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Revêtements nanostructurés d'hydroxyapatite multisubstituée élaborés par projection de suspension par plasma inductif : de la chimie du précurseur aux propriétés mécaniques et biologiques

Chambard, Marine. Revêtements nanostructurés d'hydroxyapatite multisubstituée élaborés par projection de suspension par plasma inductif : de la chimie du précurseur aux propriétés mécaniques et biologiques. PhD, Sciences et Génie des Matériaux, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2019

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Abstract

En raison du vieillissement de la population et de son augmentation constante, les pathologies et traumatismes osseux nécessitant une réparation ou un remplacement sont en croissance permanente (4%/an). Le revêtement d’hydroxyapatite confère à la prothèse une stabilité primaire et des propriétés d’ostéointégration. Cependant, une révision prématurée de la prothèse est nécessaire dans environ 10 % des cas et entre 1 et 2 % des prothèses ont été l’objet d’une réopération suite à une infection bactérienne. Les besoins actuels en orthopédie exigent donc un revêtement mécaniquement stable sur le long terme et présentant un caractère antibactérien. Des revêtements de structure nanométriques développés récemment suscitent beaucoup d’intérêt de la part des professionnels de santé car ceux-ci présentent une bioactivité accrue. Or, un tel ordre de grandeur est inatteignable via les techniques de projection actuellement employées. La projection plasma de suspension (SPS) est une technique de synthèse permettant d’accéder à des revêtements de dimension submicrométrique voire nanométrique. Les objectifs de ce travail de thèse ont consisté à mettre au point un revêtement de structure submicrométrique par rf-SPS en vue d’en améliorer la bioactivité, et d’évaluer l’impact de l’incorporation de dopants antibactériens sur les caractéristiques physicochimiques et les propriétés mécaniques et biologiques, en vue d’une potentielle application clinique de ces revêtements. Afin de faciliter la mise en oeuvre et améliorer la répétabilité du procédé, l’impact de la préparation de la suspension sur les caractéristiques physicochimiques des revêtements a été investigué, puis les conditions de projection ont été optimisées afin d’atteindre des caractéristiques conformes aux normes et aux exigences conventionnelles des fabricants, comme la composition cristalline (%m HA > 50), la cristallinité (> 45 %) et la microstructure (porosité < 10 %v). Ensuite, les effets d’une incorporation d’éléments aux propriétés bactéricides (Ag) et stimulant la croissance osseuse (Sr) ont été investigués. Les éléments dopants ont été intégrés selon diverses modalités, puisque l’utilisation d’une suspension augmente les possibilités de dopage via le milieu de dispersion liquide. Dans un cas, c’est la poudre qui a été dopée, dans un deuxième cas c’est le milieu dispersant qui l’a été soit par dissolution de nitrates soit par ajout de nanoparticules métalliques. Les analyses ont révélé des revêtements rf-SPS aux propriétés mécaniques et biologiques intéressantes au regard d’un revêtement de référence formé par projection plasma conventionnelle selon un mode opératoire utilisé pour l’élaboration de revêtements commercialisés : une énergie d’adhésion 4 à 12 fois plus importante et une affinité du même ordre aussi bien vis-à-vis des protéines (albumine) que des cellules mésenchymateuses. Il a été démontré que quelle que soit la méthode d’incorporation, l’argent réagit pour former des nanoparticules dans le revêtement dont le seul paramètre variable est le diamètre, compris en moyenne entre quelques nanomètres et un micron. Les revêtements contiennent jusqu’à 0,35 %m d’argent, sans témoigner de cytotoxicité. Des tests ont montré que la taille des nanoparticules d’argent a un effet plus significatif que leur concentration sur leur potentiel antibactérien. Quant au strontium, il s’incorpore de manière relativement uniforme pour des concentrations comprises entre 3 et 5 %m quel que soit le procédé de dopage et ne montre pas d’effet sur les propriétés biologiques ou mécaniques du dépôt. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet REVAMITIC soutenu par la Région Occitanie, et du projet ARCHICAP financé par l’Agence Nationale de la Recherche et réalisé en collaboration avec le Laboratoire Génie de Production (LGP) de Tarbes, le laboratoire de Bioingénierie Tissulaire (BioTis -Inserm U1026) de Bordeaux et l’entreprise Projection Plasma Système (2PS) basée à Montbazens.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Bertrand, Ghislaine and Gitzhofer, François
Statistics:download
Deposited On:29 May 2020 09:51

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