Caractérisations physico-chimique et études de la bioactivité de verres synthétisés par fusion et par voie sol-gel PDF Download
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Book Description
Dans le domaine de la chirurgie osseuse, l'utilisation des biomatériaux d'origine naturelle présente depuis quelques temps des risques de contaminations par des virus. Ce phénomène a conduit les physico-chimistes, les chirurgiens et les industriels à développer des matériaux synthétiques. Le but de ce travail de thèse est de contribuer au développpement des verres bioactifs en tant que matériaux en site osseux. Il a porté en particulier sur la synthèse des verres par deux méthodes : la méthode de fusion et le procédé sol-gel. Ces matériaux ont fait l'objet d'études in vitro en absence puis en présence des cellules afin d'évaluer leur potentiel de bioactivité, de réactivité chimique et de biocompatibilité. Les études structurales et morphologiques pour l'étude de la cinétique de formation d'une couche d'hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) à la surface des différentes compositions synthétisées ont été mis en évidence par différentes techniques de caractérisation telles que la DRX, le FTIR, le MEB et l'EDX. Les résultats obtenus montrent la formation de deux nouvelles phases cristallisées à la surface du verre synthétisé par voie sol-gel : l'hydroxyapatite et la calcite. Quant aux verres élaborés par fusion, les techniques d'analyse ont mis en évidence un caractère bioactif pour les compositions E1, E2, E3 et E4 et un caractère biorésorbable pour la composition E5. Du point de vue de la biocompatibilité, des tests de cyotoxicité ont révélé une absence de réactions toxiques en présence des cellules ostéoblastiques hFob in vitro.
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Dans le domaine de la chirurgie osseuse, l'utilisation des biomatériaux d'origine naturelle présente depuis quelques temps des risques de contaminations par des virus. Ce phénomène a conduit les physico-chimistes, les chirurgiens et les industriels à développer des matériaux synthétiques. Le but de ce travail de thèse est de contribuer au développpement des verres bioactifs en tant que matériaux en site osseux. Il a porté en particulier sur la synthèse des verres par deux méthodes : la méthode de fusion et le procédé sol-gel. Ces matériaux ont fait l'objet d'études in vitro en absence puis en présence des cellules afin d'évaluer leur potentiel de bioactivité, de réactivité chimique et de biocompatibilité. Les études structurales et morphologiques pour l'étude de la cinétique de formation d'une couche d'hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) à la surface des différentes compositions synthétisées ont été mis en évidence par différentes techniques de caractérisation telles que la DRX, le FTIR, le MEB et l'EDX. Les résultats obtenus montrent la formation de deux nouvelles phases cristallisées à la surface du verre synthétisé par voie sol-gel : l'hydroxyapatite et la calcite. Quant aux verres élaborés par fusion, les techniques d'analyse ont mis en évidence un caractère bioactif pour les compositions E1, E2, E3 et E4 et un caractère biorésorbable pour la composition E5. Du point de vue de la biocompatibilité, des tests de cyotoxicité ont révélé une absence de réactions toxiques en présence des cellules ostéoblastiques hFob in vitro.
Author: Élodie Dietrich Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 289
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Ce travail concerne l'élaboration, l?étude physico-chimique et l?évaluation biologique de verres bioactifs purs et dopés, sous forme massive ou poreuse. Trois éléments dopants ont été introduits dans la matrice vitreuse. Les différents verres synthétisés par fusion à haute température présentent une structure amorphe et homogène. Leur réactivité chimique a été évaluée lors de tests in vitro en l?absence puis en présence de cellules. La bioactivité des verres est avérée par la formation d?une couche d?hydroxyapatite à leur surface et l?introduction d?éléments dopants influe fortement leur réactivité chimique. La non-cytotoxicité des verres et une bonne prolifération cellulaire a également été mise en évidence. Une étude structurale originale sur la bioactivité des verres par RMN du Solide a montré des modifications importantes du réseau vitreux lors des tests in vitro. Par ailleurs, deux phosphosilicates présentant une porosité macro et micrométrique ont été synthétisés par réaction entre un nitrure et les oxydes du verre. Cette porosité a été créée après une mise au point des différents paramètres thermiques nécessaires à ce phénomène.
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Lorsque les verres bioactifs entrent en contact avec des tissus vivants, une série de réactions physico-chimiques (dissolution, précipitation...) ont lieu à l'interface matériau / os, et conduisent à la formation d'une couche phosphocalcique, dont la composition est proche de la phase minérale de l'os (hydroxyapatite). La couche d'apatite sert de site de minéralisation pour les cellules osseuses, ce qui permet in fine un lien intime entre le verre bioactif et les tissus osseux. Ce lien est caractéristique de la bioactivité, qui peut être modulée via plusieurs paramètres du verre comme la composition en éléments majeurs et traces ou les propriétés texturales (surface spécifique, porosité).Dans ce contexte, nous avons élaboré des verres bioactifs dans des systèmes binaires (SiO2-CaO) et ternaires (SiO2-CaO-P2O5). Ces verres ont été dopés en ions zinc et magnésium via la voie sol-gel. Grâce à l'emploi de tensioactifs, nous avons obtenu des verres mésostructurés. Enfin, en utilisant des méthodes dites « d'opale inverse », des verres à macroporosité organisée ont été synthétisés. L'influence de ces paramètres sur la réactivité des verres au contact d'un milieu biologique (DMEM) a principalement été étudiée par des techniques utilisant des microfaisceaux d'ions. L'émission X induite par particules chargées (PIXE) combinée à la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford (RBS) a en effet démontré des effets évidents sur la cinétique, l'amplitude et la distribution spatiale des réactions physico-chimiques.
Author: Jonathan Lao Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 185
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Les verres bioactifs permettent de combler les défauts osseux lors d'applications cliniques. Nous avons élaboré par sol-gel plusieurs verres bioactifs, parmi lesquels des verres dopés en Sr. La bioactivité des verres est avérée : au contact d'un milieu biologique, une couche Ca-P se forme rapidement en surface de nos matériaux. La caractérisation de l'interface verre/ milieu biologique par faisceau d'ions démontre que le verre binaire est le plus rapide en ce qui concerne la dissolution de la matrice et l'apparition de la couche Ca-P. Pour les verres contenant du P, ces phénomènes sont retardés, mais la couche Ca-P-Mg se développe vite en une couche apatitique. Pour les verres dopées en Sr, la couche Ca-P-Mg se forme sur une profondeur réduite. Néanmoins elle évolue plus vite en apatite. De plus la présence de Sr à l'interface verre/ liquide et dans le milieu biologique pourrait résulter, grâce aux effets bénéfiques du Sr sur l'activité cellulaire, en une bioactivité améliorée in vivo
Author: Aldo R. Boccaccini Publisher: Royal Society of Chemistry ISBN: 1782629769 Category : Health & Fitness Languages : en Pages : 550
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The field of bioactive glasses has been expanding continuously over recent years. This book aims to give the material's scientist an up-to-date reference and guide for education, studies and research.
Author: Francesco Baino Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 111972466X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 904
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Bioactive Glasses and Glass-Ceramics Fundamentals and Applications A Comprehensive and Critical Overview of Bioactive Glasses and Glass-Ceramics Bioactive glasses and glass-ceramics are a versatile class of biocompatible materials that have an astonishing impact in biomedicine. Bioactive Glasses and Glass-Ceramics: Fundamentals and Applications presents topics on the functional properties, processing, and applications of bioactive glasses and glass-ceramics. The primary use of bioactive glasses and glass-ceramics is to repair bone and dental defects; however, their full potential is yet to be fulfilled. Many of today’s achievements in regenerative medicine and soft tissue healing were unthinkable when research began. As a result, the research involving bioactive glasses and glass-ceramics is highly stimulating and continuously progresses across many different disciplines including chemistry, materials science, bioengineering, biology, and medicine. Topics relating to these disciplines and covered within the work include: Fundamentals on bioactive glasses and glass-ceramics, bioactive glasses in today’s market, and improvements and challenges for the future Scalability and other issues when taking bioactive glass from lab to industry/commercialization applications, plus clinical challenges Trending topics such as bioactive glass porous scaffolds, additive manufacturing of bioactive glasses, and nano-engineering of bioactive glasses The various bioactive glass compositions which have been developed as medical products in an expanding range of forms and applications Bioactive Glasses and Glass-Ceramics: Fundamentals and Applications serves as a comprehensive and complete reference work on bioactive glasses and glass-ceramics for research and development (R&D) materials scientists, surgeons, and physicians, and leadership at glass and medical companies. Students and professors in fields of study pertaining to the aforementioned disciplines will also derive value from the work.
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Les verres bioactifs sont des matériaux particulièrement intéressants en régénération osseuse du fait de leur capacité à stimuler les cellules responsables de la croissance osseuse par les espèces qu'ils relarguent lors de leur dissolution et pour leur capacité à se lier à l'os. Au-delà de leur rôle comme matériau de comblement de défauts osseux, ils pourraient servir de support à la croissance en laboratoire de véritables greffons osseux cultivés à l'aide de seulement quelques cellules d'un patient. Afin d'être efficace, ce support doit posséder une architecture macroporeuse interconnectée pour permettre l'invasion cellulaire ainsi que la vascularisation, nécessaire à la survie des cellules. Ce travail de thèse a pour objectif la réalisation d'un tel support par l'ajout d'une étape de moussage au procédé sol-gel. Ce procédé a été utilisé pour la synthèse de matériaux aux porosités différentes permettant de déterminer une porosité plus prometteuse pour des essais in vivo qui ont montré l'invasion possible de cette mousse par des cellules osseuses. Ce procédé a de plus été rendu plus sûr par la mise au point d'une voie de synthèse alternative dans laquelle l'acide nécessaire au procédé de moussage, mais toxique, a été remplacé avec succès. Cette voie alternative a de plus permis l'organisation de la mésoporosité de la mousse. L'incorporation d'un élément d'intérêt biologique, le strontium, a été réalisé et son influence sur les propriétés et la réactivité du verre a été étudiée. Enfin, une voie de synthèse de nouveaux matériaux composites a été proposée : la grande bioactivité des verres bioactifs est conservée tout en ayant des propriétés mécaniques supérieures grâce à l'utilisation de la gélatine comme phase organique.
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LES MATERIAUX HYBRIDES ORGANO-MINERAUX, A BASE DE TMSM, CONJUGUANT A LA FOIS LES PROPRIETES DES POLYMERES ET DES CERAMIQUES SONT DE NOUVEAUX MATERIAUX CONSTITUES PAR UNE MATRICE MINERALE DE TYPE SIOSI ET DES CHAINES ORGANIQUES DE TYPE METHACRYLATE. LEUR ELABORATION EST RENDUE POSSIBLE PAR L'ASSOCIATION DU PROCEDE SOL-GEL ET DES TECHNIQUES DE POLYMERISATION. CE TRAVAIL A CONCERNE LA MISE AU POINT D'UN VERRE HYBRIDE POUR DIFFERENTES UTILISATIONS NOTAMMENT POUR DES APPLICATIONS DE REVETEMENTS. LA SYNTHESE DE CE MATERIAU FAIT INTERVENIR TROIS MONOMERES: UN ORGANO-SILANE, UN MACRO-ORGANO-SILANE CONTENANT UNE FONCTION METHACRYLATE ET UN METHACRYLATE (TMOS, TMSM, MMA). DANS LE BUT D'APPREHENDER LE COMPORTEMENT DES REACTIONS MISES EN JEU, UNE ETUDE SYSTEMATIQUE DE CHACUN DES CONSTITUANTS DU MATERIAU A ETE EFFECTUEE PAR SPECTROMETRIE VIBRATIONNELLE (DIFFUSION RAMAN ET ABSORPTION IR), RMN ET SPECTROMETRIE X AUX PETITS ANGLES (SAXS). LA CORRELATION DES RESULTATS OBTENUS PAR CES DIFFERENTES TECHNIQUES A CONDUIT A LA CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DU VERRE HYBRIDE. EN EFFET, IL Y A AU STADE DE LA SYNTHESE UNE COMPETITION ENTRE GELIFICATION ET POLYADDITION RADICALAIRE. UN TRAITEMENT THERMIQUE A 80C ET/OU A 160C PERMET L'EVACUATION PARTIELLE DES SOLVANTS ET MENE A LEUR TERME LES DEUX PHENOMENES EN COMPETITION. CETTE ETUDE A PERMIS D'APPROCHER UNE MODELISATION CINETIQUE DES REACTIONS D'HYDROLYSE ET DE CONDENSATION DES ALCOXYSILANES UTILISES. A L'ISSUE DE CETTE ETUDE, LA STRUCTURE INTIME DU VERRE HYBRIDE A PU ETRE APPROCHEE. UNE MODELISATION DE SA MICROSTRUCTURE A PU ETRE ETABLIE
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Ce travail de thèse porte sur le développement des nouveaux verres bioactifs de comblement osseux. Ils sont élaborés par fusion dans le système quaternaire : SiO2-CaO-Na2O-P2O5. Deux éléments chimiques (bore et fluor), ont été incorporés au sein du réseau vitreux. L'effet de la quantité des éléments ajoutés dans le verre, sur le comportement physico-chimique, mécanique et physiologique a été mené par plusieurs techniques originales. L'intégration du bore ou du fluor au sein de la matrice vitreuse, influe sur les caractéristiques thermiques des verres synthétisés. Les performances mécaniques en termes de résistance mécanique, module de Young, module de cisaillement, rigidité et dureté ont été développé par l'incorporation du fluor dans la structure vitreuse. L'effet inverse a été manifesté pour les verres à base du bore. Des essais ''in vitro'' ont prouvé que la présence du bore accélère la dissolution de la matrice vitreuse, la cinétique et la cristallisation de la couche d'hydroxyapatite. Tandis que l'ajout du fluor retarde ces phénomènes physiologiques.
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Ce travail est consacré à l’élaboration par voie sol-gel de verres de silice et d’oxyde d’étain nanostructurés par séparation de phases. L’étude de l’évolution microstructurale de ce matériau a été effectuée durant la gélification des sols et lors de traitements thermiques de séparation de phases et de cristallisation de l’oxyde d’étain dans les xérogels. L’essentiel des résultats expérimentaux a été obtenu au travers de campagnes de mesures de diffusion centrale des rayons X ou de diffraction des rayons X réalisées sur des sources de rayonnement synchrotron (SOLEIL et l’ESRF). Des gels mixtes homogènes contenant jusqu’à 50% d’étain ont été obtenus. Le processus d’agrégation régissant la gélification a été identifié comme étant un mécanisme RLCCA (Reaction Limited Cluster Cluster Aggregation). La modification des différents paramètres chimiques a essentiellement un effet cinétique sur la gélification. Après séchage, les xérogels obtenus ont été soumis à des traitements thermiques. Un prétraitement de séparation de phases à 250 °C favorise la création de nanocristaux de petite taille. A cette température la séparation de phases est lente et semble être de la décomposition spinodale pour des xérogels contenant entre 10 et 30 % d’étain. Des cristaux assez petits pour pouvoir observer des phénomènes de luminescence ont été obtenus avec un xérogel contenant 10% d’étain après un prétraitement thermique de séparation de phases et un traitement de cristallisation à 350 °C. Il est possible de rendre les xérogels transparents par un traitement thermique supplémentaire à 550 °C, ceci sans modifier la taille des nanocristaux obtenue à 350 °C.
Author: Mohamed Mami
Author: Mohamed Mami
Author: Élodie Dietrich
Author: Jérémy Soulié
Author: Jonathan Lao
Author: Aldo R. Boccaccini
Author: Francesco Baino
Author: Joséphine Lacroix
Author: AOUATIF.. BAKKALI
Author: Amina Gharbi
Author: Matthieu Dumoulin