Brevet FR3005260A1 — publié le 20141107

Bombardement électronique pulsé pour prothèses biodégradables en alliage de magnésium. Cette invention présente une méthode pour l'amélioration de la viabilité des implants médicaux osseux, dentaires ou autres produits utilisés pour l'ostéosynthèse. Les alliages concernés sont principalement le magnésium, alliages de magnésium ou autre alliages potentiellement sensible au milieu in vivo et utilisable pour la fabrication de ces implants. Les implants en alliage de magnésium ont l'avantage d'être biodégradable. Cependant ils sont victimes d'une corrosion très rapide au contact des tissus in vivo. Ils ne peuvent donc assurer une stabilité suffisante pendant la durée nécessaire à la reconstruction de l'os fracturé ou remplacé. Les alliages de magnésium sont également sensibles à la corrosion sous contrainte ainsi qu'à l'usure, la friction et la fatigue. Le risque de ruptures des implants en alliage de magnésium est donc élevé. Pour répondre à ces lacunes, un traitement de surface innovant est ici proposé. Dans ce sens, le traitement peut être utilisé de manière sélective afin de contrôler et d'ajuster la vitesse de corrosion des prothèses en alliage de magnésium. Cette méthode permet donc à l'implant de se désagréger plus ou moins vite en fonction des zones de traitement prédéfinies et de l'intensité de traitement appliquée. Dans ce sens, il est ainsi possible de définir des stratégies quand a la régénérescence de l'os au fur et à mesure que l'implant se désagrège dans les zones légèrement ou non traitée. Le traitement en lui-même s'appelle le bombardement électronique pulsé (terme anglais : LEHCPEB / Low Energy High Current Pulsed Electron Beam).Dans une enceinte sous vide et argon résiduel, un faisceau d'électrons est propulsé contre la surface du futur implant. Cela échauffe les matériaux jusqu'à l'évaporation et recristallisation des premières couches d'atomes. Ainsi, les propriétés des zones traitées sont nettement améliorées en termes de résistance à la corrosion et à l'usure. Le contrôle du nombre de pulsations reçues, par les zones prédéfinies sur l'implant, permet d'ajuster la résistance à l'usure et à la corrosion. L'os se développera préférentiellement dans les zones non traitées qui se corroderont/dissoudront plus vite dans l'organisme. Un avantage de cette méthode est de pouvoir proposer des implants en magnésium et alliages de magnésium sans avoir recourt à des revêtements déposes par phase vapeur, sous vide, l'implantation d'ions, le plaquage électrolytique, l'anodisation, la cémentation, la projection thermique, la diffusion ou un bio-gel anticorrosif. De fait, cette méthode évite la potentielle libération dans l'organisme de débris, d'éléments potentiellement toxique et réduit considérablement le risque d'inflammation et de rejet immunitaire. Elle permet potentiellement de proposer des implants faits entièrement en alliage de magnésium incluant même les zones d'usures. Dans ce sens, la Figure (1) présente un implant de hanche en cours de traitement. SI nécessaire, le faisceau incident d'électron (1.1) peut être filtré par un matériau masquant (1.2) une partie du rayonnement. Ce matériau peut être en contact ou non avec la pièce traitée. On peut obtenir alors un rayonnement localisé (1.3) aux endroits que l'on souhaite traiter et ainsi renforcer localement l'implant (1.4).L'implant peut être placé sur un manipulateur mufti axes automatisé pour permettre le traitement rapide des zones recherchées. La figures (2) présente des motifs pouvant être obtenus sur des implants osseux pour hanche, la zone noire représentant la/les zone(s) traitée(s). La figure (3) présente le cas des prothèses de hanche. Les zones grisées indiquent les éléments des prothèses potentiellement fabriqués en alliage de magnésium potentiellement et traités par cette méthode. La zone de contact est composée de ta tête fémorale (3.3 & 4.3) et de l'implant cotylordien (3.2 & 4.2). Les zones d'usure (3.6 & 4.6) nécessitent un traitement optimal. Ce traitement est analogue à celui donné en exemple avec la Figure (2). Les autres éléments sont l'os du bassin (3.1& 4.1), le fémur (3.4 & 4.4) et la cavité osseuse fémorale (3.5 & 4.5), Les figures (3) et (4) mettent en valeur ces différents éléments. Généralement, le traitement est caractérisé par les paramètres suivant: une accélération 5-80 keV, intensité: 10-104 A/cm2, durée de pulsation: 0,002-10s, nombre de pulsations: 1-200, densité d'énergie 0.1-200J/cm2, fréquence de pulsations: 0.1-12Hz, niveau de vide : 10-2-10-5Pa, gaz: argon, diamètre de faisceau : 0.2 à 15 cm. Les alliages concernés sont principalement les alliages de magnésium suivants mais non limités à AZ31®, AZ31B® , AZ800, Azeoe, Anie, AZ91KO, MSR Be, RZ5®, ZA®, zi Pans le cas des alliages Mgo.x)-Cax, la fraction massique de l'élément Ca est généralement comprise entre 0,1 et 5%. Les implants peuvent être usinés, forgés, pressés, extrudés, coulés ou fabriqués par toute autre méthode de production ou de prototypage. Les propriétés mécaniques de l'implant peuvent être optimisées par un- traitement thermique ou non. Le bombardement électronique peut être complété après polissage et/ou décontamination chimique de l'implant. Les traitements suivants peuvent être aussi- appliqués et-servir-de préparation: grenaillage, grenaillage ultrasonique, martelage ultrasonique, impact par laser, brunissage (Low Plasticity Bumishing), soudage par laser, soudage par faisceau d'électron, soudage TIG, durcissement de surface par fusion locale par laser ou faisceau d'électron avec l'ajout d'élément(s) d'alliage ou non, soudage par friction, cémentation, dépôt par phase vapeur, bombardement sous vide d'ion, implantation d'ion par plasma, plaquage électrolytique, anodisation. Les produits concernés par cette méthode sont les prosthèses médicales, dentaires et les produits pour ros*mynth4se tels que les broches, les fixations ou les plaques, Cette méthode est applicable aussi bien aux produits médicaux, dentaires que vétérinaires. Cette méthode peut être utilisée pour fabriquer des implants en continue et de façon automatisée. REVENDICATIONS1) Procédé de traitement de surface d'implants médicaux (1.4) afin d'en améliorer notamment la résistance à la corrosion et la résistance à l'usure caractérisé en ce qu'il se consiste à appliquer un bombardement électronique pulsé (1.1) ou LEHCPEB (Low Energy High Current Pulsed Electron Beam) défini par les paramètres suivants : une accélération 5-80 keV; intensité: 10-104 A/cm2; durée de pulsation: 0,002-10s; nombre de pulsations: 1-200, densité d'énergie 0.1-200J/cm2; fréquence de pulsations: 0.1-12Hz; niveau de vide : 10-2-105 Pa; gaz: argon; diamètre de faisceau : 0.2 à 15 cm. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une partie du rayonnement du faisceau incident d'électrons (1.1) est filtré par un matériau masquant (1.2) afin d'obtenir un rayonnement localisé (1.3) aux endroits où l'on souhaite traiter et renforcer localement l'implant (1.4) et obtenir ainsi de manière sélective un implant avec des zones traitées et des zones non traitées. 3) Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un ajustement de l'intensité du traitement afin d'obtenir des zones plus ou moins résistantes à la corrosion. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les implants médicaux consistent en des implants médicaux en alliages de magnésium (prothèses osseuses, produits pour l'ostéosynthèse ou prothèses dentaires). 5) Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que les alliages de magnésium sont des alliages en Mg(,_xrCax où la fraction massique X en calcium varie de 0.1 à 5 %. 6) Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour la fabrication d'implants osseux en alliage à base de magnésium, totalement biodégradables.