Systèmes multicouches nanostructurés biocompatibles

Systèmes multicouches nanostructurés biocompatibles Le domaine des couches minces fait l’objet d’un grand nombre d’études en raison du vaste champ d’applications. La modification de surfaces par des revêtements sous forme de couches minces a ainsi été étudiée dans le domaine biomédical afin d’améliorer les propriétés de bioactivité et biocompatibilité des matériaux. Des couches minces monocouches, Ta et TaN, ainsi que bi-couches, TaN/Ta, ont été déposées sur des substrats de verre, d’acier, SS316LVM, et de titane par pulvérisation cathodique. La caractérisation des couches par diffraction des rayons X (XRD and GIXRD) a montré que la nature du substrat a une forte influence sur la nature de la phase, Ta, formée. La formation de la phase ordonnée, Ta-a, est obtenue sur le substrat acier alors que la phase désordonnée métastable, Ta-b, se forme sur le substrat titane. Quant à la phase TaN, elle cristallise sous la forme cubique de type NaCl (Fm3m) sur les différents substrats mais présente une orientation préférentielle selon le plan (200) dans le cas du substrat verre. L’étude de la composition chimique par XPS a montré que les couches sont également constituées de phases oxydes, telles que TaxOy et TaOxNy, en raison de la forte affinité du tantale avec l’oxygène. Les observations en microscopie électronique à balayage ont mis en évidence une croissance colonnaire des couches avec une microstructure de surface dite de type « chou-fleur ». Cette microstructure est caractéristique du procédé de pulvérisation cathodique et correspond à la microstructure dite de zone I prédite par le modèle de Thornton, dérivé du modèle de Movchan and Demchishin. Des méthodes biomimétiques ont été utilisées afin d’évaluer la bioactivité des couches minces étudiées. Dans ce but, les échantillons ont été immergés dans un fluide biologique (SBF, Simulated Body Fluid) afin de promouvoir le dépôt de phosphate de calcium. Après étude de fluides de compositions différentes, le fluide SBF 1.5, enrichi en ions Ca2 + and PO43-, a été choisi. Les analyses par XRD, FTIR et XPS ont mis en évidence la formation en surface d’une couche cristalline d’hydroxyapatite quelle que soit la nature des sous-couches, Ta, TaN ou TaN/Ta, après immersion de trois semaines. Le mécanisme de dépôt d’hydroxyapatite implique la formation de liaisons Ta-OH par hydratation de la couche passive d’oxyde de tantale présente en surface.Pour étudier les propriétés de biocompatibilité, les échantillons ont été placés en milieux de culture contenant des ostéoblastes. Tous les matériaux observés présentent une adhésion des cellules en surface avec la formation de filipodia. L’un des principaux problèmes des implants osseux est la formation en surface d’un biofilm du à la colonisation de bactéries. Des essais en milieu bactériologique ont donc été réalisés avec des bactéries de type Pseudomonas Aeruginosa, agents pathogènes très fréquemment observés lors d’opérations chirurgicales. Ces essais expérimentaux ont permis de déterminer la réaction des différents matériaux étudiés au contact de ces bactéries. Il s’est avéré que l’adjonction de couches de tantale permet de réduire fortement la formation de bio-films en comparaison avec des couches de titane, qui présentent une croissance importante de bio-films à base de P. aeruginosa.Des films minces de silice ont également été étudiés en tant qu’agents bactéricides. Ces études ont montré l’absence de colonies microbiennes et l’absence de la formation de bio-films en surface.