Étude de l’influence de l’implantation ionique à haute énergie sur les propriétés de revêtements biocéramiques poreux
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Abstract EN:
The increase of life expectancy in developed countries led to enhance prosthetic elements utilization for bone joints and dentistry applications. Depending on the patient and his pathology, their replacement may be necessary more or less prematurely, due to necrosis between bone and implant surface. The application of a bioceramic thin film onto the implant surface, followed by a treatment with high energy ions, can significantly reduce the replacement of prosthetic elements. In this thesis, we search for improve the mechanical properties and adhesion of hydroxyapatite layers deposited by pulsed laser deposition using a surface treatment of the deposit by using a beam of high energy particles. Three different doses were carried out : 5'1015 1016 and 2'1016 ions·cm-2. Improvement of mechanical properties of the layers were verified using nanoindentation and nanoscratch techniques; changes of physicochemical properties were measured by RBS, NRA, DRIFTS, GXRD and EDX techniques; and surface morphologies have been access by AFM and SEM techniques. At last, dissolution tests in biological environment have been implemented. The high energy ion implantation, applied to an optimal dose and adapted acceleration energy for a given implanted species leads to changes in topography, increasing mechanical properties and layer microstructural modifications. All these changes promote cell growth in in vitro dissolution test.
Abstract FR:
L'augmentation de l'espérance de vie des populations des pays développés conduit à la pose de plus en plus fréquente d'éléments prothétiques ostéo-articulaires ou dentaires. En fonction du patient et de sa pathologie, leur remplacement peut être nécessaire plus ou moins prématurément en raison de la nécrose de l'os en contact avec la surface de l'implant. L'application de biocéramiques spécifiques à la surface de l'implant sous la forme de couche mince, suivie d'un traitement ionique à haute énergie, peut réduire sensiblement le remplacement des éléments prothétiques. Dans ce travail de thèse, nous cherchons à améliorer les propriétés mécaniques et l'adhésion des couches d'hydroxyapatite à la suite d'un traitement de surface employant un faisceau de particules à haute énergie. Trois différentes doses ont été implantées : 5'1015 1016 et 2. 1016 ions·cm-2. L'amélioration des propriétés mécaniques des couches a été vérifiée à l'aide de techniques de nanoindentation et nanorayure; la modification des propriétés physico-chimiques a été mesurée grâce aux techniques RBS, NRA, DRIFTS, GXRD et EDX ; et la morphologie de surface a été abordée par des techniques AFM et MEB. À la fin de cette étude, des essais de dissolution en milieu biologique ont été mis en oeuvre. L'implantation ionique à haute énergie, appliquée avec une dose optimale et à une énergie d'accélération adaptée aux espèces implantées, conduit à des changements de topographie, à l'augmentation des propriétés mécaniques et à des modifications microstructurales des couches. L'ensemble de ces changements favorise le développement cellulaire lors des essais de dissolution in vitro.