LES BIOMATERIAUX EN ODF
Plan :
1-Introduction et définitions.
2- Les biomatériaux utilisés en Orthopédie Dento-Faciale
2.1 les matériaux à empreinte
2.2 Les fils et les arcs :
– Les alliages à base d’or.
– L’acier inoxydable.
– L’elgiloy .
– Le fil australien.
– Le TMA
– Les alliages de Nickel-Titane .
2-3 Verrous métalliques et bagues
2-4 Les céramiques
2-5 Brasure et soudure
2-6 Les matériaux polymères
– Gouttière thermoformée
– La résine acrylique
– Les matériaux élastomériques
Conclusion
Introduction :
Tous les matériaux qui nous entourent sont formés d’atomes et de molécules, l’arrangement et la relation qui existent entre ceux-ci expliquent certaines de leurs propriétés.
L’ATOME : est le constituant fondamental de la matière. Le terme vient d’ailleurs d’un mot grec qui signifie « indivisible », lorsque deux atomes se lient, ils peuvent former une molécule.
La MOLECULE : représente, à l’échelle microscopique, la plus petite partie d’un corps susceptible d’exister à l’état libre dans la nature, la molécule est un assemblage d’au moins deux atomes identiques (corps simple) ou non (corps composé).
Les atomes et les molécules sont les « briques élémentaires » de la matière, à partir du moment où la matière est destinée à une utilisation précise, on parle de matériaux, dans le domaine médical on parle de biomatériaux.
On désigne par le terme “BIOMATERIAUX” des matériaux destinés à être en contact temporaire ou permanent avec différents tissus, organes ou fluides d’un être vivant, dans un but diagnostique, préventif ou thérapeutique. Ils peuvent avoir une fonction bénigne (utilisés pour remplacer des valves du cœur), comme ils peuvent être bioactifs et utilisés à des fins plus interactives, comme les prothèses totales de la hanche couverts d’une couche d’hydroxyapatite (matériaux composant les os, il permet une meilleure compatibilité avec les tissus du corps).
La définition d’un biomatériau n’inclut pas uniquement les biomatériaux artificiels qui sont construits à base de métaux ou de céramique, un biomatériau peut aussi être une autogreffe ou une allogreffe.
En orthodontie, le comportement en milieu buccal des biomatériaux utilisés en orthopédie dento-faciale repose sur un mécanisme à double sens :
Les effets du biomatériau sur le milieu (biocompatibilité) mais également les effets du milieu sur le biomatériau (biodégradation).
La biocompatibilité :
La biocompatibilité inclut la résistance à la corrosion et la tolérance des tissus aux alliages utilisés. Elle correspond à l’aptitude d’un biomatériau à remplir pleinement la fonction pour laquelle il a été conçu, sans porter atteinte à la vitalité du milieu biologique dans lequel il est inséré.
La biodégradation :
La biodégradation est définie comme la dégradation des caractéristiques d’un biomatériau créée par l’environnement biologique dans lequel il fonctionne. L’origine de la dégradation peut être d’ordre électrochimique (corrosion) ou d’ordre biologique, par attaque microbienne, principalement. Le biomatériau ne peut plus remplir sa fonction correctement et il peut devenir dangereux (libération de produits de dégradation).
2. Les biomatériaux utilisés en Orthopédie Dento-Faciale
Le principe général de l’orthodontie est de déplacer les dents dans les trois dimensions de l’espace afin d’établir une occlusion finale la plus fonctionnelle, la plus esthétique et la plus stable possible. Ces déplacements dentaires seront réalisés notamment par la mise en place en milieu buccal d’un dispositif orthodontique
L’orthodontiste peut utiliser principalement une thérapeutique amovible ou une thérapeutique fixe multi-attaches et il dispose d’une grande variété de biomatériaux à savoir
Alginates et plâtres
Matériaux de collage (ciment de scellement / composites)
Les verrous(brackets) et bagues ..
Les arcs
Les céramiques
Les matériaux polymères
Thérapeutique amovible thérapeutique fixe
2.1 Les biomatériaux à empreintes
L’empreinte permet de créer une réplique parfaite des structures maxillaires et mandibulaires et de leur relief. En coulant dans l’empreinte ainsi obtenue, du plâtre on obtient une réplique fidèle et précise de notre arcade dentaire, c’est ce qu’on appelle le modèle d’étude ou modèle de travail.
Plusieurs matériaux à empreintes sont utilisés en médecine dentaire, les hydrocolloïdes irréversibles ou alginates, sont les produits à empreinte les plus utilisés en ODF.
L’alginate est un sel d’acide alginique extrait de certaines algues brunes, il se présente généralement sous forme d’une poudre en boite métallique ou dans des sachets.
La préparation de l’alginate s’effectue par le mélange de la poudre d’alginate avec de l’eau dans un bol en plastique et à l’aide d’une spatule à alginate. Une fois l’empreinte prise, elle doit être coulée. En ODF, le matériau de choix pour couler les empreintes est le plâtre tendre (de Paris) pour les modèles d’études et le plâtre dure pour les modèles de travail.
2.3 Alliages métalliques utilisés en ODF (Fils & Arcs)
Historiquement peu d’alliages ont été utilisés pour fabriquer des fils orthodontiques, on trouve
- les alliages à base d’or,
- les alliages à base de fer (l’acier inoxydable),
- les alliages à base de cobalt (l’elgiloy) et
- les alliages à base de titane.
Le choix du fil le mieux adapté à chaque situation orthodontique dépend de la connaissance des propriétés des fils orthodontiques et des procédés qui permettent de les modifier. Ce choix dépend aussi de la section, la longueur et la composition du fil
2-3-1 Les alliages à base d’or :
Les alliages à base d’or furent les premiers à être utilisés malgré leur coût élevé, ils étaient utilisés dans la pratique de l’Edgewise classique préconisé par Edward Angle Ils sont composés de 15 à 65% d’or, de cuivre, d’argent de palladium et de platine, ces alliages d’or ont permis de faire varier le coefficient d’élasticité en maintenant l’aptitude au pliage à la pince et l’exercice des forces légères. A partir de 1936, pour des raisons économiques, les alliages à base de fer moins couteux remplacent les alliages nobles dans la fabrication des fils orthodontiques.
2-3-2 L’acier inoxydable :
On nomme acier tout alliage dont le principal composant est le fer, pour l’usage biomédical, il a fallu le rendre parfaitement inoxydable pour qu’il ne subit pas de corrosion dans le milieu buccal, très agressif en raison de sa température élevée, des variations du pH et de la présence d’enzymes.
Les aciers orthodontiques sont rendus inoxydables par la présence dans l’alliage de métaux aux caractères particuliers : le nickel et le chrome.
Le nickel accroit l’inoxydabilité, la résistance à la traction et à l’usure ;
Le chrome augmente la dureté et donne leur brillance aux aciers.
Les fils en aciers inoxydables couramment utilisés en orthodontie contiennent approximativement en plus du fer, 18% de chrome, 8% de nickel et 0,2% de carbone.
Ils peuvent être soudés ou brasés pour la confection des dispositifs orthodontiques. Les fils en acier inoxydable peuvent se présenter en section ronde ou rectangulaire sous formes monobrins ou multibrins.
Fil multibrins
Dès 1934, Johnson signale qu’il est possible d’obtenir un arc plus flexible en utilisant deux fils fins au lieu d’un fil épais.
Les fils multibrins sont disponibles avec un contour rond ou un contour rectangulaire :
– Les fils multibrins à contour rond sont soit torsadés, soit co-axiaux : le fait d’utiliser plusieurs brins permet d’augmenter la limite élastique sans modifier le rapport charge/flexion de l’arc
– Les fils multibrins à contour rectangulaire sont soit torsadés, soit tressés.
Pour les fils à contour rectangulaire tressés, le fait d’utiliser plusieurs brins ne permet pas d’augmenter la limite élastique sans modifier le rapport charge/déformation de l’arc.
Ces fils ont un rapport charge/flexion faible, ils sont préconisés dans la phase de nivellement, ils possèdent par contre des forces de friction plus importantes étant donné leur état de surface plus rigoureux et irrégulier.
2-3-3 L’Elgiloy :
l’Elgiloy, fut mis au point par la firme Elgin Watch Company vers 1950 pour produire des ressorts d’horlogerie,
En orthodontie l’elgiloy contient 40% de cobalt, 20% de chrome, 15% de nickel, 16% de fer, 7% de molybdène, 2% de manganèse, 0,15% de carbone et 0,04% de béryllium,
Ce n’est donc pas un acier (appellation réservée aux alliages dont le fer est le principal composant)
Cet alliage comme l’acier inoxydable, résiste bien à la corrosion grâce à la formation de la couche d’oxydation passive réalisée par le chrome.
D’autre part l’Elgiloy est très malléable et permet la réalisation de boucles multiples dans la technique bioprogressive de Ricketts.
L’Elgiloy est disponible en quatre nuances avec la même composition chimique, mais avec des limites élastiques différentes selon le mode d’usinage des fils. Du plus plastique au moins plastique on a :
- L’Elgiloy bleu ;
- L’Elgiloy jaune ;
- L’Elgiloy vert ;
- L’Elgiloy rouge.
2-3-4 Le TMA :
Le TMA pour Titane Molybdène Alloy est un alliage qui contient 79% de titane et 11% de molybdène.
Il a été introduit en orthodontie pour la première fois en 1980 par Burstone Il présente l’avantage d’avoir un module d’élasticité plus faible que l’acier et être façonnable à la pince, il permet une déformation plus grande que l’acier inoxydable et restitue une force plus douce et plus continue.
Sa surface présente un aspect satiné (lié à sa structure cristalline), il possède donc un coefficient de frottement plus élevé par rapport à l’acier et l’elgiloy (qui présentent une surface poli).
2-3-5 Les alliages de Ni-Ti :
Il existe à l’heure actuelle une grande variétés d’arcs Ni-Ti ,mais leurs qualités et leurs propriétés ne sont pas toujours identiques:
– Le Nitinol: Composé de :Nickel : 52 %,Titane : 45%,Cobalt
Connu pour sa propriété de mémoire de forme et de son faible module d’élasticité. Le nitinol offre un avantage certain vis-à-vis de l’acier lors des phases de nivellement et d’alignement , de correction des rotations .
– Le Nitinol chinois : présente une élasticité plus importante que Nitinol américain, Il peut être fléchi quatre fois plus qu’un fil d’acier sans présenter de déformation permanente.
– Le Ni-Ti japonais :Il est actuellement commercialisé sous les noms de Bioforce , Sentalloy et Neosentalloy .Ce fil se caractérise par sa superélasticité , son effet mémoire de forme.
– Le Copper Ni-Ti : C’est un alliage quaternaire (composé de Nickel, de Titane, de Cuivre et de Chrome) présentant des propriétés de superélasticité et de mémoire de forme supérieures, par rapport au Ni-Ti classique, le Copper Ni-Ti délivre une force constante sur une plus grande étendue d’activation, il est aussi plus résistant à la déformation permanente.
2-4- Verrous métalliques et bagues :
L’attache orthodontique ou verrou , bracket en anglais , est un dispositif fixé à chacune des dents d’une arcade pouvant être collé sur la dent ou soudé sur une bague et servant d’intermédiaire entre la dent à déplacer ou immobiliser , et l’effecteur mécanique que constitue la partie active de l’appareil orthodontique .
Matériaux utilisés pour la fabrication des verrous:
L’acier inoxydable ,Le Titane ,Les alliages chrome cobalt
Les verrous en céramique :
Les verrous plastiques ou en polycarbonates ont apparus dans les années soixante pour améliorer l’aspect inesthétique des appareils multi-attaches métalliques, ils sont indiqués chez l’adolescent et l’adulte sensible aux facteurs esthétiques
Les attaches céramiques sont constituées de 2 oxydes métalliques :
-l’oxyde de zirconium (ZrO2).
-L’oxyde d’aluminium (Al2O3), qui est le plus utilisé pour la fabrication des attaches.
Les céramiques sont chimiquement inertes vis-à-vis de l’air, des fluides oraux, des acides et des bases ; elles sont biocompatibles, ne provoquent pas d’allergie, n’absorbent pas l’eau, ne se tachent pas et ne se décolorent pas. Les céramiques présentent une très faible résistance à la fracture, ce qui les rend extrêmement fragiles.
2-5 Brasure et soudure :
le brasage est le moyen d’assemblage conventionnel utilisé en orthodontie .
Il consiste à unir des éléments métalliques entre eux par l’interposition d’un matériau d’apport .En orthodontie on utilise de la brasure à l’argent avec un flux désoxydant , incorporé ou non , et avec un chalumeau à gaz.
Les brasures sont donc source de ruptures, d’oxydation des appareils et dans certains cas d’allergie en bouche.
La soudure au laser présente un grand intérêt dans l’innovation ODF, par rapport aux brasures traditionnelles. Elle correspond à l’assemblage de deux pièces métalliques exécuté par voie thermique. Contrairement à la brasure, il est possible avec la soudure au laser d’obtenir un positionnement exact des éléments sans possibilités de déformation. Elle assure une fusion ponctuelle du matériau, sans échauffement des zones limitrophes pour assurer une qualité inégalée des pièces soudées.
2-6_Les matériaux polymères :
Classification physique des polymères :
- Les thermoplastiques (polyéthylène, PVC, nylon)
- Les polymères ou résines thermodurcissables ( époxyde , polyuréthane , silicone
- Les élastomères ou caoutchoucs
- Les polymères naturels ( cellulose , protéines
2-6-1 Gouttière thermoformée :
2-6-2La résine acrylique :
La résine acrylique est un matériau bien connu et utilisé depuis longtemps en Orthopédie Dento-Faciale, elle se présente le plus souvent sous la forme liquide-poudre.
La poudre (polymère) : c’est du méthacrylate de méthyle pré polymérisé sous forme de petites particules sphériques
Le liquide (monomère) : c’est un monomère de méthacrylates de méthyle. La résine orthodontique est composée de polyméthacrylate de méthyle, elle peut se présenter sous différentes formes, translucide ou de couleurs.
Sa préparation s’effectue par le mélange du liquide et de la poudre (il se forme une pâte plastique que l’on peut mouler dans la forme désirée), suivi d’un cycle de durcissement (chauffage dans l’eau chaude sous pression pour polymériser et durcir la résine).
L’utilisation de la résine acrylique pour la confection des plaques amovibles peut être risquée pour les patients car, si la polymérisation est incomplète, les composants monomères résiduels sont des irritants cutanés qui peuvent provoquer des réactions allergiques.
Plaques en résine
Ses propriétés mécaniques sont bonnes : dureté, résistance à la traction.
Cependant, sa résistance à l’abrasion est faible.
2-6-3_Les matériaux élastomériques :
Un élastomère est un polymère dit : élastique, il supporte de très grandes déformations, presque totalement réversibles.
Le terme élastomère désigne ainsi tous les caoutchoucs synthétiques, possédant l’élasticité dite caoutchoutière.
Vieillissement et biodégradation :
Biodégradation fonctionnelle : les composants élastomériques sont incapables d’exercer une force d’intensité constante pendant une longue période.
Biodégradation environnementale : la dégradation des propriétés physiques et chimiques au sein du milieu humide et agressif que constitue la cavité buccale est un facteur d’aggravation du vieillissement et de la porosité des élastomères.
En bouche différents facteurs vont influer :
-Facteurs chimiques : salive , nourriture et hygiène .
-Facteurs thermiques :variation de température des aliments .
-Variations de PH .
-Facteurs mécaniques : mastication et brossage .
_Utilisation orthodontique des élastomères :
Les élastiques .
Les chainettes élastomèriques .
Les ligatures élastomèriques .
Les gouttières élastomèriques
Conclusion :
En orthopédie dento-faciale les déplacements dentaires et l’action sur les bases osseuses sont obtenus grâce à des dispositifs intra-buccaux constituant l’essentiel de l’arsenal thérapeutique mécanique .
Les matériaux composant les appareils orthodontiques doivent répondre à des critères mécaniques , mais ils doivent surtout et avant tout être biocompatibles et posséder une stabilité chimique permettant une utilisation assez prolongée dans le milieu buccal .
Bibliographie :
1-Jean-Pierre Attal :BioMatériaux dentaires Cliniques
Revue L’Information Dentaire 02.03.2016.
2-F.Bassigny Manuel d’orthopédie dento-faciale
Edition Masson 1996
3- G. Burdairon: Abrégé de biomatériaux dentaires,
Masson Edit, (1981).
4- J. Jacques Guyonnet, J. Champion, G. Gregoire, B. Grosgogeat, P. Millet, F. Moya, P. Rocher,
5-Les alliages dentaires, Association Dentaire Française, (Paris,) 2004 Marie José Boileau : Orthodontie de l’enfant et du jeune adulte tome1
Principes et moyens thérapeutiques
Edition Elsevrier Masson 2011
6-M.Chateau :Orthopédie dento- faciale . Tome1
Edition Cdp 1992
7- P. MILLET, P. WEISS :Propriétés physiques des matériaux dentaires
Société Francophone de Biomatériaux Dentaires 2010
LES BIOMATERIAUX EN ODF
Les caries profondes peuvent nécessiter un traitement de canal.
Les facettes dentaires corrigent les dents ébréchées ou décolorées.
Les dents mal alignées peuvent provoquer une usure inégale.
Les implants dentaires préservent la structure osseuse de la mâchoire.
Les bains de bouche fluorés aident à prévenir les caries.
Les dents de lait cariées peuvent influencer la position des dents définitives.
Une brosse à dents électrique nettoie plus efficacement les zones difficiles d’accès.