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Biomatériaux

Polymères

Jean-Marc CHENAL

MATEIS (MATériaux, Ingénierie et Science)

INSA-Lyon

04 72 43 61 29

8Jean-Marc.Chenal@insa-lyon.fr

1. Introduction

uneapprochepartropréductrice.

Petits Rappels sur les Biomatériaux :

1. Introduction

os,datentdelafindu18èmesiècle. lesvaisseauxsanguins.

1. Introduction

1. Introduction

OPHTALMOLOGIE

lentilles implants

ODONTOLOGIE -

STOMATOLOGIE

matériaux de restauration et comblement dentaire et osseux orthodontie reconstruction maxillo-faciale

‡CHIRURGIE

ORTHOPEDIQUE

‡prothèses articulaires (hanche,

coude, genou, poignet,...)

‡orthèses

‡ligaments et tendons artificiels

‡cartilage

‡réparation de fractures (vis,

plaques, clous, broches)

1. Introduction

CARDIOVASCULAIRE

valves cardiaques coeurartificiel assistance ventriculaire prothèses vasculaires matériels pour angioplastie luminalecoronarienne et stents cathéters endoveineux

UROLOGIE/ NEPHROLOGIE

poches, cathéters et tubulures pour dialyse péritonéale rein artificiel portable matériaux pour traitement de l'incontinence

CHIRURGIE ESTHETIQUE

matériaux et implants pour chirurgie esthétique

1. Introduction

Parmi les questions ouvertes qui motivent très fortement le domaine: auxbiomatériaux; régénérationdestissus.

1. Introduction

Les polymères sont bien adaptés aux applications biomédicales en raison de la grande diversité de leurs propriétés:

Flexibles ou rigides

5pVLVPMQP j O·MGOpUHQŃH GH SURPpLQHV RX

au contraire modifiés pour encourager leur adhérence

Biodégradables ou permanents

Peuvent avoir des formes très complexes

Leurs inconvénients par rapport aux métaux et céramiques: Moins résistants que métaux et céramiques Peuvent se déformer avec le temps et se détériorer lors de la stérilisation Peuvent se dégrader de manière catastrophique dans le corps ou produire des dérivés toxiques

1. Introduction

¾Nature des polymères pour les biomatériaux ?

ƒ7OHUPRSOMVPLTXH C (OMVPRPqUHV"" 0RGXOH GH

KRXQJ"

ƒGH V\QPOqVH C G·RULJLQH QMPXUHOOH " %LRŃRPSMPLNOH"

ƒAmorphe / Semi-cristallin? (Dégradation,

5pVRUSPLRQ"

¾Pour quelles applications : usage intra ou extra corporel ?

ƒRôle de la température ?

ƒRôle des fluides physiologique?

ƒSollicitations mécaniques?

ƒ"B

¾Biomatériaux composites ?

10

Polymères Amorphes

Biocompatibles (PDLLA..)

Polymères Semi-cristallins

Biocompatibles+ Charges (Bioactives)

Ex : PDLLA

Polymères Amorphes

Biocompatibles+ Charges (bioactives)

Polymères Semi-cristallins

%LRŃRPSMPLNOHV 3I$"

Domaine

cristallin

Domaine

amorphe

Sous différentes "formes»

2. Structure

8QH PROpŃXOH SHXP V·MUUMQJHU GH GLIIpUHQPHV PMQLqUHV VMQV MOPpUHU VM ŃOLPLH SMU URPMPLRQ GHV MPRPHV

autour des liaisons covalentes

Exemple :

Conformations possibles

MXPRXU G·XQH VLPSOH OLMLVRQ F-C

dans le polyéthylène

IM SURIRQGHXU G·XQ SXLPV G·pQHUJLH GpPHUPLQH OM SURNMNLOLPp G·H[LVPHQŃH GH OM ŃRQIRUPMPLRQ GMQV ŃH SXLPV

Architecture de la chaîne et isomérie

Isomérie conformationnelle:

2. Structure

les polymères amorphes La transition vitreuse (DSC) et la relaxation (DMA) / Enchevêtrements / Réticulation

Conformation de chaîne :

Compréhension du comportement des matériaux dans le domaine élastique

2. Structure

les polymères amorphes

22CNar

C: paramètre caractérisant la rigidité de la chaîne polymères IH UM\RQ G·XQH VSOqUH ŃUHXVH GH GHQVLPp VXSHUILŃLHOOH uniforme ayant la même masse M et le même moment

G·LQHUPLH TXH OM ŃOMvQH ŃRQVLGpUpH

Rayon quadratique moyen

Rayon de giration ~10 nm /Taille des charges Nano)

Conformation de chaîne :

2. Structure

Architecture de la chaîne et isomérie

Isomérie configurationnelle (projection de Fisher)

Tacticité

Isomérie cis-trans

2. Structure

Réponse élastiqueTransition vitreuse :

viscoélasticité viscoplasticitéEcoulement visqueux

2. Structure

Quelques ordres de grandeurs

Attention, ces valeurs sont déterminées

à une température

à une fréquence/vitesse de sollicitation

j XQH OXPLGLPp """BIL[pHV

PolymèreModule (littérature) en GPa

Résine epoxide4,5

Rédine phénolique3

Résine polyester4

Polypropylene1,1

PVC2,9

PMMA3,3

Caoutchouc naturel0.001

2. Structure

Elasticité enthalpique

2. Structure

2ULJLQH GH O·pOMVPLŃLPp GMQV OHV SRO\PqUHV MPRUSOHV

$ O·pPMP YLPUHX[ 7 7J OHV SRO\PqUHV OLQpMLUHV VRQP HVVHQPLHOOHPHQP GHV VROLGHV pOMVPLTXHV

G qq GPa

I·RULJLQH HVP GH P\SH enthalpique(intrinsèque au matériau), comme pour les métaux : ƒDéformation par modification des distances inter-atomiques ƒ(PCRX GpIRUPMPLRQ j ORQJXH GLVPMQŃH HQPUH HQŃOHYrPUHPHQPV Q±XGV GH UpPLŃXOMPLRQ d : distance inter-atomique l : longueur de l'échantillon l = N.d ddll G2 2 0d U d 1E w U 0 d d0 EL U 0 d d0 EL U 0 d d0 EL d

2. Structure

Elasticité entropique

2. Structure

a b ab L'élasticité "entropique" est une propriété des polymères (élastomères)

2Q SMUOH G·pOMVPLŃLPp ŃMRXPŃORXPLTXH

Sous la contrainte :

A = U ²TS Ò

Car S Ôet U cste

l STl AF ww w

D'où

2. Structure

L'élasticité "entropique" est une propriété des polymères (élastomères) lorsque l'enthalpie constante ("haute température")

2Q SMUOH G·pOMVPLŃLPp ŃMRXPŃORXPLTXH

Sous la contrainte :

dA = Fdl²TdS Tll S T Fquotesdbs_dbs4.pdfusesText_7

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