Étude des mécanismes de déformation de membranes polymères poreuses pour applications biomédicales

par Martin Donnay

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Isabelle Royaud et de Marc Ponçot.

Le président du jury était Patrice Bourson.

Le jury était composé de Laurent David, Noëlle Billon, Séverine Sigrist, Lucia Mancini.

Les rapporteurs étaient Laurent David, Noëlle Billon.


  • Résumé

    Le «pancréas bioartificiel» (ou MAILPAN pour Macro-encapsulation d’ILots PANcréatiques) en développement par la start-up Defymed est un implant médical destiné aux patients atteints de diabète de type I. L’élément-clé de cet implant est une membrane poreuse qui a pour fonction d’assurer une certaine sélectivité moléculaire. De ce fait, une fissuration ou rupture de cette membrane entrainerait la perte de ses fonctionnalités. Il est par conséquent indispensable d’analyser et de comprendre le comportement mécanique de ce matériau afin de garantir son intégrité tout au long de la période d’implantation. Cette thèse s’inscrit dans le projet FUI MECABARP regroupant plusieurs PMEs et laboratoires lorrains et alsaciens.La membrane est un matériau unique obtenu par lamination de plusieurs matériaux polymères poreux. Elle se compose de films rendus poreux par le procédé de «track-etching» ainsi que de non-tissé consolidé par calandrage à picots. Cette thèse a pour objectif d’en étudier les mécanismes de déformation par l’utilisation de techniques de caractérisation et d’imagerie in situ à un essai de traction. Des campagnes expérimentales de micro-tomographie à rayons X et de diffusion de rayons X aux grands angles et petits angles ont été menées sur lignes haute énergie. Ces résultats sont complétés par des essais en laboratoire de microscopie électronique et spectroscopie Raman in situ à un essai de traction. La complémentarité des techniques choisies permet une approche multi-échelles (du millimètre à l’angström) dans le but d’obtenir l’étude la plus complète possible. Les faiblesses de la membrane d'un point de vue mécanique sont mises en avant et des solutions sont proposées. En parallèle, un essai mécanique en gonflement («bulge test») est développé dans l’optique de fournir un chemin de déformation équibiaxial plus proche des sollicitations réelles

  • Titre traduit

    Study of the deformation mechanisms of porous polymer membranes for biomedical applications


  • Résumé

    The "bioartificial pancreas" (named MAILPAN for Macro-encapsulation d’ILots PANcréatiques) developed by the startup company Defymed is an implantable device for patients diagnosed with type I diabetes. The core element of the device is a porous membrane providing molecular selectivity. The emergence of cracking in this membrane would lead to the loss of its selective properties. As a consequence, it is crucial to study and understand the mechanical behavior of this material in order to ensure its integrity during the lifetime of the device. This thesis is a part of the FUI MECABARP project, gathering together SMEs and laboratories from the Lorraine and Alsace regions. The membrane is a unique material obtained by laminating several porous polymer materials. It is made of porous “track-etched” films as well as thermal-spot bonded nonwovens. The objective is to study its deformation mechanisms using time-resolved imaging and characterization techniques during a tensile test. X-ray micro-tomography and wide- and small-angle X-ray scattering experiments were performed on high energy beamlines. These results were supplemented with time-resolved scanning electron microscopy and Raman spectroscopy experiments during a tensile test. The synergy of the chosen techniques enables a multi-scale approach (from millimeter to angström) in order to obtain the most comprehensive analysis. Solutions are suggested to improve the mechanical properties of the membrane. Besides, a mechanical testing device by inflation (“bulge test”) has been designed to provide an equibiaxial mechanical path that is closer to the actual demands



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