ANR-FWF - Appel à projets générique 2018 - FWF

Mise en forme thermo-plaastique de verres métalliques à basse densité base Titane pour applications dentaires – TNT

Verres métalliques base Titane à faible densité et biocomaptible pour implants dentaires.

L'objectif ici est de développer de nouvelles nuances pour les implants dentaires afin d'obtenir de meilleures propriétés de résistance mais aussi étudier l'influence de la textue de surface sur l'intégration dans le corps humain. Cela pourra déboucher sur une amélioration des durées de vie des implants.

Vers une amélioration des conditions de vie pour les patients ayant un implant dentaire

Les verres métalliques massifs sont des matériaux de plus en plus convoités par l’industrie biomédicale car ils combinent des propriétés mécaniques élevées et un processus de texturation de surface potentiellement avantageux. <br />Le but de ce projet est de développer une nouvelle nuance de verre métallique base Ti ne contenant pas d’éléments atomiques controversés comme Cu, Ni, Be, etc.. et de mettre au point un processus de texturation de surface pour une application dentaire. Ces objectifs globaux couvrent certaines caractéristiques de biocompatibilité, résistance à la bio corrosion, de bonnes propriétés mécaniques et particulièrement la texturation de surface par procédé thermoplastique dans la région liquide surfondue du verre métallique. Le projet TNT prévoit aussi l’étude et la compréhension des mécanismes d’adhérence, de prolifération et de différenciation cellulaires dans le cadre général de l’ostéointégration qui intervient pour toutes pose d’un implant dentaire. Les objectifs intermédiaires étaient les suivants : <br />. Développement de nouvelles nuances biocompatibles. Cette partie doit être réalisée par notre partenaire autrichien. <br />. Texturation de surface des nuances. Cette partie était réalisée en Autriche en fonction des motifs de texture décidés ensemble <br />. Influence de la texture sur l’interaction avec le vivant. Cette partie était réalisé à l’INSA <br />. Influence de la texture sur le comportement en corrosion. Aussi à l’INSA <br />Le projet avait donc des objectifs scientifiques novateurs (nouvelles nuances, influence de la texture) mais avec une portée importante en termes de débouchées économiques.

L'approche utilisée ici est une approche globale du problème au travers des différentes méthodes de la science des matériaux, de l'élaboration à la caractérisation mécanique et microstructrurale mais aussi du comportement en corrosion.

L’élaboration de revêtements minces par PVD sputtering sur différents substrats silice et zircone ces échantillons ont donné lieu à une étude de la corrosion classique globale de ses revêtements minces bas TiZrGe. Les nuances avaient globalement une bonne tenue à la corrosion mais que pour des potentiels très hauts nous voyons apparaitre de la corrosion par piqure.
Un travail parallèle sur la nuance de référence base Ti, la nuance TiZrCuPd, très présente dans la littérature, a été mené en parallèle des travaux précédents. Celle-ci présente une petite fraction cristalline qui se présente sous la forme de sphérulites réparties de façon aléatoire dans les pièces fabriquées. Afin de mieux comprendre les mécanismes d’apparition et leur influence sur les propriétés mécaniques et électrochimiques, une étude de la microstructure et une étude locale du comportement en corrosion de cette nuance de verres métalliques massifs ont été réalisées. Les mesures d’éléctrochimie locales sont en cours, nous espérons voir des comportements différents entre les potentiels des sphérulites et l’amorphe. Ces résultats devraient donner lieu à une publication qui sera soumise en automne 2020.
Des essais d’élaboration de pièces massives par succion casting ou de rubans par melt spinning ont lieu chez nos partenaires autrichiens, les pièces fabriquées ne sont pas totalement amorphes pour le moment.
Ils travaillent sur les diagrammes binaires et ternaire des éléments constitutifs de l’alliage pour améliorer la « glass forming ability » et donc l’obtention de pièces massives totalement amorphes et pensent être en mesure d’en fabriquer sous forme de ruban dans un premier temps dans un avenir proche.

Les perspectives sont de deux ordres :
. scientifiques : mieux comprendre l'influence de la composition des verres métalliques sur leur propriétés et sur leur biointégration ainsi que l'influence de la texture de surface
. technologique : proposer des implants dentaires plus résistants et mieux intégrer pour améliorer la vie des patients

1 article en cours de rédaction

Le but de ce projet de recherche collaboratif est d'étudier et de développer des nouveaux verres métalliques base titane avec des modifications de surface appropriées pour les applications dentaires. Ces matériaux devront combiner une bonne résistance à la bio-corrosion, de hautes propriétés mécaniques et une excellente formabilité thermoplastique dans le domaine de liquide surfondu afin d'obtenir des propriétés antimicrobienne et/ou permettant une meilleure intégration tissulaire.
Pour atteindre ce but, quatre principaux challenges scientifiques doivent être relevés:
1) développer un nouveau verre métallique base titane biocompatible avec une cinétique de formation de (micro)motifs en surface améliorée en optimisant le paramètre de formabilité S
2) développer une voie adéquate pour obtenir une basse densité, un bas module d'Young et un haut module de poisson afin d'éviter le phénomène d'écrantage de la contrainte dans la vie de tous les jours
3) Produire et optimiser les motifs de surface (site d'ancrage) pour obtenir des propriétés antimicrobiennes et d'ostéointégration
4) Etudier et comprendre les mécanismes d’adhésion des cellules, des bactéries et la biocorrosion

L'objectif final de ce projet est de développer un implant en verre métallique base titane bio-compatible avec une modulation de la topographie de surface qui pourra promouvoir la réponse cellulaire adéquate, de l'adhésion à la migration, à la différentiation et à la production de nouveau tissus sans ajout de promoteurs de croissance extérieurs. Ajouté à un prix plus faible du fait de l'ajout de métalloïdes et/ou de métaux bon marché pour augmenter la formabilité, ces nouveaux alliages innovants pourront ouvrir de nouvelles perspectives pour des implants encore plus tenaces et bio-résistants qui permettront une croissance sélective des cellules souches de la pulpe et des cellules épithéliales.

Coordinateur du projet

Monsieur Damien Fabregue (Matériaux : Ingénierie et Science)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

MATEIS Matériaux : Ingénierie et Science
EOAW Erich Schmid Institute of Materials Science

Aide de l'ANR 304 819 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2019 - 36 Mois

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