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Fiche détaillée Thèses
Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II (2002-01-01), Irigaray Jean-Léon (Dir.)
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Recherche des modifications de caractéristiques dans des biomatériaux en verre bioactif par des méthodes nucléaires et physico-chimiques. Combinaison de la cartographie PIXE et de l'histopathologie. Essai de modélisation par la théorie de la percolation de la résorption de biomateriaux
Yves Barbotteau1

Les biomatériaux à usage orthopédique posent le problème de leur devenir dans l'organisme. Lorsqu'ils sont métalliques, ils posent le problème du relargage de métaux dans les tissus voisins. L'alliage de titane Ti6A14V est utilisé pour ses bonnes propriété mécaniques et pour sa résistance à la corrosion. L'usage d'un revêtement permet d'améliorer encore ses performances. J'ai étudié deux revêtements en verre référencés BVA et BVH. La caractérisation in vivo et in vitro a été menée grâce à plusieurs techniques complémentaires d'analyse : microscopies électroniques et méthodes nucléaires (PIRE, ...).
Le verre BVA s'est révélé être bioactif. Il se transforme en un gel de silicium avec incorporation de protéines et d'oligo-éléments (Zn et Sr), et ce, dés 3 mois après implantation. Ce gel disparaît peu à peu et est remplacé par un os néoformé. Cet os a été analysé comme mature après un an d'implantation; il assure une meilleure ostéointégration de l'implant. Quant au verre BVH, il est bioinerte. Sa composition est constante au cours du tempe. Cependant, la formation d'une interface de 2 µm d'épaisseur, induite par le processus de dépôt du revêtement, fragilise les liaisons intergranulaires. Cela se traduit par la fragmentation du revêtement et la migration de grains de verre à travers le réseau lacunaire de l'as environnant. Les deux verres sont une barrière efficace contre la corrasion de l'alliage, tant qu'ils restent en place.
J'ai proposé les bases d'une nouvelle méthodologie d'analyse : la combinaison de la cartographie PIXE et de l'histopathologie. Le principal intérêt est de corréler une éventuelle réponse tissulaire à la présence de certains éléments atomiques.
J'ai introduit pour la première fais la théorie de la percolation pour essayer de modéliser la résorption de biomatériaux poreux tel que le corail et les hydroxyapatites. Les premières simulations sont très prometteuses et rendent bien compte de plusieurs résultats expérimentaux observés.
1 :  LPC - Laboratoire de Physique Corpusculaire [Clermont-Ferrand]
Alliage de titane – verre bioactif – gel – biomatériaux – corrosion – contamination – PIXE – RBS – PIGE – SEM – STEM – EDXS – dégât d'irradiation – histopathologie – modélisation – percolation

Biomaterials which me used in orthopaedic surgery, introduce the problem of their behaviour in body. When they me metallic it can happen a metal release. Ti6A14V titanium alloy is used for its good mechanical properties and its corrosion resistance. The use of coating makes it possible to improve its performance. I studied two glasses coatings referred BVA and BVH. The characterisation in vivo and in vitro was performed with several techniques of analysis: electronic microscopies and nuclear methods (PIXE, ...).
The BVA glass proved to be bioactive. It is transformed into a silicon gel with incorporation of proterns and trace elements (Zn and Sr), after 3 months of implantation. This gel disappears gradually and is replaced by neoformed bone. This bone is regarded as mature after me year of implantation; it ensures a better osseointegration of the implant. As far BVH glass, it is bioinert. Its composition is constant during time. However, the formation of an interface of 2 fan thickness, induced by the coating process, weakens the inter-granular connections. That results by the fragmentation of the coating and the migration of glass particles through the lacunar network of surrounding bone. Two glasses axe an effective barrier against the corrosion of alloy, as long as they remain in place.
I have proposed the bases of a new methodology of analysis : the combination of PIXE cartography and histopathology. The main interest is to correlate the possible tissue response to the presence of some atomic elements.
I have introduced for the fast time the percolation theory to model the resorption of porous biomaterials such as coral and hydroxyapatites. First simulations me very promising and me in good agreement with several experimental results observed.

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