Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures - ICMN

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Florian Olivier

Sujet de thèse : Etude de dépôt de phosphates de calcium sur des tissus de fibres de carbone pour des applications biomédicales

Encadrants : Sylvie Bonnamy, Sandrine Delpeux, Jérôme Chancolon

Laboratoire d’accueil  : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures

(ICMN), CNRS Université d’Orléans

Spécialité : Chimie des matériaux

Ecole doctorale : Energie - Matériaux - Sciences de la Terre et de l’Univers

Résumé :
L’os a la faculté de se renouveler et de se reconstruire. Les capacités de régénération sont cependant limitées et il s’avère que dans certaines circonstances un comblement osseux soit nécessaire pour obtenir une reconstruction complète du tissu osseux endommagé.

Les tissus de fibres de carbone activées sont bio-inertes, souples et possèdent une architecture poreuse multi-échelles. Les caractéristiques du tissu combinées à un revêtement phosphocalcique bioactif vont permettre une ostéointégration de ce biomatériau qui va améliorer la régénération osseuse. L’hydroxyapatite (HAP) est une céramique du type phosphate de calcium dont la composition chimique Ca10(PO4)6OH2 est proche de celle de la phase minérale de l’os.

L’objectif de cette thèse, est de déposer par sono-électrodéposition un revêtement de phosphates de calcium de type HAP sur un tissu de fibres de carbone et d’étudier l’influence de paramètres expérimentaux tels que la densité de courant/le potentiel ainsi que la durée de polarisation sur la composition chimique, la texture, la structure et l’homogénéité du revêtement phosphocalcique. La sono-électrodéposition est en effet une technique de choix simple à mettre en œuvre et qui permet d’obtenir des dépôts contrôlés sur des substrats rugueux en solution aqueuse. Elle permet aussi de réalisé efficacement le dopage de l’HAP par des ions à fort intérêt biologique comme le Sr2+ ou le Ga3+.

La pulvérisation thermique est envisagée comme une nouvelle méthode pour la synthèse de ce type de biomatériaux hybrides. Ce procédé « en température » est basé sur la pulvérisation d’une solution de précurseurs au moyen d’un gaz vecteur. Ce procédé permettra d’élargir la gamme de composition chimique, morphologie et structure de céramique phosphocalcique afin d’obtenir des biomatériaux hybrides hautement biomimétiques.

Les dépôts ainsi que leurs interfaces sont caractérisés au moyen de nombreuses techniques et notamment par IRTF, MEB, MET ainsi que par DRX et RMN du 1H et 31P en rotation à l’angle magique. La biocompatibilité du matériau hybride est ensuite évaluée par culture in vitro d’ostéoblastes humains (HOST).

Mots clés : Biomatériaux, tissu de carbone, phosphates de calcium, électrodéposition, pulvérisation thermique, IRTF, MEB, HR-MET, DRX, MAS-RMN, cultures cellulaires in vitro.