Synthèse et caractérisation de phosphates de calcium d'intérêt biologique : structure et propriétés de phosphates tricalciques β dopés au sodium : formation d'apatites non stoechiométriques par hydrolyse de phosphate dicalcique dihydraté

par Laëtitia Obadia

Thèse de doctorat en Odontologie. Biomatériaux

Sous la direction de Jean-Michel Bouler et de Bruno Bujoli.

Soutenue en 2004

à Nantes , dans le cadre de École doctorale chimie biologie (Nantes) , en partenariat avec Université de Nantes. Unité de Formation et de Recherche d'Odontologie (autre partenaire) .


  • Résumé

    La phase minérale de l'os est assimilable à une apatite carbonatée mal cristallisée. Le vieillissement de la population conduit les praticiens à avoir recours à des substituts osseux de synthèse. Parmi ces biomatériaux, on peut distinguer les phosphates de calcium biphasés (BCP) en hydroxyapatite (HA) et en phosphate tricalcique (β-TCP). Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, à l'aide de la RMN du solide du 31P et de la DRX, l'incorporation du sodium au sein de la maille du β-TCP, sa localisation ainsi que son influence sur les paramètres de maille. De plus, nous avons montré que l'intégration de cet ion au sein du β-TCP augmentait la résistance en compression de cette biocéramique et ne modifiait pas sa cytocompatibilité. Le β-TCP dopé au sodium apparaît être un candidat potentiel pour une utilisation comme matériaux de comblement osseux. Au cours de cette thèse, nous nous sommes également intéressés à la synthèse d'apatites déficientes en calcium (CDA), qui après calcination au-delà de 800ʿC donnent des BCP de rapport Ca/P identique à la CDA de départ. Nous avons étudié un mode de synthèse peu décrit dans la littérature : l'hydrolyse de phosphate dicalcique dihydraté (DCPD). Le rapport Ca/P des BCP influe directement sur les propriétés biologiques, nous nous sommes donc attachés à déterminer l'influence des paramètres expérimentaux sur le rapport Ca/P des apatites synthétisées. Un plan d'expériences a permis de démontrer que, dans le domaine étudié, la température et le temps de synthèse avaient une influence sur le rapport Ca/P des CDA obtenues. Une équation prédisant le rapport Ca/P a pu être formulée. Ce travail a également souligné l'importance de la base utilisée sur la nature des CDA obtenues : lorsque NH4OH est utilisé, aucune incorporation d'ions carbonates n'est observée, tandis que lorsque NaOH est employée, les CDA obtenues sont substituées par des ions sodium et carbonates, se rapprochant ainsi des apatites biologiques. Il a de plus été montré que lorsque la température augmentait, le rapport Ca/P des CDA, la taille des cristallites ainsi que la densité augmentaient tandis que la surface spécifique des apatites diminuait. Cette étude contribue également à valider le recours à l'affinement Rietveld pour la détermination des paramètres de mailles, de la taille des cristallites dans les CDA ainsi que le pourcentage de phases d'HA et de β-TCP dans les BCP. Ce travail a permis de répondre à des problématiques appliquées à cette classe de biocéramiques (amélioration des propriétés mécaniques de céramiques, étude d'une méthode de synthèse pour l'obtention de matériaux de comblement osseux) ainsi que d'approfondir les connaissances fondamentales portant sur les structures cristallographiques de composés phosphocalciques utilisés comme biomatériaux.

  • Titre traduit

    Synthesis and scharacterisation of calcium phosphate biomaterials : structure and properties of Na-doped β tricalcium phosphates; formation of non stoechiometric apatites by hydrolysis of Dicalcium Phosphate Dihydrate


  • Résumé

    The mineral phase of bone is similar to a poorly crystallized carbonated apatite. The ageing of the population leads the surgeons to use synthetic bone substitutes. Among these biomaterials, there are Biphasic Calcium Phosphates (BCP), consisting in a mixture of hydroxyapatite (HA) and -tricalcium phosphate ( β-TCP). In a first step, thanks to NMR 31P and XRD, we detected the incorporation of sodium within the β-TCP lattice, also its localisation and influence on lattice parameters. . . . . . . . . . . . . This study contributes to use Rietveld refinement for the determination of lattice parameters, crystallite size as well as the percentage of HA and β-TCP phases in the BCP. This works allowed to answer to problems applied to this class of bioceramics (improvement of the ceramics mechanical properties, study of a method of synthesis to obtain bone substitute materials). Moreover, this study allows to better understand fundamental knowledge on crystallographic structures of calcium phosphate materials used as bone substitutes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 142-152, 150 ref.

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