Caractérisation des biocéramiques pour implants chirurgicaux: Partie I - Qualification des précurseurs

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INTRODUCTION

Les biocéramiques sont un sous-ensemble important de biomatériaux, utilisés dans des applications médicales et orthopédiques, principalement pour la réparation et le remplacement des parties malades et endommagées du squelette humain, des os, des dents et des articulations. Sur la base de la réponse commune des tissus aux implants, les biocéramiques sont classées en trois groupes: (1) les céramiques bio-inertes, par exemple Al2O3 et ZrO2; (2) des céramiques bioactives, par exemple, l'hydroxyapatite (HAp); et (3) des céramiques biorésorbables telles que le phosphate de β-tricalcique (β-TCP). Avec l'avènement de nombreuses compositions biocéramiques, l'objectif principal de ce domaine a été d'assurer la sécurité des matériaux nouvellement développés ou actuellement utilisés, en prouvant leur biocompatibilité et en comprenant leur profil toxicologique, à des niveaux cytotoxiques, histotoxiques et génotoxiques. Les problèmes de sécurité et de fiabilité concernant les biocéramiques proviennent du potentiel de lixiviation prolongée des ions dans l'environnement physiologique, de l'intégrité de l'interface tissu / implant et de la fracture par fatigue et du comportement à l'usure des implants porteurs. Le HAp, le β-TCP et l'hémihydrate et le dihydrate de sulfate de calcium sont reconnus depuis longtemps comme des matériaux appropriés pour les os, en raison de leur similitude chimique et biologique avec les tissus durs humains. Le criblage adéquat des poudres biocéramiques et des pièces d'implant fabriquées, avant les tests in vitro et in vivo, est attrayant en termes de sécurité et de gain de temps et d'argent. Vous trouverez ci-dessous un ensemble de normes consensuelles reconnues par la FDA pour la qualification de ces matériaux pour les implants chirurgicaux:

  • ASTM F1185-03 (réapprouvée en 2014): Spécification standard pour la composition de l'hydroxyapatite pour les implants chirurgicaux
  • ASTM F2224-09 (réapprouvé 2014): Spécification standard pour le sulfate de calcium semi-hydraté ou dihydraté de haute pureté pour les implants chirurgicaux
  • ISO 13175-3 1ère édition 2012-10-01: Implants chirurgicaux - Phosphates de calcium - Partie 3: Substituts osseux d'hydroxyapatite et de phosphate bêta-tricalcique
  • ASTM F1088-18: Spécification standard pour le phosphate bêta-tricalcique pour l'implantation chirurgicale
  • ISO 13779-2 3e édition 2018-12: Implants chirurgicaux -Hydroxyapatite - Partie 2: Revêtements d'hydroxyapatite projetés thermiquement
  • ISO 13779-3 2e édition 2018-12: Implants chirurgicaux - Hydroxyapatite - Partie 3: Analyse chimique et caractérisation du rapport de cristallinité et de la pureté de phase

Cet article démontrera comment des outils analytiques modernes (Figure 1) peuvent être utilisés pour le contrôle qualité des poudres d'hydroxyapatite et de phosphate β-tricalcique, qui sont soit directement fabriquées en pièces en vrac après un frittage approprié, soit enduites par pulvérisation sur des implants porteurs pour favoriser ostéointégration initiale. Plus précisément, nous démontrerons la capacité d'EAG en termes de caractérisation chimique, de surface et thermique des précurseurs biocéramiques utilisés pour les implants chirurgicaux (Sigma Aldrich® HAp Lot # 289396, non fritté β-TCP Lot # 13204 et fritté β-TCP Lot # 49963).


Figure 1: matrice de technique analytique moderne pour la caractérisation des précurseurs biocéramiques: spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), microscopie électronique en transmission / spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (TEM / EDS), diffraction des rayons X (XRD), plasma à couplage inductif haute performance - Spectroscopie d'émission optique (HP-ICP-OES), plasma à couplage inductif - Spectroscopie de masse (ICP-MS) et analyse thermogravimétrique / calorimétrie différentielle à balayage - Spectroscopie infrarouge à transfert de Fourier (TGA / DSC-FTIR).

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