Filage du chitosane pour l’élaboration de textiles biomédicaux innovants

Chitosan fiber-spinning for the elaboration of innovative biomedical textiles

• Auteur / Autrice : Mylène Desorme
• Direction : Laurent David, Alexandra Clayer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et composites
• Date : Soutenance le 20/06/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Roland Séguéla
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Gagnieu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Bouyer, Van Tam Bui, Denis Lourdin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microfibres textiles

Composites en médecine

Hydrocolloïdes

Chitosane

Mots clés libres

Procédé de filage

Chitosane

Hydrogels physiques

Propriétés morphologiques

Propriétés mécaniques

Implants textiles

Pansements

Fiber spinning process

Chitosan

Physical hydrogels

Morphological properties

Mechanical properties

Textile implants

Wound dressings

Résumé

Ce travail concerne le développement de nouvelles méthodes de filage du chitosane ainsi que l’étude des propriétés morphologiques, mécaniques et biologiques des fibres obtenues, en vue de leur utilisation sous forme de fils et textiles dans des applications biomédicales (en particulier, la constitution de prothèses pariétales pour la chirurgie viscérale et de pansements pour le traitement des plaies chroniques). Les monofilaments sont élaborés à partir de solutions hydroalcooliques de chitosane. Les deux procédés décrits sont basés sur la gélification physique du polymère sans utiliser d’agent réticulant externe. L’étude systématique des paramètres physico-chimiques mis en jeu au cours de la formation des fibres a permis de déterminer les paramètres clés permettant le contrôle de la morphologie cristalline des fibres, notamment les fractions cristalline anhydre et hydratée. Les propriétés mécaniques des fibres de chitosane sont stables au moins jusqu'à 6 mois de stockage à l'ambiante, et ont pu être optimisées en jouant à la fois sur des paramètres « procédé » (étirages du filament aux différentes étapes du procédé d’élaboration) et sur des paramètres physicochimiques (concentration en chitosane dans le collodion, masse moléculaire du polymère et composition du solvant hydroalcoolique). L’observation de la morphologie des fibres à différentes échelles par diffusion/diffraction des rayons X et microscopie électronique en relation avec les propriétés mécaniques a permis d’appréhender l'évolution microstructurale au cours de l'étirage, notamment le mécanisme de formation de fibrilles d'une part, et les échelles clés pour l'interprétation du comportement à rupture des fibres (morphologie en agrégats de 100-300 nm). Enfin, une implantation en souscutané chez le rat de fibres de chitosane possédant différentes morphologies cristallines (anhydre et hydratée) a validé le potentiel de ces fibres pour leurs applications biologiques avec une excellente tolérance des biomatériaux implantés (réponses inflammatoire et tissulaire très limitées) et une faible biodégradabilité après 90 jours d'implantation

This work deals with the development of new chitosan fiber spinning processes and the study of morphological, mechanical and biological properties of obtained fibers, in the perspective of their use as yarns or textiles in biomedical applications (in particular, the design of abdominal reinforcement meshes for visceral surgery and wound dressings for the treatment of chronic wounds). The monofilaments were elaborated from hydroalcoholic chitosan solutions. The two processes that we described are based on the physical gelation of the polymer without using any external crosslinking agent. The systematic study of physico-chemical parameters occurring during the fiber formation allowed to determine the key parameters controlling the crystalline morphology of fibers, especially the anhydrous and hydrated crystalline fractions. The mechanical properties of chitosan fibers are stable at least up to 6 months of storage at ambient atmosphere, and were optimized by acting on processing parameters (filament stretching at different steps of its elaboration) and physico-chemical parameters (chitosan concentration in the dope, molecular weight of the polymer and composition of the hydroalcoholic solvent). The observation of the fiber morphology at different length scales by X-ray diffusion/diffraction and electronic microscopy in relation to their mechanical properties allowed us to comprehend the microstructural evolution during fiber stretching, including the mechanism of fibril formation and the key length scales to understand the behaviour at break of fibers (100-300 nm aggregate morphology). Finally, a subcutaneous implantation of chitosan fibers with different crystalline morphologies (anhydrous and hydrated) validated the potential of these fibers in their biological applications with an excellent tolerance of implanted biomaterials (very low inflammatory and tissue reactions) and a low biodegradability after 90 days of implantation