Synthèse, caractérisations structurales par spectroscopie et mise en forme d'hydroxyapatites dopées au cuivre ou au fer

Abstract

L’hydroxyapatite (HA) de formule Ca10(PO4)6(OH)2 fait partie des matériaux les plus utilisés en reconstruction osseuse. L’amélioration de ses propriétés biologiques, notamment via le dopage par des éléments traces présents dans le corps humain, fait l’objet de récentes études. Cette thèse porte ainsi sur l’élaboration, la caractérisation structurale par spectroscopie et la mise en forme d’hydroxyapatites dopées au cuivre ou au fer. Deux voies de synthèse ont été considérées : les synthèses par coprécipitation en milieu aqueux ont permis d’élaborer des HA pures dopées au cuivre(II) ou au fer(III) stables à basse température (≤ 600°C) tandis que les réactions par voie solide à haute température ont conduit à l’élaboration d’HA pures dopées au cuivre(I), au fer(II) ou au fer(III) stables au-delà de 1100°C. Ces phases ont été caractérisées par DRX ainsi que par diverses techniques spectroscopiques : FTIR, RMN, UV-vis-NIR, XPS, RPE, XANES-EXAFS et Mössbauer afin d’évaluer l’influence de l’incorporation des différents éléments de transition sur la structure apatitique et de déterminer la localisation de l’élément dopant, son degré d’oxydation, sa coordinence, ainsi que son environnement local. L’influence du cuivre et du fer sur la frittabilité et la densification des céramiques obtenues par voie solide ainsi que sur la croissance granulaire a ensuite été établie. Dans le cas des céramiques d’HA dopées au cuivre, la biocompatibilité des matériaux a été vérifiée sur des temps de culture de 5 jours avec la lignée cellulaire MC3T3-E1 et la capacité de ces cellules à se différencier en cellules osseuses à la surface des céramiques semble peu affectée par la présence de cuivre (jusqu’à 5,3% massique). Enfin, des films 2D pré-frittés de la phase d’HA contenant 0,8% massique de cuivre ont pu être mis en forme par frittage laser sélectif.