Synthèse et frittage d’hydroxyapatites phosphocalciques silicatées

par Mickaël Palard

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique

Sous la direction de Eric Champion et de Sylvie Foucaud.

Soutenue en 2007

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Des poudres d’hydroxyapatites silicatées Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x (0 ≤ x ≤ 2) ont été synthétisées par précipitation en milieu aqueux à pH et température contrôlés suivie d’une calcination. Les précipités sont composés d’une phase apatite carbonatée et silicatée (phase principale) et d’une phase secondaire contenant le silicium en excès. Celui-ci n’est incorporé en totalité dans l’apatite que lors de la calcination en substituant les groupements carbonates (CO32-) issus de la synthèse. Pour xSi ≤ 1 mol, les poudres sont monocristallines. Le mécanisme de formation de l’HA silicatée est : Ca10-y(PO4)6-y-w(CO3)y(SiO4)w(OH)2-y-w + y CaSiO3 → Ca10(PO4)6-y-w(SiO4)w+y(OH)2-y-w + y CO2. Au-delà de 1 mol de silicium, les poudres cristallisent dans un système biphasé, hydroxyapatite et phosphate tricalcique alpha. La stabilité thermique des poudres dépend de la teneur en silicium. L’hydroxyapatite silicatée se décompose en deux temps selon les réactions : Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x → (1 – x/2) Ca10(PO4)6(OH)2 + (x) Ca3(PO4)2 + (x) Ca2SiO4 (T1) → (1 – x/2) Ca10(PO4)6(OH)2 + (x/2) Ca10(PO4)4(SiO4)2 (T2). L’incorporation de silicium dans l’hydroxyapatite engendre un décalage des températures de début de frittage et de vitesse maximale de densification vers les hautes températures. Les conditions doivent être adaptées à chaque composition afin d’obtenir des matériaux denses (τ > 95%) sans phase secondaire. Ceux-ci ont été testés biologiquement par culture in vitro de cellules ostéoblastes MG-63 en évaluant la prolifération et l’adhésion cellulaire. Le nombre de cellules augmente jusqu’à 5 jours de culture. La présence de silicium dans l’apatite ne modifie pas la biocompatibilité des matériaux mais l’activité cellulaire (prolifération, adhésion) n’est cependant pas améliorée.

  • Titre traduit

    Synthesis and sintering of silicated hydroxyapatites


  • Résumé

    Silicated hydroxyapatite powders Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x (0 ≤ x ≤ 2) were synthesized by a wet precipitation method with control of the pH and temperature, followed by a heat treatment. The raw materials were composed of a partially silicated and carbonated apatite and a secondary minor phase containing the excess silicon. This excess is fully incorporated in the apatite lattice during the calcination by substituting carbonate groups (CO3 2-) from the synthesis. For xSi ≤ 1 mol, powders are pure. The mechanism of formation of the silicated HA is : Ca10-y(PO4)6-y-w(CO3)y(SiO4)w(OH)2-y-w + y CaSiO3 → Ca10(PO4)6-y-w(SiO4)w+y(OH)2-y-w + y CO2. For xSi > 1 mol, the powders crystallize in a biphasic system, alpha tricalcium phosphate and hydroxyapatite. The thermal stability of powders depends on the silicon content. The thermal decomposition of the silicated hydroxyapatite could be written into two steps according to the reactions : Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x → (1 – x/2) Ca10(PO4)6(OH)2 + (x) Ca3(PO4)2 + (x) Ca2SiO4 (T1) → (1 – x/2) Ca10(PO4)6(OH)2 + (x/2) Ca10(PO4)4(SiO4)2 (T2). When silicates were incorporated in the hydroxyapatite lattice, the begining of the sintering and the maximum densification rate were shifted to the high temperatures. The conditions must be adaptated to each composition in order to obtain dense materials (τ> 95%) without secondary phase. Dense ceramics made of pure HA and SixHA containing various amounts of silicate (up to x = 0. 6) were biologically tested in vitro with human osteoblast like cells. The proliferation of cells on the surface of the ceramics increased up to 5 days of culture indicating that the materials were biocompatible. But, the silicon content did not influence the cell proliferation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-184

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