Développement de bio-nanocomposites à structure maîtrisée d’intérêt biomédical

Development of bio-nanocomposites with controlled structure of biomedical interest

• Auteur / Autrice : Hélène Schmitt
• Direction : Marie-France Lacrampe, Jérémie Soulestin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 28/11/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Technologie des Polymères et Composites et Ingénierie Mécanique
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Substituts osseux

Médicaments-retard

Plastifiants

Propriétés mécaniques

Amidons

Biopolymères

Composites polymères

Mots clés libres

Halloysite

Résumé

L’étude réalisée concerne l’élaboration et la fabrication de matériaux nanocomposites à structure maîtrisée d’intérêt biomédical à base d’amidon plastifié renforcé par des nanocharges d’halloysites. Initialement, l’effet du vieillissement et des plastifiants sur les modifications structurales des amidons plastifiés traités par extrusion ont fait l’objet d’une étude complète. Le meilleur choix de plastifiant se trouve être un plastifiant contenant des groupes amides qui permet d’améliorer la stabilité structurale de l’amidon plastifié. Cette stabilité n’est par ailleurs pas affectée par l’incorporation des nanocharges. L’addition de nanocharges s’avère en revanche efficace en termes de renforcement mécanique et thermique des bio-nanocomposites. La structure tubulaire des nanocharges choisie permet par ailleurs de piéger temporairement un principe actif dans le matériau. Ainsi protégée par la matrice d’amidon durant les phases d’élaboration et de digestion, l’efficacité de ce système de délivrance de médicament pour des sites enflammés spécifiques (côlon et intestin) a été améliorée. Enfin, les nanocharges dans la matrice d’amidon plastifié jouent un rôle de nucléant cellulaire pour l’expansion et de stabilisation de la morphologie cellulaire par blocage de la coalescence des cellules. Les matériaux élaborés sont potentiellement adaptés à la fabrication de ciments ou substituts osseux alliant résistance mécanique et morphologie maîtrisée.

This study concerns the development and manufacture of nanocomposite materials having a controlled structure of biomedical interest based on plasticized starch reinforcement by halloysites nanocharges. Initially, effect of storage time and plasticizers on the structural variations of melt processed thermoplastic starch has been comprehensive investigated. The best choice of plasticizer is found to be plasticizer having amino groups, which improves the structural stability of plasticized starch. This stability is not affected by the incorporation of halloysite nanotubes. Addition of nanofillers effectively improves the thermal and mechanical properties of the resulting bio-nanocomposites. The tubular structure of nanocharges chosen in this study allows to temporarily trap an active ingredient in the material. So protected by the starch matrix during the development and digestion phases, the efficiency of the colon and intestinal specific inflamed drug delivery systems has been improved. Finally, the nanofillers in the thermoplastic starch matrix act a cell nucleating agent for the expansion and stabilization of cell morphology by blocking the coalescence of cells. The developed materials are potentially suitable for the manufacture of bone cement or bone substitute combining mechanical strength and controlled porous morphology.