Métaux de spécialité faisant progresser l'innovation dans les dispositifs médicaux

La science ouvre des alternatives à l'acier inoxydable

L'acier inoxydable dans ses différentes nuances — incluant 304, 316 et 316L, entre autres — est le matériau qui forme l'épine dorsale de l'industrie des dispositifs médicaux. Cependant, d'autres métaux sont importants et le deviennent encore plus.

C'est parce que, à mesure que la science progresse, elle repousse aussi les frontières de la métallurgie. Cela, à son tour, ouvre la voie à la fois à la création de nouvelles applications et à l'utilisation de métaux de spécialité pour composants de dispositifs médicaux.

Alliages offrant de nouvelles options

Le développement de métaux de spécialité sous forme d'alliages a permis à l'industrie des dispositifs médicaux de regarder au-delà de l'acier inoxydable pour d'autres matériaux appropriés. Par exemple, le MP35N, un alliage nickel-cobalt, est souvent substitué à l'acier inoxydable en raison des propriétés utiles de l'alliage.

Avec environ deux fois la résistance de l'acier inoxydable, le MP35N peut être utilisé pour produire des tubes à paroi beaucoup plus mince et au profil plus fin. De plus, cet alliage à haute teneur en molybdène offre une résistance à la corrosion supplémentaire.

Ce tube plus petit mais encore très résistant est un avantage pour des applications comme les procédures des voies urinaires.

Un autre grand exemple des gains de la science poussant le marché des dispositifs médicaux vers les métaux de spécialité est l'utilisation croissante de l'alliage nickel-titane, aussi connu sous le nom de nitinol ou NiTi, qui possède d'excellentes propriétés de mémoire de forme.

Le nitinol peut être transformé en tube puis découpé en un stent très petit qui s'effondre complètement pour une mise en place facile à l'intérieur du corps humain. Une fois en place, le stent reprend la forme désirée — comme une courbe, un U, ou une autre forme — basée sur sa capacité unique à « se souvenir » de sa forme originale.

Le nitinol est aussi utilisé pour des dispositifs comme les endoscopes, leur donnant un haut degré de flexibilité et de résistance au pliage.

(En savoir plus sur les tubes de précision découpés en MP35N, nitinol et autres matériaux.)

Métaux de spécialité de type réfractaire

Le niobium est l'un des métaux de spécialité réfractaires utilisés dans les dispositifs médicaux d'aujourd'hui. Très inerte et biocompatible, en plus d'avoir des propriétés précieuses comme une haute conductivité thermique et électrique, le niobium est souvent utilisé pour fabriquer de petites pièces de stimulateurs cardiaques.

Comme métal réfractaire très poreux qui encourage l'os à pousser et s'y attacher, le tantale est utile pour les implants quand il est utilisé en présence d'os. Le tantale est aussi utilisé pour des bandes de repérage diagnostiques. Cependant, le matériau est plus souvent utilisé comme composite en raison du coût et de la rareté de l'élément.

Le tungstène est souvent utilisé dans les composants de dispositifs médicaux, comme les tubes utilisés pour effectuer des procédures laparoscopiques et endoscopiques mini-invasives. En plus de fournir une résistance mécanique, le tungstène peut être utilisé là où la radiopacité est requise, principalement dans les applications de fluoroscopie.

Avec une densité supérieure à celle du plomb, le tungstène peut aussi être utilisé comme alternative écologiquement sûre au plomb comme matériau de blindage contre les radiations. (En savoir plus dans notre document technique, Analyse comparative des propriétés du tungstène pour applications de dispositifs médicaux.)

Le développement de dispositifs médicaux conçus pour être placés et laissés à l'intérieur du corps humain a conduit les fabricants de métaux de spécialité à trouver de nouvelles utilisations pour le titane, bénéficiant de découvertes comme les suivantes :

• Comme matériau très inerte, le titane pose peu ou pas de risque pour le corps humain quand il est implanté.
• L'os développe réellement des connexions au titane, permettant de l'utiliser pour remplacer des os usés ou autrement inutilisables.

Les genouillères artificielles, hanches artificielles et utilisations similaires ont probablement vu leur plus grande croissance grâce à l'utilisation du titane et de ses alliages. Ces matériaux sont beaucoup plus compatibles pour cet usage que l'acier inoxydable, qui ne s'unit pas à l'os humain.

Applications pour les métaux précieux

À mesure que des dispositifs étaient créés pour être implantés dans le corps, le besoin de suivre soigneusement ces objets est aussi apparu. Donc, par exemple, quand les chirurgiens placent un stent dans le corps, ils comptent sur ce qu'on appelle des bandes de repérage pour vérifier que le stent est au bon endroit et a la bonne forme.

En raison de leur radiopacité, les métaux précieux naturels comme l'or et le platine sont devenus importants pour leur utilisation comme bandes de repérage — permettant aux professionnels de santé de voir où les dispositifs sont placés dans le corps humain.

Cependant, les bandes de repérage d'aujourd'hui peuvent être faites d'une gamme plus large de métalliques radiopaques au-delà du usual 90 % platine / 10 % iridium. Par exemple, le tungstène, qui est radiopaque et a une densité identique à l'or mais un prix bien plus bas et prévisible, peut être utilisé.

Bien sûr, tous les métaux précieux ne sont pas aussi « nobles » que l'or et le platine. Par exemple, alors que l'argent est valorisé en médecine pour ses propriétés antimicrobiennes, il doit être soigneusement conçu et est rarement utilisé pour applications de dispositifs médicaux.

De même, le cuivre a des bénéfices antimicrobiens pour des usages comme la prévention d'infection et la stérilisation hospitalière. Cependant, le cuivre pose des préoccupations thrombogéniques, bien qu'il ait été utilisé dans les DIU et, quand suffisamment blindé, peut être utilisé pour le traitement de signal avec implants et outils diagnostiques.

Métaux de spécialité qui ne sont plus utilisés

Même si de nouvelles applications sont découvertes, il y a d'autres métaux de spécialité qui ne sont plus utilisés dans les dispositifs médicaux.

C'est parce qu'au fil du temps, la science a découvert l'incompatibilité et même la toxicité de ces matériaux pour les humains. En conséquence, des questions importantes ont été soulevées sur des procédés industriels précédemment populaires utilisés pour améliorer l'apparence et la performance des dispositifs.

Par exemple, le revêtement chrome était autrefois utilisé intensivement pour rendre les pièces brillantes, mais son utilisation dans les applications de dispositifs médicaux a maintenant été presque entièrement éliminée. Malgré le fait que le chrome est un oligo-élément essentiel et que de petites quantités sont nécessaires à la santé humaine, l'exposition à des quantités non contrôlées de chrome plaqué dans les dispositifs médicaux est néfaste.

Bien sûr, il y a des métaux de spécialité qui ne retrouveront jamais leur place dans les dispositifs médicaux. Il y a des années, le mercure était prévalent, mais bien sûr maintenant on sait que c'est une terrible idée.

Malheureusement, nous avons encore des rappels aujourd'hui que le plomb est un autre métal qui a des effets neurotoxiques. Donc il n'est pas utilisé — sauf prudemment et enveloppé — pour le blindage radiologique.

D'un autre côté, peut-on jamais dire jamais ? Alors que les matériaux radioactifs sont à éviter dans la plupart des applications, les propriétés destructrices des éléments radioactifs sont encore exploitées et bénéfiques dans le traitement du cancer.

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