Nitinol-AM - Stents en Nitinol imprimés en 3D par fusion laser sélective

Au-dessus de sa température de transformation austénitique, le Nitinol est un alliage super-élastique et en-dessous de sa température de transformation martensitique, ce même alliage est capable de retrouver sa forme initiale après avoir été déformé plastiquement. Cet effet est appelé Mémoire de forme. Il permet au stent préalablement déformé d’être inséré dans une artère, puis de se dilater et de retrouver sa forme initiale, lorsqu’il est réchauffé par le corps. Actuellement, les stents médicaux sont produits par découpe ou soudage laser de fils ou de tubes de Nitinol, ce qui limite les géométries disponibles et donc l’adaptabilité à la morphologie du patient.

Durant ce travail, des stents ont été imprimés en 3D par fusion laser sélective à partir d’une poudre pré-alliée de NiTi de composition atomique 50.8 % Ni. Ce procédé présente l’avantage de réduire le nombre d’étapes de fabrication par rapport à la voie classique, qui nécessite de nombreux traitements thermiques. Néanmoins, comme toutes les pièces produites par ce procédé, les stents obtenus présentent une grande rugosité de surface correspondant à la taille des particules fondues (~30 mm).

En faisait varier la densité d’énergie volumique entre 73 and 250 J/mm³ et la puissance du laser entre 50 et 250 W, il a été possible de faire varier avec précision la température de transformation des stents entre 27 et 98 °C. Les diamètres minimaux des brins de stents obtenus sont de 200 mm avant l’électropolissage. Les températures de transitions ont été mesurées par calorimétrie différentielle à balayage et l’effet super-élastique a pu être observé en trempant les stents dans de l’eau chaude à 37 °C.

L'électropolissage a permis de réduire la rugosité initiale jusqu’à 13 nm (selon ISO 21920) sur des plaques imprimées avec les mêmes paramètres que les stents. Un montage comprenant deux contre-électrodes imprimées en acier inoxydable et ayant une géométrie proche de celle de stents a été spécifiquement conçue pour optimiser l’électropolissage. Cela a permis de réduire significativement la rugosité à l’intérieur et à l’extérieur des stents. Finalement, une couche de 50 nm de TiO₂ a été déposée par Atomic Layer Deposition à la surface des stents dans le but d’améliorer leur biocompatibilité.

Des tests de cytotoxicité et d’hémocompatibilité ont été réalisés sur trois échantillons : un non-électropoli, un électropoli et un troisième électropoli et revêtu de TiO₂. Ils ont révélé que tous les échantillons testés étaient bios et hémocompatibles. En outre, le revêtement de TiO₂ réduit significativement la mortalité des globules rouges, mais elle reste en-dessous du seuil toléré aussi pour les deux autres échantillons.