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LA CERAMIQUE D’HYDROXYAPATITE
Définition
L’hydroxyapatite est une espèce minérale de la famille des phosphates, de formule Ca5(PO4)3(OH), usuellement écrite Ca10(PO4)6(OH) 2 pour souligner le fait que la maille de la structure cristalline comprend deux molécules. L’hydroxyapatite est le membre hydroxylé du groupe apatite. L’ion OHpeut être remplacé par le fluor, le chlore ou le carbonate [12,13]. L’hydroxyapatite cristallise dans le dispositif hexagonal. Elle a une densité de 3, 08 et une dureté de 5 sur l’échelle de Mohs. La poudre d’hydroxyapatite pure est blanche. Celles qu’on trouve dans la nature peuvent cependant être de couleur marron, jaune ou verte. On peut rapprocher ceci à la coloration observée dans la fluorose dentaire[12]. La céramique d’hydroxyapatite, sel à base de calcium, est le plus proche de la phase minérale des tissus calcifiés et sa biocompatibilité lui offre une place de choix en chirurgie osseuse. Il n’y a aucune tendance à l’encapsulation de ce matériau par le tissu mou. Sa bio activité et sa biodégradation dépendent directement de ses propriétés physicochimiques [14,15]. La céramique hydroxyapatite n’est ni ostéo-inductrice, ni ostéogénique. L’ostéoinduction est la conversion phénotypique de cellules du tissu mou en précurseurs de tissus osseux par une stimulation appropriée telle que la matrice d’os déminéralisé ou la «bonemorphogenicprotein»[9]. L’ostéogenèse est la formation de tissu minéralisé par les ostéoblastes. L’os greffé autogène est ostéogénique. Il provoque la migration des ostéoblastes formateurs d’os et des pré-ostéoblastes vers un site où de l’os néoformé, est synthétisé. L’hydroxyapatite cependant est ostéophile ou ostéo-conductrice comme les greffes d’os autogène dévitalisé ou l’os de banque. L’hydroxyapatite synthétique agit comme un treillis pour la pénétration des vaisseaux et le dépôt consécutif d’os néoformé. Avec des greffes dévitalisées ou de l’os de banque, le processus de remplacement par de l’os vivant peut être extrêmement lent, car l’os mort doit d’abord être résorbé par l’activité ostéoclastique, puis remplacé par «creeping substitution ». L’hydroxyapatite, quant à elle, n’est pas résorbée, mais agit simplement comme un agent ostéoconducteur qui est intégré dans le tissu osseux néoformé .
Méthodes de synthèse de l’hydroxyapatite
Il existe plusieurs méthodes de synthèse de l’hydroxyapatite. En raison des nombreuses applications de l’hydroxyapatite, que ce soit dans le domaine médical comme substitut osseux ou dans le domaine environnemental comme adsorbant de métaux toxiques, plusieurs méthodes de synthèse ont été mises en œuvre. Les synthèses de l’hydroxyapatite s’opèrent soit par voie sèche ou les précurseurs sont mélangés à l’état solide, soit en milieu humide en utilisant des réactifs en solution. La synthèse chimique par voie humide est la méthode la plus utilisée. Cependant, cette méthode a quelques inconvénients, principalement la difficulté de maintenir le pH au dessus de 9 pour éviter la formation d’hydroxyapatite déficiente en calcium qui se transforme facilement en phosphate tricalcique (TCP) lors du frittage[17]. La méthode de synthèse de l’hydroxyapatite par voie humide fait appel à la précipitation à partir de solution aqueuse ou à l’hydrolyse d’un phosphate de calcium. Généralement, elle permet d’obtenir de fine particule (poudre) d’hydroxyapatite de grande surface spécifique. Cependant, les hydroxyapatites obtenues par ce processus de synthèse ne sont pas toujours stœchiométriques et ont une basse cristallinité dont le degré dépend d’ailleurs de plusieurs paramètres tels que le pH, la température et le temps de vieillissement des solutions ainsi que la nature et la concentration des réactifs mis en jeu [18]. Parmi les techniques les plus couramment utilisées, on peut citer: la synthèse hydrothermale [18, 19], la méthode sol-gel [17;20 21], la pyrolyse [22], et la précipitation [23, 24]. En synthétisant de l’hydroxyapatite par précipitation à 35°C à partir de Ca(No3)2 et (NH4)2HPO4à pH = 10-11,Changsheng Liuet collaborateurs ont montré qu’au début de la réaction le rapport Ca/P est inférieur à 1,5, valeur atteinte en dix (10) minutes, et qu’un temps considérablement long était nécessaire pour obtenir le rapport stœchiométrique de 1,67 . Dans la même étude les auteurs ont proposé la chronologie suivante pour la préparation de la poudre d’hydroxyapatite:
●formation de phosphate octocalcique (OCP) très instable: Ca8H2(PO4)6.5H2O;
●transformation très rapide de l’OCP en phosphate de calcium amorphe (ACP):Ca3(PO4)2.xH2O;
●transformation progressive de l’ACP en hydroxyapatite déficiente en calcium (DCP): Ca10-z(HPO4)z(PO4)6-z(OH)2-znH2O avec 0 ≤ z ≤ 1;
●finalement, la DCP se transforme en hydroxyapatite (HA) stable:Ca10(PO4)6(OH)2.
La technique sol-gel, permettant d’obtenir un mélange homogène de phosphore et de calcium et un contrôle strict des paramètres, est une méthode élective pour la préparation de poudres hautement pures. Cependant, l’application de la technique sol-gel est limitée par la possibilité d’hydrolyse des phosphates, le vieillissement de la solution et le cout élevé des matières premières[25].
Le principe de la synthèse de la poudre hydroxyapatite par la méthode hydrothermale consiste à chauffer au-dessus de 100°C un mélange de réactifs en solution sous une pression suffisamment haute (supérieur à 1atmosphere) permettant une élévation de la température tout en empêchant l’eau de s’évaporer. Cette méthode conduit à l’obtention de poudres d’hydroxyapatite fines, homogènes et bien cristallisées. Au début la méthode hydrothermale a été utilisée pour préparer de l’hydroxyapatite directement à partir du corail qui est un matériau naturel contenant de l’aragonite (CaCO3 cristallisé dans le système orthorhombique) suivant la réaction :
10CaCO3 + 6(NH4)2HPO4 +2H2O → Ca10 (PO4)6(OH)2+ 6(NH4)2CO3 + 4H2CO3
Dans une étude récente, MasahiroYoshimurab et collaborateurs ont réalisé la transformation hydrothermale de la calcite en hydroxyapatite en présence de la solution saturée d’acide ortho phosphorique dans un autoclave à 120°et 180°C (le pH étant maintenu à 7 avec de l’ammoniaque) etproposé ainsi le mécanisme de dissolution /précipitation suivant :
10CaCO3 + 6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 10CO2 + 8H2O
La synthèse à l’état solide met en jeu des poudres de réactifs tels que Ca3(PO4)2.nH2O(s) avec Ca(OH)2(s) dont le mélange est ensuite chauffé à très haute température ,de 300°Cà 1200°C[28].Comparativement à la préparation par voie humide, la synthèse par voie sèche à le grand avantage d’atteindre une composition stœchiométrique mais son coût reste élevé eu égard aux températures élevées. On distingue aussi la synthèse mécanochimique dont le principe consiste en la perturbation par pression des espèces liées en surface pour accroître les réactions thermodynamiques et cinétiques entre les solides [29, 30]. Les réactifs sont mélangés à l’état solide (ou parfois même à l’état humide) dans un broyeur à boulets à grande vitesse de l’ordre de 170 tr/min. L’activation mécanochimique peut générer des zones locales de hautes températures (450- 700°C) et de hautes pressions à cause des effets de frottements et, le cas échéant, un chauffage adiabatique des bulles d’air, alors que la température globale reste voisine de la température ambiante [31].
Techniques de caractérisation de l’hydroxyapatite
Caractérisation par diffraction des rayons X
La poudre d’hydroxyapatite peut être caractérisée par diffraction des rayons X à l’aide d’un diffractomètre D500 (Siemens, Karlsruhe, Germany) équipé d’un monochromateur avant en cristal de quartz (Co Kα1 = 0,178897 nm). Les raies de diffraction de l’hydroxyapatite (fichier JCPDS #9-432) sont présentes dans le diagramme de diffraction des rayons X.
L’hydroxyapatite obtenue après recuite à 800˚C est bien cristallisée et ne présente pas d’impuretés .
Caractérisation par spectroscopie IR
Les spectres d’absorption IR de la poudre d’hydroxyapatite ont été obtenus avec le spectrophotomètre ATI Mattson Genesis Series FTIRTM (GMI, Strasbourg, France). Ils sont identiques à celui de l’hydroxyapatite synthétique de référence . Nous retrouvons les bandes à 3571 et 630 cm-1 caractéristiques des groupements OH, ainsi que celles caractéristiques des groupements PO4 à 571, 601, 962, 1040-1080 cm-1 .
Utilisations de l’hydroxyapatite
En raison de ses propriétés de bioactivité et de biocompatibilité l’hydroxyapatite est largement utilisée dans le domaine médical et chirurgical. L’hydroxyapatite peut être utilisée comme substance de remplissage pour remplacer un os amputé ou comme enduit pour favoriser la croissance à l’intérieur des implants prothétiques. Certains implants dentaires modernes sont enduits d’hydroxyapatite. Pour les greffes de petites tailles, on a recourt également à l’ hydroxyapatite, mais la relative fragilité de ce matériau en limite l’utilisation à des zones peu sollicitées mécaniquement notamment pour la réparation maxillofaciale ou les prothèses oculaires .
L’hydroxyapatite rentre dans la fabrication de certains médicaments tels que l’ossopan faisant partie de la classe thérapeutique des suppléments calciques[1]. L’hydroxyapatite synthétique est également utilisée couramment comme phase stationnaire dans les colonnes chromatographiques pour la séparation de diverses molécules telles que la vit D3 et ses composés dérivés [40] et les protéines dont l’adsorption sur l’hydroxyapatite met en jeu des interactions entre, d’un côté, les résidus carboxyliques et les résidus basiques à la surface des protéines avec, de l’autre côté, respectivement les ions Ca2+ et les ions PO4³⁻ de l’hydroxyapatite .
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE GENERALITES
CHAPITRE I: LES CERAMIQUES
I.1 DEFINITION
I.2 CLASSIFICATION
I.3. LA CERAMIQUE D’HYDROXYAPATITE
I.3.1 Définition
I.3.2 Méthodes de synthèse de l’hydroxyapatite
I.3.3- Techniques de caractérisation de l’hydroxyapatite
I.3.4- Utilisations de l’hydroxyapatite
CHAPITRE II: ETUDE DE LA SENSIBILITE AUX ANTIBIOTIQUES
II.1 LES ANTIBIOTIQUES
II.1.1 Définition
II.1.2 Classification des antibiotiques
II.1.3 Mécanismes d’action des antibiotiques
II.2 METHODES D’ETUDE IN VITRO DE LA SENSIBILITE AUX ANTIBIOTIQUES
II.2.1 Définition de la CMI
II.2.2 Méthode de dilution
II.2.3 Méthode de diffusion
II.3. FACTEURS INFLUENCANTS L’ETUDE DE LA SENSIBILITE AUX ANTIBIOTIQUES
II.3.1 Facteurs extrinsèques
II.3.2.Facteurs intrinsèques
DEUXIEME PARTIE TRAVAIL EXPERIMENTAL
OBJECTIF
CHAPITRE I: MATERIEL ET METHODES
I.1 CADRE D’ETUDE
I.2 MATERIEL
I.2.1 Appareillage et verrerie
I.2.2 Matières premières
I.3- METHODES DE PREPARATION
I.3.1- Préparation des matrices
I.3.2- Réalisation de l’antibiogramme standard
CHAPITRE II: RESULTATS ET COMMENTAIRES
II.1- RESULTATS
II.1.1: OBSERVATION MACROSCOPIQUE
II.1.2 Résultats des diamètres d’inhibition
II.2 COMMENTAIRES
CONCLUSION
REFERENCES
