Elaboration de revêtements à base de tantale et de nanotubes de carbone sur titane et Nitinol : vers de nouvelles plateformes pour biomatériaux osseux

Every year, several million people worldwide must appeal to orthopedic surgery to repair osseous defects due to diseases or traumatic events. Corresponding medical needs are in constant evolution, as well for implant durability (depending of patient’s age, morphology…) as for therapeutic efficiency (reduction of immune risks – allergies, carcinogenic effets…). Scientific research related to the design and optimization of platform (bio)materials for bone substitutes takes thus on crucial importance. In this context, the present work specifically focus on the reinforcement of surface properties of metallic platforms based on titanium and Nitinol (nickel-titanium alloy), whose biochemical and mechanical characteristics (biocompatibility, corrosion resistance, density, strength, shape memory effect and superelasticity for Nitinol) are particularly interesting for further uses in orthopedic medicine. Different approaches are considered to this end in order to consolidate the barrier effect at the material-host interface and to improve the bioactive capacities for inducing and guiding the osseous (re)growth after implantation: sol-gel and electrochemical deposition of thin tantalum oxide coatings, molecular self-assembly of multifunctional organophosphonic acids, and incorporation of chemically-modified carbon nanotubes. The main goal of this study aims at the in-depth investigation of the phenomena underlying the exploited surface treatments. It also intends to highlight their direct consequences in terms of films composition and morphology, as well as their protective and functional abilities. This will be undertaken through spectroscopic (XPS, EDX), microscopic (SEM, TEM, AFM) and electrochemical (CV, LSV, SECM) characterizations.

(fre) Chaque année, plusieurs millions de personnes à travers le monde doivent recourir à la pose d’un implant orthopédique afin de remédier à un défaut osseux causé par une maladie ou un événement traumatique. Les besoins médicaux en la matière sont donc en constante évolution, tant sur le plan de la durabilité (en fonction du profil du patient – âge, morphologie, …) que de l’efficacité thérapeutique (diminution des risques de rejet immunitaire – allergies, effets cancérigènes, …). La recherche scientifique liée à la conception et à l’optimisation de (bio)matériaux plateformes pour substituts osseux revêt dès lors une importance cruciale. Dans ce contexte, le présent travail considère spécifiquement le renforcement des propriétés de surface de plateformes métalliques à base de titane et de Nitinol (alliage nickel-titane), dont les caractéristiques biochimiques et mécaniques (biocompatibilité, résistance à la corrosion, densité, solidité, mémoire de forme et superélasticité pour le Nitinol) sont particulièrement intéressantes pour une exploitation ultérieure en médecine orthopédique. Différentes approches sont envisagées à cette fin pour consolider l’effet barrière à l’interface matériau-hôte et en vue d’améliorer le caractère bioactif afin d’induire et de guider la repousse osseuse après implantation : on aura ainsi recours aux dépôts sol-gel et électrochimiques de minces revêtements d’oxyde de tantale, à l’auto-assemblage moléculaire d’acides organophosphoniques multifonctionnels, et à l’incorporation de nanotubes de carbone chimiquement modifiés. L’objectif de cette étude vise à comprendre de manière approfondie les phénomènes sous-tendant les différents protocoles de modification de surface ainsi qu’à mettre en évidence leurs conséquences en termes de composition, de morphologie, de protection et de fonctionnalité des films générés. Ceci sera réalisé par le biais de caractérisations à la fois spectroscopiques (XPS, EDX), microscopiques (MEB, MET, AFM) et électrochimiques (CV, courbes de polarisation, SECM).