production de calcium et

    favorisent lostointgration alors qu linverse celles

    situes en compression meurent et par consquent

    ramollissent la structure osseuse.

    Un tel phnomne du la diffrence

    8. http://moodle.univ-

    brest.fr/medecine/public/sites/Serveur_2009/Histologie/Histo_gen/T_squele/Tsqu324.htm

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    entre les modules dlasticit des implants

    massifs et de los peut avoir comme

    consquence un dchaussement de

    limplant. Cest pourquoi il convient

    dabaisser le module E de limplant celui

    de los.

    A ce jour, une des mthodes les plus

    utilises reste le dveloppement de

    surfaces poreuses linterface implant

    massif/os, le module des cramiques et des

    mtaux variant avec la porosit p selon la

    relation

    E = E0 (1-1.21p2/3

    )

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    Chapitre 2.3 La surface dune

    prothse en titane

    Chapitre 2.3a Nature de la surface Ti

    M

    Ti metal9 in the presence of air or water

    spontaneously forms a native oxide layer of

    roughly 30 thickness.

    9. E,L. Bullock et al., Clean and hydroxylated rutile TiO2(110) surfaces studied by X-ray

    photoelectron spectroscopy Surface Science 352-354 (1996) 504-510

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    In addition, the uppermost atomic layer of

    is hydroxylated10,11,12

    .

    10. P.W. Schindler, in: Review in Mineralogy, Vol. 23, Eds. M.F. HocheUa and A.F. White

    (Mineralogical Society of America, Washington, 1990) p. 281.

    11. P.W. Schindler, in: Metal Ions in Biological Systems, Vol. 18, Eds. H. Sigel and A. Sigel

    (Dekker, New York, 1984) p.105.

    12. G.D. Parfitt, in: Progress in Surface Membrane Science, Vol. 11 (1976) p. 181.

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    Chapitre 2.3b La structure de

    loxyde TiO2 13 Titanium14 oxides exist in a wide range of stoichiometries

    varying from a dilute solid solution of oxygen in hexagonal

    close-packed (hcp) Ti to fully oxidized TiO2.

    TiO2 may exit in amorphous or in crystalline forms :

    Ensemble des polymorphes de TiO215

    13. U.