Preparation of PVA / Bioactive Glass nanocomposite scaffolds : in vitro studies for applications as biomaterials : association with active molecule

par Mostafa Mabrouk Mohamed

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Hassane Oudadesse et de Amany Mostafa.

Soutenue le 11-06-2014

à Rennes 1 en cotutelle avec l'Université du Caire , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) et de Université européenne de Bretagne (PRES) .

  • Titre traduit

    Préparation du PVA / verre bioactif échafaudages nanocomposites : des études in vitro pour des applications en tant que biomatériaux : association avec molécule active


  • Résumé

    Le Poly Vinyl Alcohol (PVA) a été associé aux verres élaborés dans un système quaternaire (BG) 46S6 par les procédés cités (fusion, sol-gel et sacffolds). Différents paramètres intervenant dans les synthèses des verres bioactifs ont été étudiés, nous citons à titre d’exemple : la température, le pH, la taille des particules, le rapport Polymère / verres, la microstructure, la porosité et la biodégradation. Les caractéristiques thermiques des verres élaborés ont été également déterminées après chaque synthèse par analyse thermique différentielle (DSC/TG, DTA/TG). Ainsi, la température de fusion, la température de transition vitreuse et la température de cristallisation ont été élucidées. Ces caractéristiques thermiques changent lorsque la composition chimique du verre est modifiée. A ce titre, les compositions chimiques ont été étudiées par Fluorescence (XRF) et Inductively Coupled Plasma-Opticale Emission Spectroscopy (ICP-OES) après chaque synthèse pour s’assurer de la pureté des verres bioactifs élaborés et destinés à des applications médicales. Plusieurs techniques physico chimiques d’analyses (DRX, MEB, MET, FT-IR, XRF, ICPOES) ont été mises en oeuvre pour déterminer les propriétés physico chimiques de nos verres bioactifs avant et après expérimentations « in vitro ». Le nano composite Polymère-Verres scaffolds que nous avons obtenu présente des particules de tailles comprises entre 40 et 61 nm et une porosité d’environ 85%. La biodégradation des verres scaffolds décroît lorsque la teneur en verre scaffolds dans le nano composite croît. Les expérimentations « in vitro » montrent qu’après immersion de ces nano composites dans un liquide physiologique synthétique (SBF), une couche d’apatite (phosphate de calcium) se forme à leur surface. L’épaisseur de la couche formée dépend clairement de la taille des particules et du rapport polymère / verre scaffolds.


  • Résumé

    The aim of the present work is the preparation of Bioactive Glass (BG) 46S6 by different techniques. Fabrication of composite scaffolds by using of Poly Vinyl Alcohol (PVA) and quaternary BG (two methods melting and sol-gel) with different ratios to the prepared scaffolds was carried out. Different factor affecting the final properties of the prepared composite scaffolds were investigated in this study, such as; temperature of treatment, BG particle size, polymer/glass ratio, microstructure, porosity, biodegradation, bioactivity, and drug release. The thermal behavior of the prepared bioactive glass by sol-gel and melting techniques were identified using Differential Scanning Calorimetric/Thermo Gravimetric (DSC/TG) or Differential Thermal Analysis/Thermo Gravimetric (DTA /TG). The elemental composition of the prepared bioactive glasses was determined by X-rays Fluorescence (XRF) to confirm that the prepared bioactive glasses have the same elemental compositions and high purity for biomedical applications. The particle size of the prepared bioactive glass was determined by Transmission Electron Microscopic (TEM). Nano-bioactive glass could be obtained by modified sol-gel and the obtained particle size ranged between 40 to 61 nm. The prepared bioactive glass by both applied methods has the same amorphous phase and all identified groups as well as. The porous scaffold has 85% porosity with a slight decrease by increasing the glass contents. The degradation rate decreased by increasing of glass content in the prepared scaffolds. The bioactivity of the prepared composite scaffolds was evaluated by XRD, FTIR, SEM coupled with EDX and Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopic (ICP-OES). It has been observed that after soaking in Simulated Body Fluid (SBF), there was an apatite layer formed on the surface of the prepared samples with different thickness depending on the glass particle size and polymer/glass ratio.


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