Synthèse et développement de β-TCP dopés destinés à la fabrication de substituts osseux par robocasting
Résumé
Le β-tricalcium phosphate (β-TCP, β-Ca3(PO4)2) est un des matériaux le plus étudiés pour la
réalisation de substituts osseux puisqu’il présente d’intéressantes propriétés de biocompatibilité,
d'ostéoconductivité et de résorption. En effet, le TCP est largement utilisé pour le remodelage de
greffe osseuse, dans les applications orthopédiques, dentaires et maxillo-faciales où il sert de support
temporaire pour la régénération osseuse [1]. Cependant, l’actuel problème majeur des implants
résorbable en TCP est le fait que leur résistance mécanique est inférieure à celle des implants non
résorbables. Ils ne peuvent donc pas être employés, pour le moment, dans des larges défauts osseux ou
dans des zones soumises à de fortes contraintes. Cette résistance mécanique faible vient
essentiellement de la difficulté à densifier ce matériau. En effet, le β-TCP subit une transition de phase
en α-TCP aux alentours de 1150°C. Celle-ci entraine une expansion de la maille cristalline, une
diminution de la densité et des micro-fissures diminuant la densification. De plus, cette phase d’α-
TCP étant plus soluble in vivo que le β-TCP, sa présence modifie les propriétés biologiques du
matériau.
Une solution pour améliorer la densification de ce matériau est d’incorporer des dopants au
sein de sa structure. Ceux-ci permettent d’augmenter sa stabilité thermique et de rendre possible un
frittage à plus hautes températures. De plus, les dopants peuvent améliorer les propriétés biologiques
du TCP comme son caractère ostéoconducteur ou antibactérien.
Dans ce travail, des poudres de β-TCP dopées au magnésium, au strontium et au cuivre
sont synthétisées par co-précipitation de solutions de Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, Sr(NO3)2, Cu(NO3)2 et de
(NH4)2HPO4. Grâce à la stabilisation du TCP à hautes températures par ces dopants, des techniques de
frittages alternatives et dites « rapides » comme le frittage micro-onde peuvent être mises en oeuvre
pour améliorer la densification. Dans cette étude, le frittage conventionnel et micro-onde sont
comparés en termes de stabilité de phase, de densités et de microstructures pour les différentes poudres
dopées synthétisées. Finalement, des suspensions céramiques adéquates sont développées pour
imprimer des substituts osseux macroporeux de TCP dopé via la technique de robocasting. Cette
technique de fabrication additive est particulièrement adaptée pour produire des structures
céramiques poreuses et biocompatibles.