Design and characterization of hydrogel films and hydrogel-ceramic composites for biomedical applications

Résumé : Le remplacement des tissus mous du système ostéo-articulaire par des implants synthétiques en hydrogels est souvent limité par un faible ancrage avec le tissu osseux. Une approche pour renforcer l’interface os/implant consiste à fonctionnaliser la surface de l’implant par un revêtement biocéramiques. Dans cette thèse, nous étudions deux approches pour revêtir des hydrogels d’alcool polyvinylique (APV) avec des particules biocéramiques d’hydroxyapatite (HA). Dans une première approche, basée sur le procédé d’enduction, des substrats d’hydrogel ont été revêtus par des particules d’HA enchâssées dans une matrice d’hydrogel d’APV non-dégradable. Dans ce procédé, le contrôle de la composition de la solution de trempage permet d’ajuster finement l’épaisseur, la cohésion et l’adhérence du revêtement, ainsi que le taux d’exposition d’HA à la surface du revêtement. La biocompatibilité avec la pratique chirurgicale et l’ostéointégration de ces revêtements ont été évaluées par une étude in vivo sur un modèle de cicatrisation de tunnel osseux chez le lapin. Ces premiers travaux nous ont menés à la découverte d’une nouvelle approche pour gélifier des films d’hydrogel par un procédé auto-entretenu, qui consiste à utiliser la déplétion de solvant créée à la surface d’un substrat gonflant dans une solution de polymère pour induire la gélification sans action extérieure. Dans ce procédé, la croissance de ces films dépend de la concentration de la solution, du temps de trempage et de la cinétique de gonflement du substrat. Le caractère doux de ce procédé de gélification a été vérifié en encapsulant des fibroblastes, qui restent viables durant 48h. Avec un second procédé plus énergétique, des substrats d’hydrogels d’APV ont été revêtus de couches denses de particules d’HA submicroniques par cold spray. Les paramètres de projection (température, pression, distance de projection) ont été variés systématiquement pour déterminer des conditions de projection appropriées. Un schéma de formation du revêtement est proposé, basé sur les observations microscopiques. Chacun de ces procédés et leur combinaison ouvrent de nouvelles voies dans la conception de système hydrogel-céramique ayant des propriétés microstructurales, mécaniques et biologique contrôlées.
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Thèse
Materials. PSL Research University, 2016. English. 〈NNT : 2016PSLEM015〉
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Soumis le : mardi 31 janvier 2017 - 11:05:06
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David Moreau. Design and characterization of hydrogel films and hydrogel-ceramic composites for biomedical applications. Materials. PSL Research University, 2016. English. 〈NNT : 2016PSLEM015〉. 〈tel-01450519〉

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