Corrosion des biomatériaux^*

Aspects biomédicaux

Responsable du Laboratoire de Recherches de la Chaire de Stomatologie et Chirurgie maxillo-faciale (C.H.U.) Hospices Civils, Strasbourg. Animateur de la commission Biomatériaux du CEFRACOR.

Abstract

The materials designed for working under biological strain (various implants and prosthesis) are undergoing the concomitant effects of corrosion by the biological fluids (chloride solutions) and fatigue related to the mechanical environment of the implantation site. Fragilisation of the device may thus occur, leading to breaking or loosening, requiring another surgical procedure, but also to the release of potentially harmful elements in the body (wear particles, corrosion products) which can induce allergenic or mutagenic effects. It appears thus especially important:

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  to characterize the behaviour of metallic, ceramic, plastic and composite materials in aggressive environments more closely related to the biological milieu (salineness, temperature, presence of proteins, cyclic fatigue...)

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  to study by the surface physics methods, (ESCA, Auger, TEM, SEM,...) the biomaterial-underlying tissue interfaces in order to obtain informations on the structure of the superficial layers and their evolution.

These data, added to those issued from implant retrievals and from animal experiments, could allow a better understanding of the corrosion mechanisms in vivo, leading to a better choice either of the implant materials (optimisation of existing alloys, development of new materials), or of the surface treatments.

The implementation of an evolutive normalization could offer the double interest to provide informations to the users and to afford warranties about quality of the devices delivered to the surgeon (conformity of the characteristics, controlled production).

For the surgeon, the pedagogic renovation of his formation could allow him to use more accurately the facilities resulting from the actual technology and could contribute to associate him closer to its evolution.

This pluridisciplinary work is the only way which can lead to a better control of the health expenses with a simultaneous quality and safety increase of the reconstructive procedures available for the patients.

Zusammenfassung

Die Werkstoffe, welche bestimmt sind, unter biologischem Zwang zu arbeiten (verschiedene Implantate und Prothesen) ertragen die nebeneinander wirkenden Effekte der Korrosion durch die Gewebsflüssigkeiten (Chloridlösungen) und die Beanspruchung verbunden mit der mechanischen Umgebung der Implantationsstelle. Es kann daraus eine Abschwächung des Materials entstehen, die zum Bruch oder zum Lockerwerden führen kann und die einen neuen chirurgischen Eingriff erfordert und auch gleichzeitig eine Ablösung von potentiellen toxischen Elementen in dem Körper (Abnützungspartikeln und Korrosionprodukte) die im Stande sind besonders zu allergenischen und mutagenischen Effekten zu verleiten. Infolgedessen ist es besonders wichtig :

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  das Verhalten der metallischen, keramischen, plastischen Werkstoffe und Kompositionsmaterialien in aggressiver Umgebung so nah wie möglich dem biologischen Milieu (Saltzhaltigkeit, Temperatur, Vorhandensein von Proteinen, zyklische Beanspruchung,...) zu charakterisieren

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  durch die Oberflächenphysikmethoden (ESCA, Auger, TEM, SEM,...) die Biomaterialien- Haltegeweben Grenzflächen zu untersuchen, um Hinweise zur Struktur der Oberschichten und ihrer Evolution zu erhalten.

Diese Angaben, zusätzlich von denen die von Implantatatsabnahmen in der Klinik herkommen sowie von Tierexperiment, sollten erlauben den Mechanismus der Korrosion in vivo besser zu verstehen, un eine bessere Wahl der Implantatmaterialien (Optimalisierung der vorhandenen Legierungen, Entwicklung von neuen Materialien oder Oberflächenbehandlungen) zu treffen. Die Durchführung einer entwicklungsfähigen Normung würde den doppelten Vorteil anbieten, den Benützern Informationen zu bringen und Garantien zu bieten, was Qualität der dem Chirurgen gelieferten Materialien (entsprechende Charakteristiken, kontrollierte Produktion) betrifft. Was den Chirurgen selbst angeht, sollte die pädagogische Erneuerung seiner Bildung, ihm gerade erlauben, die, durch die heutige Technologie angebotenen Mittel, bestens anzuwenden und ihn enger an ihrer Entwicklung anzuschliessen.

Nur diese multidisziplinäre Arbeit kann zu einer besseren Beherrschung der Gesundheitskosten führen, und zugleich die Qualität und die Sicherheit der den Patienten dargebotenen Wiederherstellungsbehandlungen erhöhen.