Dopages de phosphate tricalcique beta et mise en forme de macroporeux par robocasting

Beta tricalcium phosphate doping and macroporous shaping by robocasting

• Auteur / Autrice : Nicolas Somers
• Direction : Anne Leriche, Marie Lasgorceix, Florian Jean, Fabrice Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 02/12/2021
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de matériaux céramiques et de mathématiques (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Gremillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Leriche, Marie Lasgorceix, Florian Jean, Fabrice Petit, Eric Champion, Paola Palmero, Fernando Jorge Monteiro, Claire Gaillard, Nicolas Preux, Maja Sikiric-Dutour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Champion, Paola Palmero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallurgie des poudres

Biomatériaux

Frittage (métallurgie)

Mots clés libres

Βéta-TCP

Synthèse

Dopage

Robocasting

Fabrication additive

Frittage micro-ondes

Frittage conventionnel

Tests de cytotoxicité

Antibactérien

Βeta-TCP

Synthesis

Doping

Robocasting

Additive manufacturing

Microwave sintering

Conventional sintering

Cytotoxicity tests

Antibacterial

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’élaboration de phosphate β-tricalcique (β-TCP, β-Ca3(PO4)2) dopé à l’aide de quatre cations (Mg2+, Sr2+, Ag+ et Cu2+) par la méthode de co-précipitation et la fabrication de macroporeux par robocasting. Le β-TCP est l'un des biomatériaux les plus étudiés dans le domaine de la réparation osseuse car il présente une excellente biocompatibilité ainsi qu’un caractère ostéoconductif et résorbable dans le corps humain. Différentes compositions de β-TCP dopé et co-dopé sont synthétisées et l’effet de la présence des dopants sur la stabilité thermique, la densification, les propriétés mécaniques et la biocompatibilité est évalué. Ensuite, l’impression de macroporeux de β-TCP à partir des poudres synthétisées est optimisée en développant une pâte de robocasting et en adaptant la méthode de séchage ainsi que les paramètres d’impression. Le procédé développé a permis de produire des macroporeux relativement denses caractérisés toutefois par une porosité interne résiduelle et des microfissures. Des essais biologiques préliminaires ont montré une certaine cytotoxicité des poudres produites, probablement due à une libération d’ions néfastes pour les cellules dans les premiers jours de contact. Un potentiel comportement antibactérien a été observé sur une composition co-dopée à base d’Ag+ et de Cu2+, laissant supposer une synergie des deux cations sur le comportement antibactérien.

This thesis work focuses on the development of β-tricalcium phosphate (β-TCP, β-Ca3(PO4)2) doped with four cations (Mg2+, Sr2+, Ag+ and Cu2+) by the co-precipitation method and the manufacture of macroporous scaffolds by robocasting. β-TCP is one of the most studied biomaterials in the field of bone repair because it exhibits excellent biocompatibility as well as osteoconductive and resorbable properties in the human body. Different compositions of doped and co-doped β-TCP are synthesized and the effect of the presence of dopants on thermal stability, densification, mechanical properties and biocompatibility is evaluated. Then, the 3D printing of β-TCP macroporous scaffolds from the synthesized powders is optimized by developing a robocasting paste and by adapting the drying method as well as the printing parameters. The developed process produced relatively dense macroporous scaffolds characterized, however, by residual internal porosity and microcracks. Preliminary biological tests have shown a cytotoxic potential of the produced powders, probably due to a release of ions which is harmful to the cells in the first days of contact. A potential antibacterial behaviour was observed on a co-doped composition with Ag+ and Cu2+, suggesting a synergy of the two cations on the antibacterial behavior.