Brevet FR2654345A1 — publié le 19910517

La présente invention appartient au domaine des biomatériaux. Il est connu que le carbone possède une propriété originale dans le domaine de la biocompatibilité. En effet, si un objet formé par un biomatériau classique non poreux (plastique, métallique ou céramique par exemple) est inséré dans un tissu vivant, il y a très rapidement formation d'une poche cicatricielle au contact de l'objet. Cette poche est formée de fibroblastes disposés parallèlement à l'objet, de même que par exemple les fibroblastes de la peau sont parallèles à la surface de celle-ci. Il en résulte une absence d'adhérence. Au contraire, si le même objet est en carbone non poreux, il n'y a pas formation de poche. Les fibroblastes cicatriciels conservent la même orientation statistique que dans le tissu environnant et viennent donc toucher généralement obliquement le carbone, tout en adhérant à celui-ci. A l'échelon microscopique, tout se passe comme si l'organisme ne décelait pas la présence du carbone. La tolérance à court ou long terme s'en trouve donc fortement améliorée. Si les biomatériaux classiques ou carbonés sont poreux, il y a pénétration des fibroblastes dans les pores sous certaines conditions. Là encore, on constate une tres nette supériorité du carbone. Malheureusement, les conditions d'obtention et de façonnage du carbone, ainsi que ses propriétés mécaniques, font qu'il est à peu près impossible d'obtenir des parois minces et peu fragiles. Il n'y a pas non plus de parois souples, hormis en carbone expansé, peu résistant, ou en tissus, évidemment non étanches. C'est pour cela que l'on est conduit, pour profiter des avantages du carbone dans le cas de parois étanches et souples ou minces, à envisager des revêtements de carbone déposés sur d'autres matériaux. Les températures très élevées d'obtention du carbone par voie chimique interdisent les dépôts par ce procédé sur la plupart des corps. Le carbone peut au contraire se déposer par voie physique à basse température suivant une technique bien connue (PVD), sur la plupart des corps. L'inconvénient de ce dépôt ultra-mince et non étanche est que l'adhérence des particules qui le constituent, sur l'objet à recouvrir, est extrêmement sensible à l'attaque chimique au bout d'une durée variable. On peut également recouvrir des objets par une poche en tissu de carbone, de préférence collée. L'inconvénient de ce procédé est son coût élevé et la difficulté de recouvrir des formes complexes et non géométriquement développables. L'invention en objet permet d'éviter ces inconvénients. Elle consiste en effet à étaler sur une seule couche, de la poudre de carbone sur la surface des objets à recouvrir, que ceux-ci soient rigides ou souples, à parois minces ou épaisses ou composées d'un matériau quelconque. L'accrochage de la poudre a lieu par adhérence, directe ou par l'intermédiaire d'un corps approprié, de telle façon que la plus grande partie de la surface extérieure des grains demeure du carbone pur. L'intérêt biologique est double puisque puisque les fibroblastes peuvent ainsi s'accrocher dtune part par adhésion directe sur le carbone, d'autre part par effet géométrique dû à leur pénétration entre les grains de poudre. Les poudres présentent par ailleurs les avantages suivants: - Constituant la base de fabrication des carbones ou graphites polycristallins industriels, elles sont disponibles dans tous les états structuraux des carbones, à savoir principalement: structures graphitiques plus ou moins perfectionnées (dites de graphite ou de carbone) structures amorphes ou carbone vitreux présentant beaucoup de sites greffables. structures sphériques, isotropes, ou planes obtenues par voie pyrolotique. La structure des poudres, combinée à leur taille et à leurs traitements thermiques et chimiques (tels que greffage d'oxygène, de chlore, etc...) avant collage permettra d'obtenir la meilleure structure réactive possible de tous les carbones avec les organismes vivants. -Il est très facile de trier les poudres de carbone de toute nature, jusqu'à obtenir des fourchettes dimensionnelles aussi précises que 15 à 20 microns ou 20 à 30 microns par exemple. Le choix d'une granulométrie s'effectue d'abord en fonction du diamètre des fibroblastes de la région concernée (5 à 30 microns environ) et aussi en fonction de la dimension de l'objet à recouvrir et du fait qu'il présente des rayons de courbure faibles ou importants, etc... Selon les cas, la granulométrie des poudres pourra donc varier autour d'une moyenne comprise entre 10 et 500 microns. La précision de la sélection présente aussi l'avantage de pouvoir éliminer les particules très fines (inférieures à 1 micron) qui, selon quelques auteurs, seraient susceptibles de pénétrer au coeur des cellules et d'y avoir des effets néfastes (observation valable pour tous les corps mais non prouvée pour le carbone). -Il est également possible de modifier la forme des poudres. Cette forme, initialement anguleuse, peut en effet être arrondie par usure mécanique ou par une oxydation violente. Il en résulte une agressivité mécanique diminuée par rapport à l'organisme. L'agressivité mécanique a, en effet, donné lieu à quelques critiques en ce qui concerne les fibres ultra-courtes de carbone. Par conséquent, des poudres de carbone judicieusement calibrées et arrondies échappent à toutes les critiques, fondées ou non, qu'il serait possible d'imaginer concernant le carbone en tant que biomatériau. - L'emploi des revêtements à poudres permet aussi d'envisager des mélanges. On peut par exemple introduire en faible proportion des grains d'antiseptique à dilution lente ou dtantibiotique qui seront collés parmis les grains de carbone pour accroître les chances de réussite de l'implantation de la prothèse. - Enfin, les poudres de carbone sont une matière première bon marché, qui est de plus économique à trier, à traiter et à mettre en oeuvre. L'accrochage de la poudre peut avoir lieu par tout procédé qui permet l'adhésion des grains sur une partie seulement de leur surface, sans salir l'autre partie, afin de garder du carbone pour un contact des fibroblastes. On peut donc envisager les films de colle biocompatible dont l'épaisseur est soigneusement calibrée par rapport à celle des grains de colle et dont la tension superficielle est du même ordre que celle du carbone de manière à ne laisser recouvrir que partiellement les grains par capillarité. On peut aussi envisager le procédé de calandrage sur film thermoplastique porté à une température convenable. Le carbone étant généralement facile à coller et même à souder, de nombreuses variantes sont possibles. L'invention et sa mise en oeuvre seront mieux comprises dans les exemples suivants. La figure l représente la coupe microscopique d'un objet en biomatériau classique placé dans un tissu vivant. La figure 2 représente la coupe microscopique d'un objet en carbone placé dans un tissu vivant. La figure 3 représente une paroi recouverte d'un film de colle et d'une monocouche de poudre de carbone. La figure 4 représente une opération en continu d'incrustation superficielle de poudre de carbone sur un film thermoplastique. Comme on le voit sur la figure 1, les fibroblastes (l) entourant l'objet (2) en biomatériau classique, se disposent parallèlement à sa surface et forment une poche étanche. Au contraire, sur la figure 2 les fibroblastes (1) conservent la même orientation que dans des zônes du tissu vivant éloignées de l'objet (3) en carbone et ont donc une orientation le plus souvent oblique par rapport à sa surface. On distingue sur la figure 3 une paroi (4) d'un objet implanté dans un tissu vivant. Cette paroi (4) est recouverte d'un film de colle (5) dans lequel sont enchassés des grains (6) de poudre de carbone sur une certaine proportion de leur épaisseur. La profondeur d'enfoncement des grains dans la colle dépend tout d'abord de l'épaisseur relative des grains et du film de colle. En pratique, elle dépend surtout de l'aptitude à la mouillabilité des grains de carbone par la colle, donnant lieu à formation d'un ménisque concave (cas de la figure 3) ou convexe. La grandeur physique dont dépend cette mouillabilité est le rapport entre la tension superficielle du carbone et de la colle (compte tenu des variations en fonction de la température de traitement du collage). Les colles employables doivent être le plus biocompatible possible. On peut citer à titre d'exemples non limitatifs diverses familles dont l'adhérence est très bonne sur le carbone et inégale avec divers matériaux du support. Seules certaines formulations de ces diverses familles peuvent être considérées comme biocompatibles. On trouve : les silicones, polyuréthanes, époxydes (à composante acrylique pour polymérisation sous rayonnement) polyesters, métacrylates, etc... La valeur de la tension superficielle de la colle peut être ajustée à l'acide d'additifs tels que dérivés fluorés, etc... Dans le cas d'emploi d'une colle pour accrocher la poudre, le mode d'emploi est schématiquement le suivant: - Etalement du film de colle d'épaisseur, viscosité et tension superficielle désirées. - Traitement thermique éventuel pour atteindre soit un stade de prépolymérisation soit un niveau de viscosité ou de tension superficielle optimum. - Saupoudrage ou projection avec un jet d'air de la poudre de carbone, calibrée, purifiée, et éventuellement greffée chimiquement (oxygène, chlore, etc ...). - Refroidissement éventuel ou (et) séchage. - Après durcissement suffisant, nettoyage avec un jet d'eau puissant pour éliminer tous les grains de poudre insuffisamment fixés, ce qui évite qu'ils se répandent ensuite dans l'organisme. Les traitements chimiques préalables sur la poudre de carbone ont pour objet de saturer uniquement les radicaux disponibles de la première couche de carbone. Ils ont pour but de créer des liaisons chimiques superficielles faibles (COOH ou C.Cl par exemple) donc facilement substituables et susceptibles de favoriser l'adhésion rapide des fibroblastes. Le processus par collage décrit ci-dessus peut s'appliquer (avec simple adaptation du choix de la colle) à tous les types de matériaux possibles, métalliques, céramiques ou plastiques (à l'exception de certains plastiques non collables). Ces matériaux peuvent être rigides, souples ou même très élastiques. Cependant, il est préférable que ces matériaux supports soient déjà biocompatibles à moins de pouvoir garantir une très bonne étanchéité du film de colle qu'on dispose dessus. Dans certains cas, on pourrait même utiliser des soudures comme agent d'accrochage (à base de métaux précieux ou semi-précieux). Il est par ailleurs possible de fabriquer dans le cadre de l'invention en objet des semi-produits. On peut citer par exemple la réalisation d'une nappe de thermoplastique souple et étanche recouverte sur une face de poudre de carbone et servant à réaliser des poches étanches pour contenir des liquides à l'intérieur du corps. Dans ce cas on peut procéder comme suit (figure 4). Le film thermoplastique biocompatible d'origine provient d'un rouleau (7) et passe sur un moyen de chauffage (8) qui ramollit sa surface inférieure. Ensuite un jet sous pression (9) projette sur cette surface inférieure la poudre de carbone. Les grains non collés parce que séparés du film par d'autres grains retombent par gravité et on obtient une monocouche de poudre. Ensuite, le film thermoplastique et les grains précollés de poudre passent entre des rouleaux (10), (ll) de calandrage qui les solidarisent davantage sans enfoncer beaucoup les grains de poudre et donnent lieu a' un produit d'épaisseur constante. Le collage a donc été obtenu dans ce cas par la fusion superficielle du film thermoplastique. L'enfoncement partiel des grains de poudre aurait pu être obtenu par d'autres actions mécaniques que celle des rouleaux (plaquette, spatule, presse, etc...). Les applications industrielles de l'invention en objet sont nombreuses dans le domaine médical. On peut citer par exemple les dépôts de poudre de carbone sur: - Enveloppes métalliques minces de prothèses internes telles que les pacemakers. - Prothèses osseuses métalliques - Prothèses souples ou semi-souples pour la chirurgie esthétique et réparatrice (prothèse mammaires, réparation des visages, etc ...) - Réservoirs souples internes (pour l'insuline, par exemple ou vessies artificielles) - Systèmes divers de passages percutanés. REVENDICATIONS 1. Revêtement biocompatible carboné, disposable sur des souscouches de toute nature chimique, rigides ou souples, caractérisé en ce qu'il est composé d'une couche de grains jointifs de poudre de carbone fixés par un procédé d'adhérence sur ladite sous-couche, de telle façon qu'une partie importante de -la surface de chaque grain demeure à l'état de carbone pur disponible pour se greffer sur les organismes vivants. 2. Revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les grains de poudre sont mis en place par saupoudrage ou projection sur un film de colle, d'épaisseur, viscosité et tension superficielle appropriés pour quelea colle ne recouvre qu'une partie de la surface de chaque grain, le film de colle étant préalablement disposé sur l'objet à recouvrir. 3. Revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les grains de poudre sont mis en place par projection sur la surface préalablement fondue par chauffage d'une matière thermoplastique et qu'ils sont ensuite partiellement enfoncés dans cette matière par passage entre des rouleaux, ou autre procédé mécanique. 4. Revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les grains de poudre sont arrondis avant collage par érosion mécanique ou oxydation. 5. Revêtement selon la revendication l caractérisé en ce que les grains de poudre de carbone sont mélangés à une faible proportion de poudre composée d'un antiseptique à dilution lente ou d'un antibiotique. 6. Revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les grains de poudre ont subi avant collage un traitement chimique de surface destiné à greffer des atomes étrangers à faible liaison chimique pour favoriser par substitution le greffage des fibroblastes.