Développement de nouvelles biocéramiques par consolidation à basse température d'apatites nanocristallines bionimétiques

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

nanomatériaux, déformations (mécanique), biocéramique

Mots-clés

Biocéramiques - Thèses et écrits académiques,

Matériaux céramiques - Thèses et écrits académiques,

Basses températures - Thèses et écrits académiques,

Apatite - Thèses et écrits académiques,

Matériaux nanostructurés - Thèses et écrits académiques,

Frittage (métallurgie) - Thèses et écrits académiques

Des apatites nanocristallines biomimétiques (ANB), de formule Ca₁₀₋ₓ₋Z(PO₄)₆₋ₓ(HPO₄)ₓ(OH)₂₋ₓ-₂Z, (H₂O)ₙ, ont été synthétisées par précipitation en milieu aqueux puis consolidées par frittage flash (Spark Plasma Sintering, SPS). Elles sont composées de nanocristaux munis d'un cœur apatitique entouré d'une couche phosphocalcique hydratée de surface contenant des ions phosphate, hydrogénophosphate et calcium "non-apatitiques" mobiles et facilement échangeables, qui leur confère une forte réactivité. La composition chimique, la structure et la morphologie des nanocristaux synthétisés évoluent avec le vieillissement en solution et ils tendent vers une plus grande stabilité thermodynamique. Bien que la teneur en espèces chimiques non-apatitiques diminue dans la couche hydratée, leur présence reste importante même après une longue maturation. Le procédé de frittage par SPS à basse température (150°C) de ces ANB a permis d'élaborer des céramiques poreuses fortement cohésives. Le phénomène de frittage ainsi observé suggère une consolidation de type "fusion cristalline" qui met à contribution la forte réactivité de surface des nanocristaux  via leur couche hydratée de surface. Le module d'élasticité (12 à 35 GPa) et la résistance à la rupture en flexion (environ 10 MPa) de ces céramiques sont voisins de ceux du minéral osseux. De plus, la taille nanométrique des cristaux, bénéfique à la biorésorption après implantation en site osseux, et la présence d'espèces ioniques non-apatitiques mobiles favorable à la bioactivité sont préservées après SPS. Ces propriétés offrent aux céramiques d'ANB un potentiel particulièrement intéressant pour des applications en ingénierie tissulaire osseuse.