Développement de films "layer-by-layer" biofonctionnels : étude structurale et influence sur la biominéralisation
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Abstract EN:
In this study, LbL technique is explored as a potential method for surface functionalization of biomaterials. A typical goal of this work is to control the heterogeneous nucleation of calcium phosphate (CaP) at surfaces in order to optimize the osseointegration process of dental and orthopaedic implants. The LbL films studied are comprised of the biomimetic polyelectrolytes chondroitin sulfate (ChS) and poly-L-lysine (PLL) and of the phosphorylated protein phosvitin (PhV). We first describe the structure and buildup mechanism of the ChS/PLL films by means of complementary techniques (QCM-D, OWLS, ATR-FTIR, AFM, MEB, Raman confocal microspectroscopy, XPS). Then, we describe original destructive interactions between PhV and the ChS/PLL film, and we suggest a mechanism explaining this behaviour. Finally, we investigate the influence of the films on the heterogeneous nucleation kinetics and on the structure of CaP obtained from supersaturated solutions. We establish that PhV as the outer layer was a better promoter of CaP nucleation than ChS or PLL, as it lowers both the critical calcium phosphate supersaturation required for heterogeneous nucleation and the induction time. Beyond a certain degree of supersaturation, phosvitin self-assembles into clusters, which levels the impact of supersaturation on the heterogeneous nucleation kinetics. We obtain dense, thick and uniform CaP coatings comprised of octacalcium phosphate (a precursor of biological hydroxyapatite), which constitutes a promising result with regards to the applications considered.
Abstract FR:
Dans ce travail, nous avons utilisé la technologie LbL pour fonctionnaliser la surface des matériaux avec des films biomimétiques composés de chondroïtine sulfate (ChS), de poly-L-lysine (PLL) et d'une phosphoprotéine, la phosvitine (PhV). Ces films doivent permettre d'influencer la nucléation hétérogène et de développer des revêtements uniformes de phosphate de calcium à la surface de biomatériaux destinés au milieu osseux. Le but est d'optimiser l'ostéointégration d'implants orthopédiques et dentaires par exemple. Nos résultats s'organisent selon trois volets. Dans le premier volet, nous décrivons, au moyen d'une combinaison de techniques de caractérisation complémentaires (QCM-D, OWLS, ATR-FTIR, AFM, MEB, Microspectroscopie Raman, XPS), la structure et le mécanisme de croissance des films ChS/PLL. Dans le second volet, nous mettons en évidence l'effet destructif de la PhV sur les films ChS/PLL, et proposons un mécanisme expliquant ce comportement original. Enfin, nous étudions l'effet de la composition des dépôts décrits ci-dessus sur la cinétique de nucléation hétérogène du phosphate de calcium et la structure des dépôts obtenus. Les films comportant de la phosvitine se révélent être de meilleurs promoteurs de la nucléation hétérogène que les films terminés par une couche de ChS ou de PLL. Au-delà d'un certain degré de sursaturation, la phosvitine s'organise en agrégats, ce qui a pour effet de niveler l'influence de la sursaturation sur la cinétique de nucléation hétérogène. On obtient des dépôts de phosphate de calcium uniformes composés de phosphate octocalcique (un précurseur biologique de l'hydroxyapatite) et d'hydroxyapatite. Ce résultat est pertinent et prometteur en vue des applications recherchées.