Les biomatériaux en ODF

Les biomatériaux en ODF

Introduction

L’orthodontie implique l’utilisation prolongée et continue de dispositifs complexes par les patients. Le spécialiste en orthodontie (ODF) s’appuie constamment sur les propriétés biologiques et mécaniques des matériaux utilisés dans sa pratique. La maîtrise des propriétés physico-chimiques et mécaniques de ces matériaux est essentielle pour exceller dans ce domaine.

Rappel et Généralités

La compréhension de la structure des métaux est fondamentale pour saisir leur comportement.

Définition du Métal

Un métal est constitué de millions d’atomes métalliques. Ces atomes peuvent être identiques, formant un métal pur.

L’Alliage

Les alliages métalliques sont des mélanges de plusieurs métaux purs, obtenus généralement par fusion et refroidissement.

Propriétés Mécaniques des Métaux

La Contrainte

Lorsqu’une force est appliquée à un corps, celui-ci a tendance à se déformer. La contrainte est une réaction interne à cette force externe.

La Déformation

Sous l’effet d’une force, un corps subit une déformation.

Types de Déformation

Les déformations varient selon les types de contraintes :

• Allongement : Résulte d’une contrainte de traction.
• Raccourcissement : Provient d’une contrainte de compression.
• Torsion : Découle d’une contrainte de torsion.
• Flexion : Issue d’une contrainte de flexion.

Courbe Contrainte-Déformation

Principe

Des essais de traction sur un échantillon d’alliage soumis à des contraintes croissantes permettent de tracer une courbe contrainte-déformation. Cette courbe est reproductible indépendamment de la longueur ou de la section du fil. Elle décrit deux stades de déformation :

• Déformation élastique.
• Déformation plastique.

Stade de Déformation Élastique

Ce stade correspond à la première partie de la courbe, où la déformation est proportionnelle à la contrainte (loi de Hooke). Lorsque la force cesse, l’alliage retrouve ses dimensions initiales.

Paramètres et Propriétés

• Module d’élasticité (Module de Young) : Représenté par la pente de la courbe dans la zone élastique, il mesure la rigidité du matériau. Un module élevé indique un matériau rigide nécessitant une contrainte importante pour se déformer.
• Limite élastique : Contrainte maximale sans déformation permanente, marquant la fin de la proportionnalité.

Stade de Déformation Plastique

Dans cette seconde partie de la courbe, la déformation n’est plus proportionnelle à la contrainte. Lorsque la force cesse, l’alliage conserve une déformation permanente.

Paramètres et Propriétés

• Malléabilité : Capacité d’un alliage à être transformé en feuille.
• Ductilité : Capacité à être étiré en fil.
• Ténacité : Résistance à la rupture.
• Résilience : Sécurité d’emploi sous des forces dépassant la limite élastique.

Influence des Traitements Mécaniques et Thermiques

Traitement Mécanique

Écrouissage

L’écrouissage consiste à durcir un métal par déformation à température ambiante, augmentant son élasticité.

Traitements Thermiques

Les traitements thermiques modifient la structure et les propriétés mécaniques des fils orthodontiques.

Trempe

Opération fixant brutalement à température ambiante une structure métallique chauffée à une température supérieure à celle de transformation, par immersion dans l’eau.

Revenu

Chauffage d’un métal préalablement trempé à une température inférieure au point de transformation, suivi d’un refroidissement rapide.

Recuit de Stabilisation

Chauffage à une température inférieure au point de transformation, suivi d’un refroidissement lent à l’air libre, pour stabiliser l’arc.

Homogénéisation

Passage du fil au four à 450°C pendant 2 à 3 minutes pour uniformiser les contraintes internes.

Choix d’un Fil Orthodontique

Le choix d’un fil orthodontique dépend des propriétés physico-chimiques de l’alliage et de sa facilité d’emploi. Les critères incluent :

• Biocompatibilité : Inoxydable, résistant à la corrosion dans la cavité buccale, sans libération de résidus toxiques.
• Non-ionisant : Absence de substances radioactives.
• Non-allergisant : Prévention des réactions allergiques.
• Résistance à la corrosion : Pour les fils et les soudures.
• Résistance à la rupture.
• Facilité de soudage.

Principaux Alliages Utilisés en Orthodontie

L’orthodontie utilise plusieurs types de fils : à base d’or, de fer, de chrome-cobalt et de titane.

Alliages à Base d’Or

Historique

Historiquement, les alliages d’or furent les premiers utilisés malgré leur coût élevé.

Composition

Composés d’or, cuivre, argent, palladium et platine.

Caractéristiques

• Module d’élasticité inférieur à celui de l’acier, rendant les fils souples et faciles à façonner.
• Très résistants à la corrosion.

Alliages à Base de Fer (Aciers)

Définition

Un acier est un alliage principalement composé de fer, économique.

Inoxydabilité

Rendue possible par l’ajout de nickel (améliore l’inoxydabilité et la résistance à l’usure) et de chrome (augmente la dureté et donne de la brillance).

Caractéristiques

• Rigidité.
• Malléabilité.
• Bonne résistance à la corrosion.

Fils à Base de Chrome-Cobalt (Elgiloy)

Composition

Contient 40% de cobalt et 20% de chrome.

Nuances

Disponible en quatre nuances avec élasticité croissante :

• Mou (bleu).
• Malléable (jaune).
• Mi-résilient (vert).
• Résilient (rouge).

Fils à Base de Titane

Fil Titane-Molybdène (TMA ou β-Titane)

Introduit en 1980 par Burstone, composé de 79% de titane et 11% de molybdène.

Propriétés

• Module de Young deux fois supérieur à celui du nitinol, mais moitié moindre que l’acier inoxydable.
• Grande déformation élastique.
• Très malléable.
• Bonne résistance à la corrosion.

Fil Nitinol

Composé de 52% de nickel et 45% de titane.

Propriétés

• Module d’élasticité faible, permettant de grandes flexions élastiques.
• Force faible, constante et continue comparée à l’acier inoxydable.
• Comportement très élastique.

Composantes Mécaniques des Appareillages Orthodontiques

Les Bagues

Bandes métalliques enserrant la couronne dentaire, autrefois sur mesure, désormais préformées. Elles servent de points d’attache pour les arcs ou d’application pour les ressorts auxiliaires.

Accessoires des Bagues

• Crochets : Pour ligatures, ressorts ou élastiques intermaxillaires.

• Tubes : Fixent les arcs aux bagues. Les tubes ronds de gros calibre reçoivent des tractions extra-orales, ceux de petit/moyen calibre accueillent les arcs, et les tubes carrés/rectangulaires correspondent aux arcs de même forme.

Attachements (Brackets)

Dispositifs fixés sur les dents, collés ou soudés sur une bague, servant d’intermédiaire entre la dent et le fil orthodontique.

Structure

• Gorge : Assure la liaison avec l’arc.
• Base : Permet la fixation à la dent.
• Plots : Facilitent la ligature à l’arc.

Brackets Métalliques

Matériaux utilisés :

• Acier inoxydable.
• Titane.
• Chrome-cobalt.

Brackets Esthétiques

Brackets Céramiques

• Neuf fois plus durs que l’émail.
• Cassants.
• Biocompatibles, mais rugueux, favorisant la rétention de plaque.
• 10 à 35% de fractures lors de la dépose.

Brackets Plastiques

• Cinq fois moins durs que les brackets métalliques.
• Propriétés optiques initialement satisfaisantes, mais altérées par des colorations.
• Dépose facile avec peu de risque pour l’émail.

Auxiliaires d’Ancrage Vissés (Mini-Vis)

Dispositifs médicaux invasifs temporaires.

Impératifs Biologiques

Matériaux bio-inertes ou bio-tolérants.

Macrostructure

• Tête extra-gingivale : Transmet les forces de vissage et sert de point d’application.
• Col lisse trans-gingival : Favorise la cicatrisation.
• Corps intra-osseux : Caractérisé par sa longueur, diamètre et conicité.

Alliages

• Acier inoxydable chirurgical.
• Titane.
• Mini-vis résorbables.

Matériaux Élastomériques

Types

• Ligatures élastomériques.
• Chainettes élastomériques.
• Élastiques.

Composition

Principalement du polyuréthane, parfois avec injection de silicone.

Élastodontie

Le « tooth positioner », utilisé pour la finition des traitements, est souvent en silicone à basse température, disponible en trois duretés : dure, moyenne, souple.

Matériaux de Scellement et de Collage

Critères de Choix

• Résistance aux agressions chimiques et physicochimiques.
• Étanchéité et biocompatibilité.
• Adhésion suffisante sans nuire à l’émail lors de la dépose.
• Facilité de manipulation, temps de travail adéquat, dépose aisée.

Agents de Préparation

Acide Orthophosphorique

• Agent le plus répandu, dissout les cristaux d’hydroxyapatite pour créer une surface rugueuse.
• Utilisé à 35% pendant 30 secondes sous forme de gel ou solution.

Acide Polyacrylique

• Acide faible, réduit la tension superficielle et augmente la mouillabilité.
• Utilisé à 10% avec les ciments verre-ionomères, favorisant une économie tissulaire.

Acide Fluorhydrique

• Utilisé pour le collage sur céramique (10%, 2 minutes).
• Crée des microporosités, mais nécessite une isolation stricte en raison de sa toxicité.

Agents de Liaison

Résines non chargées scellant l’interface entre la résine composite et le substrat (émail, métal, céramique).

Agents de Remplissage

Résines Composites

Matériaux de collage les plus utilisés.

Ciments de Scellement et Matériaux Hybrides

Ciments verre-ionomères modifiés par adjonction de résine, utilisés pour le collage sur métaux précieux et céramiques.

Ciments de Scellement

Utilisés avec les bagues, ils doivent être :

• Biocompatibles, non irritants.
• Résistants mécaniquement et à la dissolution salivaire.
• Faciles à manipuler avec un temps de prise rapide.

Types de Ciments

Ciments au Phosphate de Zinc

• Les plus anciens, mais délétères (pH acide, risque de décalcification).
• Usage à éviter.

Ciments Polycarboxylates

• Moins résistants mécaniquement, mais adhèrent à l’émail via attractions ioniques.
• Biologiquement neutres.

Ciments Verre-Ionomères

• Biocompatibles, libèrent du fluor (protection contre les caries).
• Faibles propriétés mécaniques et temps de prise long, mais idéaux pour l’orthodontie.

Matériaux Hybrides

• Ciments verre-ionomères modifiés par résine (depuis 1991).
• Compromis entre résines composites et ciments verre-ionomères.

Conclusion

Les dispositifs orthodontiques, des matériaux à la dent et à son environnement tissulaire, jouent un rôle clé dans la transmission de l’information thérapeutique. L’amélioration des propriétés mécaniques et des composants primaires élargit les possibilités de traitement, ouvrant la voie à une orthodontie futuriste et innovante grâce aux progrès scientifiques.

Les biomatériaux en ODF

  La prévention des caries repose sur une hygiène bucco-dentaire rigoureuse et des visites régulières chez le dentiste. La maîtrise des techniques d’anesthésie locale est essentielle pour assurer le confort du patient lors des soins. L’imagerie dentaire, comme la radiographie panoramique, permet un diagnostic précis des pathologies buccales. Les étudiants doivent comprendre l’importance de la stérilisation pour prévenir les infections croisées en cabinet. La restauration dentaire, comme les composites ou les couronnes, exige une précision technique et un sens esthétique. Les praticiens doivent rester informés des avancées en implantologie pour proposer des solutions modernes aux patients. Une communication claire avec le patient renforce sa confiance et favorise l’adhésion au plan de traitement.  

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