Les biomatériaux en ODF

Les biomatériaux en ODF

Introduction

Les matériaux biocompatibles sont appelés « biomatériaux ». Le terme biocompatibilité a trait principalement aux matériels médicaux en contact direct, bref ou prolongé, avec les tissus et fluides internes du corps et notamment au niveau de la cavité buccale.

Choix des matériaux à vocation de biomatériaux

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 qui se veut biocompatible.

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).
Les effets du milieu sur le biomatériau (biodégradation).

Corrosion des biomatériaux

Les biomatériaux exogènes de différentes compositions sont en contact avec la muqueuse ou la peau. Le processus de vieillissement des matériaux conduit à la libération de petites quantités d’ions métalliques ou de composés organiques à partir des appareils. La concentration des substances libérées est trop faible pour être toxique.

Les biomatériaux temporaires

Hydro-colloïdes irréversibles : l’alginate

Les alginates utilisés sont des alginates alcalins, de sodium ou de potassium, en raison de leur solubilité dans l’eau.

Biomatériaux pour la thérapeutique amovible

Alginate de sodium : 12 %
Réacteur : di-hydrate de sulfate de calcium, 8 à 12 %
Phosphate de sodium ou carbonate de sodium : 2 % (retardateur de prise)
Charge inerte : 70 %, telle que la terre diatomée, dont le rôle est de contrôler la rigidité du gel
Fluorure de zinc alcalin : destiné à assurer une bonne surface au modèle de gypse
Agents colorants et aromatisants

Fil en acier inoxydable

Utilisé en thérapeutique dite amovible pour réaliser des crochets, des ressorts ou arcs d’activation.
Le diamètre varie de 0,6 à 0,7 mm.
Un fil de 0,9 mm est utilisé pour confectionner l’arc de Nance, l’arc transpalatin et d’autres appareils.
L’acier inoxydable est réputé biocompatible dans la cavité buccale, résistant à la corrosion.

La résine acrylique

Généralités

Commercialisée depuis les années 30, les résines acryliques sont classées au sein des matières plastiques dites thermoplastiques.
La résine acrylique est un matériau bien connu et utilisé depuis longtemps dans le domaine de l’orthopédie dento-faciale. Elle se présente le plus souvent sous la forme liquide-poudre (poudre polymère, liquide monomère).
La résine « ortho » est composée de polyméthacrylate de méthyle.
Elle peut se présenter sous différentes formes : translucide, de couleurs, à paillettes, etc.

Résine autopolymérisable

Ses propriétés mécaniques sont bonnes : dureté, résistance à la traction. Cependant, sa résistance à l’abrasion est faible.
La préparation s’effectue par le mélange du liquide et de la poudre, suivi d’un cycle de durcissement : chauffage dans l’eau chaude sous pression pour polymériser la résine et par la suite la durcir.
En orthodontie, l’utilisation des composants polymères pour�

Biomatériaux utilisés en thérapeutique fixe

La thérapeutique orthodontique fixe fait appel à beaucoup de matériaux afin d’aboutir aux objectifs définis, principalement une harmonie esthétique et occlusale.

Verrous métalliques, attaches ou brackets

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.
Au cours des dernières décennies, on a assisté à de nombreuses évolutions, notamment en ce qui concerne la pré-information.

Matériaux utilisés

Acier inoxydable : le matériau le plus fréquemment utilisé pour la fabrication des brackets métalliques.
Titane : les propriétés mécaniques des brackets en titane sont équivalentes à celles des brackets en acier avec une meilleure résistance à la corrosion et une absence de relargage de nickel.
Alliages chrome-cobalt : alliage biocompatible, exempt de nickel, et ne présentant aucune corrosion.

Verrous plastiques et composites

Utilisés dans le but d’améliorer l’aspect esthétique des appareils multi-attaches, les verrous plastiques ou en polycarbonate apparaissent dans les années 60.
Ils sont indiqués chez l’adolescent et l’adulte sensible aux facteurs esthétiques.
Les premières attaches étaient fragiles et les fractures fréquentes se situaient au niveau des ailettes.
Pour pallier les inconvénients des attaches en polycarbonates, les attaches en composites ou en résine apparaissent au début des années 70. Leurs mauvaises qualités mécaniques et leur dégradation chimique dans le temps imposent une utilisation discrète.

Verrous en céramique

Définition

Les céramiques sont des produits ni métalliques, ni polymériques, incluant des matériaux tels que les pierres précieuses, les verres, les oxydes métalliques.

Propriétés et conséquences sur les attaches orthodontiques

Propriétés optiques : ce sont ces propriétés qui ont déterminé le choix de la céramique pour la confection des attaches esthétiques (la teinte se rapproche de celle des dents).
Propriétés chimiques : 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.
Propriétés mécaniques :
- La dureté de la céramique est au minimum 2x plus élevée que celle de l’acier inoxydable.
- Les céramiques présentent une très faible résistance à la fracture, ce qui les rend extrêmement fragiles.
- Le coefficient de friction d’une attache en céramique est significativement plus important que celui d’une attache métallique (la friction est la résistance au mouvement de glissement d’un objet sur un autre).

Attaches autoligaturantes

Ces attaches permettent de réduire le frottement et de faciliter les mouvements dentaires.

Attaches au niveau lingual

Placées sur la face interne des dents pour des raisons esthétiques.

Base de céramique

Utilisée pour les attaches collées, garantissant une bonne adhérence.

La colle orthodontique

Les orthodontistes ont actuellement à leur disposition une large gamme de systèmes de collage. Ces systèmes de collage peuvent être classés en quatre familles :

Les colles traditionnelles hydrophobes.
Les colles hydrophiles.
Les colles auto-mordançantes.
Les verres ionomères modifiés par addition de résine.

Les principaux alliages utilisés

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 préconisé par Angle.
Ils sont composés d’or, de cuivre, d’argent, de palladium et de platine.
Les fils peuvent être soudés ou brasés, ils sont très souples et faciles à façonner.

Acier inoxydable

Les alliages nobles furent par la suite supplantés dans les années quarante par l’acier inoxydable, moins coûteux.
Les arcs en acier inoxydable peuvent être soudés ou brasés pour la confection des dispositifs orthodontiques. Ils contiennent approximativement 18 % de chrome et 8 % de nickel.
Ces alliages sont constitués de fer, de chrome, de nickel et de moins de 2 % de carbone.
Les fils en acier inoxydable peuvent se présenter en section ronde ou rectangulaire, sous formes monobrins ou multibrins.
L’acier inoxydable monobrin est le plus populaire dans les techniques de glissement et lors de phases de rétractions incisivo-canines.
Les fils multibrins peuvent se présenter sous forme torsadée à section ronde ou rectangulaire, torsadée autour d’un fil coaxial ou bien tressée.

Elgiloy

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, 0,04 % de béryllium.
L’alliage se présente sous quatre types différents selon sa résilience.
Les quatre types d’Elgiloy (bleu, vert, jaune et rouge) possèdent tous la même composition, mais leurs propriétés mécaniques diffèrent selon le mode d’usinage des fils.
L’Elgiloy possède une proportion de nickel double de celle de l’acier inoxydable, ce qui pourrait pour certains orthodontistes poser des problèmes de biocompatibilité.

Fil australien

Ce fil fut mis au point dans les années cinquante pour une utilisation préconisée dans la technique de Begg (light wire technique).
Il est principalement composé de 71 % de fer, 18 % de chrome, 9 % de nickel, 1 % de manganèse et moins de 1 % de molybdène, de silicium et de carbone.
Le fil possède une grande résistance à la rupture, un module d’élasticité en traction proche de celui de l’acier, et une limite élastique un peu plus grande.

Alliages de nickel-titane (Ni-Ti)

Il existe à l’heure actuelle une grande variété d’arcs Ni-Ti, mais leurs qualités et leurs propriétés ne sont pas toujours identiques.

Nitinol

Composé de :
- Nickel : 52 %
- Titane : 45 %
- Cobalt : son adjonction permet de moduler la température de transition et donc d’optimiser les propriétés mécaniques.
Le Nitinol n’offre pas les caractéristiques de superélasticité et de mémoire de forme.
Le Nitinol offre un avantage certain vis-à-vis de l’acier lors des phases de nivellement et d’alignement, de correction des rotations.
Il présente un état de surface moins lisse que l’acier.

Nitinol chinois

Le Ni-Ti chinois présente une élasticité plus importante que le Nitinol américain.

Ni-Ti à mémoire de forme et superélastiques

Les alliages en Ni-Ti à mémoire de forme offrent des propriétés pseudo-élastiques étonnantes : la superélasticité et la mémoire de forme.
Ainsi, dans une certaine gamme de température, ils peuvent subir une déformation apparemment plastique puis retrouver intégralement leur forme initiale par simple réchauffage.

Copper-NiTi

C’est un alliage formé par le nickel-titane, cuivre et chrome, et il présente les propriétés de superélasticité et de mémoire de forme.
Par rapport au Ni-Ti classique, le Copper-NiTi délivre une force constante sur une plus grande étendue d’activation.
Il est aussi plus résistant à la déformation permanente.
Le déplacement dentaire est plus régulier car l’arc est actif plus longtemps tout en restant dans une zone de force optimale.

Ni-Ti japonais

Les mêmes propriétés que le Copper-NiTi, à savoir la mémoire de forme.
Il est actuellement commercialisé sous les noms de Bioforce et Neosentalloy.
Ce fil se caractérise par sa superélasticité, son effet mémoire de forme, sa possibilité d’éducation, et enfin par son excellent effet détente.

Fil TMA

L’alliage en TMA peut être soudé à lui-même par soudure électrique sans pour autant fragiliser le fil, contrairement à l’acier.
Il permet une mécanique de glissement limitée à de petits déplacements.
Le module d’élasticité du TMA est le double de celui des fils Nitinol et représente 40 % de celui de l’acier. Il est composé de 77,8 % de titane, 11,3 % de molybdène, 6,6 % de zirconium et 4,3 % de manganèse.
Il représente un bon compromis entre les fils superélastiques et les fils d’acier ou les fils Elgiloy plus rigides.

Utilisation orthodontique des élastomères

Les élastiques

Utilisés pour appliquer des forces spécifiques entre les dents ou les arcades.

Les chainettes élastomériques

L’utilisation de chainettes est devenue indispensable pour différentes phases de traitement : fermeture des espaces, maintien des dents entre elles, correction des rotations, recul canin et incisif supérieur.

Les ligatures élastomériques

Les ligatures élastomériques sont utilisées pour solidariser l’arc dans la gorge du bracket. Leur principal défaut est qu’elles engendrent de la friction, ce qui est un inconvénient majeur dans les techniques de glissement.

Les gouttières élastomériques

Utilisées dans les systèmes comme Invisalign pour déplacer les dents.

Les matériaux polymères

Classification physique des polymères

Thermoplastiques : polyéthylène, PVC, nylon.
Polymères ou résines thermodurcissables : époxyde, polyuréthane, silicone.
Élastomères ou caoutchoucs.

Gouttières invisibles ou Invisalign

Les dents sont déplacées en utilisant l’élasticité d’un matériau élastomérique permettant de fabriquer une gouttière à partir d’une maquette prévisionnelle.
La matière pour confectionner les gouttières dentaires est représentée par le PETG (polyéthylène téréphtalate glycolisé), approuvé du point de vue médical, donc biocompatible.

Gouttières de contention

Permettent de maintenir les dents en position stable.

Les minivis

Introduites il y a une vingtaine d’années, les minivis permettent de renforcer l’ancrage (support) afin de déplacer les dents sans effets parasites. Elles sont soit en acier inoxydable, soit en titane, et sont biocompatibles. Elles sont vissées sur l’os.

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.