À l'aide d'un gabarit de sel imprimé en 3D, Les chercheurs de l'ETH ont réussi à produire des échafaudages en magnésium avec une porosité structurée qui conviennent aux implants osseux biorésorbables.

Pour le traitement des fractures osseuses complexes ou même des parties osseuses manquantes, les chirurgiens déploient généralement des implants métalliques. Dans ce contexte, une alternative intéressante aux matériaux traditionnels comme le titane bio-inerte sont le magnésium biodégradable et ses alliages. Les implants faits de ce dernier métal léger sont avantageux car ils peuvent se biodégrader dans le corps, qui peut absorber le magnésium comme nutriment minéral, rendant inutile une deuxième intervention chirurgicale pour le retrait de l'implant. Pour favoriser une guérison rapide, la conception des implants ou de leurs surfaces doit être orientée vers la promotion de l'adhésion cellulaire ou même de la croissance interne. Des chercheurs en matériaux du Laboratoire de physique et de technologie des métaux et du Complex Materials Group de l'ETH Zurich ont donc collaboré pour développer une nouvelle procédure pour la fabrication d'implants en magnésium qui contiennent de nombreux pores structurellement ordonnés tout en conservant leur stabilité mécanique. Cette évolution fait l'objet d'un prochain article dans Advanced Materials.

Échafaudages en magnésium

Pour créer une structure poreuse, les chercheurs ont d'abord imprimé un modèle de sel en trois dimensions à l'aide d'une imprimante 3D. Parce que pur, le sel de table standard ne convient pas à l'impression, ils ont développé une pâte de sel semblable à un gel à cet effet. Les diamètres et les espacements des entretoises du gabarit de sel peuvent être adaptés par le processus d'impression. Pour acquérir une résistance mécanique suffisante, la structure saline a ensuite été frittée. Pendant le frittage, les matériaux à grains fins sont considérablement chauffés, tandis que la température est choisie en toute sécurité en dessous du point de fusion de la pâte pour conserver la structure de la pièce.

L'étape suivante consistait à infiltrer les pores avec du magnésium fondu. « Les infiltrats ainsi obtenus sont mécaniquement très stables et peuvent être facilement polis, tourné et façonné, " dit Jörg Löffler, Professeur de physique et technologie des métaux au Département des matériaux. Après façonnage mécanique, les chercheurs ont dissous le sel, laissant un implant de magnésium pur avec de nombreux, pores régulièrement structurés.

Décisif pour le succès clinique

"La possibilité de contrôler la taille des pores, la distribution et l'orientation dans le matériel sont déterminantes pour la réussite clinique, parce que les cellules osseuses aiment se développer dans ces pores, " explique Löffler. La croissance dans les pores est à son tour décisive pour l'intégration rapide de l'implant dans l'os.

Le nouveau procédé de fabrication de ces structures modèles à partir de sel peut être appliqué à d'autres matériaux que le magnésium. Les co-auteurs Martina Cihova et le Dr Kunal Masania s'attendent à ce que le processus puisse également être utilisé pour adapter la géométrie des pores dans les polymères, céramiques et autres métaux légers.

L'idée de ce nouveau procédé de fabrication a émergé dans le cadre du mémoire de maîtrise de Nicole Kleger, dont l'étude a été soutenue par une bourse d'excellence et une allocation d'opportunité de l'ETH Zurich. Son travail a également été récompensé par la médaille de l'ETH pour d'excellents mémoires de maîtrise. Nicole Kleger est actuellement doctorante dans le groupe Matériaux complexes du professeur de l'ETH André Studart, sous la direction duquel le modèle de sel initial a été imprimé en 3D. Dans son projet de thèse de doctorat, Kleger développe actuellement la procédure d'impression 3D.