Design and advanced characterization of PMMA-coated Ti surfaces for biomedical applications

par Melania Reggente

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Adèle Carradó et de Marco Rossi.

Le président du jury était Heinz Palkowski.

Le jury était composé de Karine Mougin.

Les rapporteurs étaient Véronique Migonney, Laura Vergani.

  • Titre traduit

    Synthèse et caractérisation multiéchelle de matériaux et de systèmes pour applications biomédicales


  • Résumé

    Des matériaux sandwichs fabriqués sans colle époxy on été conçu pour réduire les contraintes mécaniques, ou “stress shielding”, entre l’os environnant et l’implant. Le titane (Ti) et le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) sont les matériaux les plus utilisés dans les applications biomédicales, et on été choisi comme composants de base. Pour cela, on a élaboré des interfaces Ti/polymère dans lesquelles le métal et le polymère sont liés par une liaison covalente; cette couche de polymère permettra ultérieurement l’adhésion entre le métal et une feuille de polymère qui constituera le cœur du sandwich. Dans ce but, une stratégie en trois étapes permettant d’obtenir une fonctionnalisation de la surface du titane a été développé. Tout d’abord, la surface du Ti a été activée chimiquement; ensuite un initiateur de polymérisation y a été greffé de façon covalente. Enfin, la croissance des chaines polymères a été obtenue en utilisant une polymérisation par transfert d’atomes à partir de l’initiateur (SI-ATRP). Les sandwichs ont été préparés en insérant une feuille de polymère entre les deux feuilles de Ti recouvertes de polymère greffé et en pressant les trois composants à une température supérieure à celle de la transition vitreuse du polymère.


  • Résumé

    A procedure aimed at designing innovative epoxy resin-free sandwich materials (i.e., layered structure composed of two metal skin and a polymer core) able to reduce stress-shielding effect at the implant/bone interface was developed. For this purpose, titanium (Ti) and poly methymethacrilate (PMMA), the most extensively materials used for biomedical applications, were employed. In particular, surface-confined PMMA layers were proposed as adhesives to stick a PMMA foil (used as core of the structure) on the metallic Ti skin sheets exploiting the miscibility between the tethered polymer chains (previously grown on the Ti) and those of an adhering PMMA foil.To this purpose, a three steps strategy based on a suitable functionalization of Ti surface was developed. First of all, a chemical activation of Ti surface was performed. Then, a “grafting from” method was used to immobilize a polymerization initiator on the activated Ti surface. Finally, the polymer chains were grown from the initiator-modified surfaces using a surface initiation atom transfer radical polymerization (SI-ATRP). Biocompatible Ti/PMMA/Ti sandwiches were then prepared by hot-pressing, inserting between the two PMMA-coated Ti surfaces a thick PMMA foil.


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