Design and characterization of biomimetic biomineralized nanomaterials

par Élodie Colaço

Thèse de doctorat en Biomatériaux : Unité de Recherche Biomécanique et Bio-ingénierie (UMR-7338)

Sous la direction de Jessem Landoulsi et de Karim El Kirat-Chatel.

Soutenue le 26-11-2019

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) .

  • Titre traduit

    Conception et caractérisation de nanomatériaux biomimétiques biominéralisés


  • Résumé

    La fabrication de composites constitués de collagène et d’hydroxyapatite a un grand intérêt dans la science des matériaux et la recherche biomédicale tout particulièrement pour des applications aux niveaux des tissus osseux. L’objectif est de synthétiser, à l’échelle nanométrique, un biomatériau à partir de ces 2 composantes d’une manière contrôlée dans le but de moduler ses propriétés physicochimiques, structurales et mécaniques. Ce projet de thèse met en évidence le rôle du collagène dans le mécanisme de minéralisation dans le but d’élaborer un nanomatériau biomimétique biomineralisé. Pour ce faire, plusieurs stratégies ont été mises en place: (i) assemblage de collagène et de cristaux d’hydroxyapatite préformés, (ii) minéralisation de l’hydroxyapatite par catalyse enzymatique (iii) élaboration de multicouches d’enzyme minéralisés par la méthode « couche-par-couche » dans un nanofilm ou nanotube en présence de collagène ou non. La caractérisation des différents matériaux nanostructurés minéralisés ainsi obtenus est réalisée par plusieurs techniques physicochimiques notamment la microscopie électronique à transmission (TEM) et à balayage (SEM), la microscopie à force atomique (AFM), la spectroscopie vibrationnelle (IR et Raman), le turbiscan, la microbalance à cristal de quartz (QCM-D) et la mesure de diffusion de la lumière (DLS).


  • Résumé

    The design of a composite based on collagen and hydroxyapatite crystals attractes a great interest in materials science and biomedical research particularly for bone tissue applications. The objective is to synthesize, at the nanoscale, a biomaterial from these two components in a controlled conditions in order to modulate its physicochemical, structural and mechanical properties. This thesis project highlights the role of collagen in the mineralization mechanism with the aim of developing a biomimetic biomineralized nanomaterial. To this end, several strategies have been suggested: (i) assembly of collagen with preformed hydroxyapatite crystals, (ii) mineralization of hydroxyapatite by enzymatic catalysis (iii) elaboration of mineralized enzyme-based multilayers by the "layer-by-layer" strategy to form a nanofilm or nanotube in the presence of collagen or not. The characterization of the various mineralized nanostructured materials obtained is performed by several physicochemical techniques including transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), vibrational spectroscopy (IR and Raman), turbiscan, quartz crystal microbalance (QCM-D) and light scattering measurement (DLS).

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