Biomat ériaux M édecine caract érisation Science des mat ...€¦ · caract érisation M édecine Biomat ériaux D. Bazin Laboratoire de Physique des Solides UMR 8502, Université

M1 Science des matériaux matériaux pour la médecine D. Bazin LPS Sept 2011

– Polymères & Sondes - 1 -

M1 Science des matériaux matériaux pour la médecine

CHAPITRE 1.A - SONDES

Science des mat ériauxTechniques de

caractérisation

Médecine

Biomat ériaux

D. Bazin

Laboratoire de Physique des Solides UMR 8502,

Université Paris Sud, Bât 510 91405 Orsay Cedex, France.


– Polymères & Sondes

2

Chapitre 1 Sondes

Partie A Chapitre 1A.0 Diversité des biomatériaux

Chapitre 1A.1 Quelques définitions

Chapitre 1A.2 Critères de choix des matériaux

Chapitre 1A.3 Nature des matériaux Chapitre 1A.3.1 Les polymères

Chapitre 1A.3.2 Les copolymères

Chapitre 1A.3.3 Les élastomères

Chapitre 1A.3.4 Les polyéthylènes

Chapitre 1A.3.5 Les polychlorures de vinyle

Chapitre 1A.3.6 Les polyuréthanes

Chapitre 1A.3.7 Les silicones

Chapitre 1A.3.8 Le Latex

Chapitre 1A.3.9. Relargage de plastifiants

Chapitre 1A.3.10. Détérioration d’un dispositif médical (infection et biofilm)

Chapitre 1A.4 Ajouts de radio-opacifiants & additifs. Chapitre 1A.4.1 Nature chimique des radioopacifiants (Baryum, Tantale, Tungstène) Chapitre 1A.4.2 Absorption des rayons X Chapitre 1A.4.3 Les radio-opacifiants et leur détection par fluorescence X Chapitre 1A.4.4 Etats de surface

Partie B Chapitre 1B La microscopie électronique à balayage Chapitre 1B.1 Introduction

Chapitre 1B.2 Les processus d’interaction électrons – matière Chapitre 1B.3 Les électrons rétrodiffusés

Chapitre 1B.4 Les électrons secondaires

Chapitre 1B.5 Les électrons Auger & Les photons de fluorescence Chapitre 1B.6 Aspects expérimentaux

Chapitre 1B.7 Analyse dispersive en énergie

Chapitre 1B.8 quelques exemples d’études Chapitre 1B.9 Analyse dispersive en longueur d’onde

Chapitre 1B.10 Les sondes urinaires JJ Chapitre 1B.10.1 généralités

Chapitre 1B.10.2 Propriétés mécaniques – mémoire de forme

Chapitre 1B.10.2 Infections nosocomiales Chapitre 1B.11 Généralités sur les calcifications Chapitre 1B.11.1 Généralités sur les concrétions

Chapitre 1B.11.2 Diversité chimique des concrétions

Chapitre 1B.11.3 Epidémiologie Chapitre 1B.11.4 Caractéristiques structurales

Chapitre 1B.11.5 Quelques exemples de calculs urinaires

Chapitre 1B.11.5.1 Le cas des oxalates de calciques Chapitre 1B.11.5.2 Le cas des apatites

Chapitre 1B.11.5.3 Autres types de calcifications

Partie C Chapitre 1C.1 Calcifications présentes sur une sonde urinaire Chapitre 1C.2 Présentation d’une sonde à l’hôpital Necker – Laboratoire CRISTAL

Chapitre 1C.3 Premières observations au microscope optique

Chapitre 1C.4 Généralités sur la localisation des calcifications

Chapitre 1C.5 Répartition des calcifications sur la sonde urinaires

Chapitre 1C.6 Calcifications à l’extérieur de la sonde Chapitre 1C.7 Calcifications à l’extérieur de la sonde et sur les ouvertures latérales

Chapitre 1C.8 Nature chimique des calcifications et morphologie des cristallites.

Chapitre 1C.9 Calcifications présentes sur des défauts à la surface de la sonde Chapitre 1C.10 La notion de Biofilm & la calcification & Empreintes de bactéries.

Chapitre 1C.11 Interaction possible entre les cristallites et la sonde urinaire

Partie D Chapitre 1D.1 Généralités sur l’interaction photons-matière Chapitre 1D.2 la spectroscopie infra rouge

Chapitre 1D.3 Caractérisation par spectroscopie infra rouge : cas de l’apatite

Chapitre 1D.4 la spectroscopie RAMAN Chapitre 1D.5 Caractérisation par RAMAN de calcifications à la surface de lentilles oculaires



3

Chapitre 1A.0 Diversité des biomatériaux

Dans ce cours, nous allons aborder différents types de matériaux mis en

œuvre dans l’élaboration de dispositifs médicaux.

Ainsi, les alliages métalliques qui sont présents dans les prothèses de

hanche par exemple et les composés non métalliques comme les polymères dont

sont constituées différentes sondes (urinaires par exemple) ou les céramiques

seront présentés.

LES POLYMERES

les Phosphates de Calcium

TiO2

ZrO2



4

Chapitre 1A.1 Quelques définitions

Sur le plan médical, on distingue

Les sondes1 : introduction dans une cavité naturelle sans effraction - contact avec les

muqueuses

2

Figure 1A.1 Sonde urinaire JJ

1. http://www.urologieversailles.org/sonde-jj.html

2. http://www.urologieversailles.org/images/sondejj1.jpg



5

Les drains :

Introduction dans une cavité naturelle avec effraction – contacts avec les tissus

Figure 1A.2 Drains thoraciques3

3. http://www.perousemedical.com/fr/produit_13_1.html



6

Les Catheters 4

Figure 1A.3 Cathéters

4. http://fr.wikipedia.org/wiki/Cath%C3%A9ter



7

Chapitre 1A.2 Critères de choix des matériaux5

Pour les sondes

6

Figure 1A.4 Sonde JJ

- Souplesse du matériau

- Biocompatibilité

- Risque d’obstruction et d’incrustation

- Nombre d’yeux latéraux, extrémité

- Facilité de pose

- Opacité aux rayons X (vérification de son positionnement)

- Coût

Pour les sondes, trois points sont à étudier attentivement :

- Les caractéristiques de la sonde et notamment l’état de surface car cette zone constitue

directement l’interface avec l’urothélium,

- L’effet de l’urine sur la sonde et en particulier l’existence éventuelle de produits toxiques

extraits par l’urine et/ou l’existence de dépôts organiques ou minéraux,

- L’effet de la sonde sur la voie excrétrice.

5. J.L. Pariente, P. Conort, Progrès en Urologie (2005), 15 897-906

6. http://www.urologique.fr/UROlogique/Py%C3%A9loplastie_%28jonction%29.html



8

Chapitre 1A.3 Nature des matériaux

Le matériau constitutif des sondes urinaires7,8

a progressivement évolué

avec l’apparition des matières plastiques. Les sondes sont aujourd’hui

constituées, pour leur quasi-totalité, de polymères. Il s’agit de produits issus de

la chimie organique, constitués de macromolécules à base essentiellement

d’atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote et caractérisés par la

répétition d’un ou plusieurs types d’unités chimiques de base appelées

monomères.

Différents matériaux peuvent être utilisés : des polymères

thermodurcissables (polyuréthanes réticulés) ou thermoplastiques (Polychlorures

de vinyle, les polyéthylènes) et des élastomères, plus souples (silicones et

polyuréthanes linéaires).





9

Chapitre 1A.3.1 Les polymères

Définitions

Un polymère9 (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et

meros, partie) est un système formé par un ensemble de

macromolécules de même nature chimique reliées par des

liaisons covalentes.

Exemple :

Figure 1: Polymère

9. http://fr.wikipedia.org/wiki/Polym%C3%A8re



10

Réticulation : La réticulation d'un matériau polymère est une réaction chimique,

se produisant lors d'une polymérisation, d'une polycondensation ou d'une

polyaddition, et qui lie entre elles de manière permanente (par liaison covalente)

les macromolécules qui le constituent.



11

Chapitre 1A.3.2 Les copolymères

Un copolymère10

est un matériau composé de plusieurs séquences de polymères de structure

chimique différente.

Figure 1A.8 : Copolymère linéaire et réticulé

11

Figure 1A.9 : Gant copolymère à usage unique utilisés par les professionnels de santé.

10. http://fr.wikipedia.org/wiki/Copolym%C3%A8re

11. http://www.lavoisier.com/fr/produits/dispositifs-medicaux/materiel-medico-

chirurgical/gants-steriles_112_0-0-1.html



12

Chapitre 1A.3.3 Les élastomères

Un élastomère est un polymère présentant des propriétés « élastiques », obtenues après réticulation. Il supporte de très

grandes déformations avant rupture. Donc on a presque la

même structure que les polymères avec des nœuds chimiques

en plus.

Figure 2: Structure d'un élastomère.

Les points rouges marquent ici des nœuds physiques

réversibles, les points noirs marquent des nœuds chimiques.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Polym%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9formation_%C3%A9lastiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9ticulationhttp://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9formation_des_mat%C3%A9riauxhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rupture_(mat%C3%A9riau)



13

la température de transition vitreuse (Tg) se situe en dessous de la température

d’utilisation, c’est-à-dire la température ambiante ou 37°C pour les matériaux

implantables.

Extrusion12

: L'extrusion est un procédé de fabrication (thermo)mécanique par

lequel un matériau compressé est contraint de traverser une filière ayant la

section de la pièce à obtenir. On forme en continu un produit long (tube, tuyau,

profilé, fibre textile) et plat (plaque, feuille, film). ..

12. fr.wikipedia.org/wiki/Extrusion



14

Chapitre 1A.3.4 Les polyéthylènes

- Les polyéthylènes13

, qui sont des polymères dérivés de l’éthylène appartenant à la

famille des polyoléfines, se dégradent au contact de l’urine et deviennent cassants. Pour cette

raison, ils ne sont plus utilisés.

14

15

Figure 1A.11 : polyéthylène

où n est le degré de condensation du polymère.

Le polyéthylène basse densité (PEBD) a été inventé en 1933 par les ingénieurs anglais E.W.

Fawcett et R.O. Gibson de la firme ICI.

13. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylenes

14. http://fr.wikipedia.org/wiki/Poly%C3%A9thyl%C3%A8ne

15. http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Polyethylene-repeat-2D-flat.png



15

16

Figure 1A.12a: Une poche de perfusion :

Extrait du site http://www.char-fr.net/expos/2000/panneau06/06.html

Le flacon semi-rigide (en polypropylène

puis en polyéthylène) et la poche souple

offrant des volumes de 50 à 3 000 ml vont se

substituer aux flacons en verre dans

pratiquement tous les pays européens à la fin

des années 1980".

16. http://www.medicopedia.net/term/17970,1,xhtml#ixzz0w5v9xI1E

http://www.char-fr.net/expos/2000/panneau06/06.html



16

Chapitre 1A.3.5 Les polychlorures de vinyle17

Ce sont des polymères obtenus à partir de l’acétylène, plastifiés en vue de cette

application. Ils peuvent contenir jusqu’à 35% de plastifiant. Ils sont plus ou moins rigides et

sensibles aux incrustations et de ce fait, ont été abandonnés également.

Figure 1A.12b : Chlorure de vinyle

où n est le degré de condensation du polymère.

Le chlorure de vinyle, également connu sous le nom de chloroéthène

dans la nomenclature IUPAC, est un important composé chimique

industriel principalement utilisé pour produire son polymère, le

polychlorure de vinyle (PVC). À température ambiante, il se présente sous

la forme d’un gaz toxique incolore à l’odeur douceâtre.

17. http://www.encyclopedie-gratuite.fr/Definition/chimie/PVC.php



17

18

Figure 1A.12b : Gants vinyle poudrés

Confort tactile : excellente sensibilité.

Une alternative au latex, une formule particulièrement économique à l’usage.

Bord roulé pour un gantage plus facile.

18. http://www.lch-medical.com/gants/gants-vinyle.html



18

Chapitre 1A.3.6 Les polyuréthanes19

Ce sont des polymères obtenus par des réactions d’addition entre le groupe isocyanate (-

N=C=O) et le groupe hydroxyle (-OH). Cette famille générique inclut des élastomères dont

les propriétés peuvent varier en fonction des additifs et plastifiants utilisés.

Figure 1A.13 : Cpolyuréthane

Ces polymères sont plus rigides que les silicones et possèdent une excellente mémoire

de forme. Dans cette famille, on trouve de très nombreuses sondes. Il peut s’agir de

polyuréthanes purs ou modifiés : Carbothane® (Carboline Company, St Louis, Missouri) ou

de copolymères à base de polyuréthanes : Percuflex® (Microvasive Urology, Boston

Scientific, Natick, Massachusetts), Tecoflex® (Thermedics, Wilmington, Massachusetts).

19. http://fr.wikipedia.org/wiki/Polyur%C3%A9thane



19

20

Figure 1A.13 : circuit vent lifecare

Figure 1A.13 : Reusable Circuit Vent

20. http://dowdywise.info/q-care-medical-cq-circuit-vent-lifecare-1-ea.asp



20

Chapitre 1A.3.7 Les silicones21

Ce sont des composés chimiques intermédiaires entre la chimie organique et la chimie

minérale. En effet, ces polymères associent en alternance des atomes de Silicium (Si) sur

lesquels sont greffés des radicaux carbonés et des atomes d’oxygène. C’est cette liaison

“silicium - oxygène” qui est à l’origine de l’appellation “silicone”.

Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine

silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se fixent, sur les atomes de

silicium. Certains groupes organiques peuvent être utilisés pour relier entre elles plusieurs de

ces chaines (...-Si-O-...). Le type le plus courant est le poly(diméthylsiloxane) linéaire ou

PDMS. Le second groupe en importance de matériaux en silicone est celui des résines de

silicone, formées par des oligosiloxanes ramifiés ou en forme de cage.

Figure 1A.15 : silicones

Suivant la nature des groupements rattachés au silicium et suivant les conditions de

fabrication, les produits obtenus seront extrêmement variés : huiles, gommes et élastomères,

résines. Les silicones sont intéressants pour leur stabilité thermique, leur résistance au

vieillissement, leur souplesse, l’absence de phénomènes irritatifs et leur résistance aux

incrustations liée à leur caractère hydrophobe.

Il existe également des copolymères originaux à base de silicone : Silitek®(Surgitek,

Racine, Wisconsin), C-Flex® (Consolidated Polymer Technology, Clearwater, Florida).

21. http://fr.wikipedia.org/wiki/Silicone



21

22

Figure 1A.16 : Silicone Muffin Coupes

Caractéristiques23:

1) Matériel: 100% silicone de grade alimentaire

2) Sans danger pour les lave-vaisselle, micro-ondes, four et

congélateur

3) Garde sa forme

4) disponible dans n`importe quelle couleur

5) peuvent être stockés facilement

6) Non-stick finition

7) facile de mise en liberté

8) Les ordres d`OEM sont les bienvenus

22. http://www.asia.ru/fr/Catalog/?page=5&category_id=14751

23. http://www.asia.ru/fr/ProductInfo/966059.html



22

24

25

Figure 1A.16 : Replacement Nipple - Regular Neck - Beginner Flow

24. http://www.diytrade.com/china/4/products/3060270/high_adhesive_medical_silicone_scar_sheet.html

25. http://onemotherearth.com/shop/index.php?main_page=index&cPath=69



23

Chapitre 1A.3.8 Le Latex26

27

Figure 1A.16 : le Latex

En 1736, le naturaliste Français Charles Marie de La Condamine ramène en Europe, le

caoutchouc naturel découvert au Pérou.

En 1811, l’Autrichien J.N. Reithoffer fabrique les premiers produits en caoutchouc.

En 1820, l’Anglais Tomas Hancock découvre que la plasticité du caoutchouc est

augmentée par la mastication. Le caoutchouc naturel provient de la coagulation du Latex de

plusieurs plantes, principalement de l’hévéa, famille des euphorbiacées, originaire

d’Amazonie.

26. J.-L. Pariente, P. Conort, Le Latex : un biomatériau historique à proscrire aujourd’hui,

Progrès en Urologie (2005), 15 : 893-896.

27. http://www.irbv.umontreal.ca/cours/caoutchouc/html/vulcanisation.htm



24

28

Figure 1A.16 : Hévéa

28. http://fr.academic.ru/pictures/frwiki/76/Latex_dripping.JPG



25

Il existe un grand nombre de caoutchoucs différents que l’on peut classer en deux

grandes catégories :

- Caoutchoucs naturels : Sous forme liquide (le Latex) ou sous forme solide,

- Caoutchoucs synthétiques :

Caoutchoucs dits normaux (Polyisoprène, Polybutadiène,

Polybutadiènestyrène),

29

Caoutchoucs dits spéciaux (Polychloroprène,Polybutadiène-nitrile acrylique,

Polyisobutylène-isoprène ou Caoutchouc butyl, Copolymère d’éthylène-propylène,

Terpolymère d’éthylène-propylène, Polyéthylène chlorosulfoné) et caoutchoucs dits

très spéciaux (Fluorés, Acryliques, Siliconés, Copolymères Ethylène-acétate de vinyle,

Polysulfures, Polyuréthane)

29. http://www.antistat.co.uk/section.php/90/1/gloves



26

L’allergie au Latex est le plus souvent due aux résidus protéiniques non-dénaturés

présents dans la sève de l’hévéa. Les autres types d’allergie au Latex sont dues aux additifs

utilisés lors des processus de fabrication du caoutchouc.

Trois groupes d’additifs sont particulièrement allergisants : il s’agit du

mercaptobenzothiazole (MBT) utilisé comme accélérateur de vulcanisation, des thiurames et

di-disulfure de tétraméthylthiurame (TMTD) utilisé également comme accélérateur de

vulcanisation et de l’isopropylphénylparaphénylènedi-a-amine (IPPD) utilisé comme

antioxydant.

Actuellement, dans le cadre des normes publiées par l’AFNOR, le Latex est considéré

comme témoin positif de toxicité, c’est-à-dire induisant une réaction cytotoxique importante

et reproductible.



27

30

Figure 1A.13 : Allergie au caoutchouc

Pour toutes ces raisons, le Latex doit être définitivement abandonné comme matériau,

en particulier pour la fabrication de sondes urétrales même enduites.

30. http://www.vulgaris-medical.com/images/dermatologie-14/allergie-au-caoutchouc-70.html



28

Chapitre 1A.3.9 Relargage de plastifiants

Certains plastifiants utilisés lors de la fabrication des sondes en silicone pur, peuvent

être relargués sous la forme d’un peracide toxique.

R OO

HO

31

Un peracide (ou acide peroxycarboxylique ou acide peroxylique) est une molécule

comportant un groupement peroxyde (deux atomes d'oxygène liés par une liaison simple)

pour lequel un oxygène est lié à un hydrogène, l'autre étant lié à un carbone substitué par un

oxygène avec lequel il forme une double liaison (ou groupement carbonyle).

Cette fonction peracide est très labile, notamment au contact du verre

borosilicaté. Pour mettre en évidence la formation de ce composé, il faut utiliser

des tubes en polypropylène. Ce type de composé doit être recherché car le

peroxyde de 2,4- dichlorobenzoyle (PDB) est un additif de vulcanisation des

élastomères, utilisé à la concentration de 0,5 à 1,5% dans le mélange de base

lors de la fabrication de la sonde.

31. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peroxy-acid-skeletal.svg



29

Chapitre 1A.3.10 Détérioration d’un dispositif médical – la cas de

la sonde JJ

L’arbre urinaire est normalement stérile

Définition d’une ECBU

L'examen cytobactériologique des urines, (en France ECBU, en

Belgique EMU = examen microscopique des urines) est un examen de

biologie médicale, étudiant l'urine d'un patient et déterminant

notamment la numération des hématies et des leucocytes, la présence

ou non de cristaux et de germes. Il est fréquemment utilisé pour

détecter une infection urinaire.



30

Définition32

: Un biofilm peut être défini de la façon suivante : c’est un ensemble de

microorganismes emprisonnés dans une matrice de polymères organiques, adhérant à une

surface. En conditions naturelles, les microorganismes se développent préférentiellement sur

une surface plutôt qu’en suspension ; aucun métal (excepté le cuivre qui est toxique), ni

plastique ne résiste à la colonisation bactérienne. L’organisation, la forme, la densité de ces

assemblages ne sont pas liés au hasard. Cette construction est une réponse aux variations des

conditions écologiques.

33

32. Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes Projet Binômé Option méthodologies d'analyse

33. http://www.ifremer.fr/gdr2614/fr/objectif.htm



31

Clichés de microscopie électronique à balayage de biofilms 34

,35

34. http://www.lille.inra.fr/nos_unites_et_recherches/nos_unites/pihm/presentation_generale_des_activites

35. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Staphylococcus_aureus_biofilm_01.jpg



32

Chapitre 1.4 Ajouts de Radio-opacifiants et additifs.

Lors de l’extrusion d’une sonde, en plus des additifs de fabrication (agent de

réticulation, lubrifiant, colorant), une charge minérale est associée au polymère organique.

Cette charge minérale est le plus souvent composée d’un radioopacifiant pour rendre la sonde

visible aux rayons X. Le mélange est homogène, mais dans le produit fini, on obtient une

distribution relativement aléatoire de cette charge prisonnière dans le polymère.

36

Figure 1A.18 : Structure d’une sonde : association d’une charge radio-opaque et d’un

polymère.




33

Les principaux radio-opacifiants utilisés sont des sels et oxydes de Baryum, de Bismuth,

de Tantale et de Tungstène. Ces atomes possèdent un numéro atomique élevé, cette propriété

permet de majorer l’atténuation des rayons X, essentiellement par effet photoélectrique.

37

Figure 1A.19 : Vérification du positionnement d’une sonde JJ par rayons X

L’efficacité de ces radioopacifiants est directement proportionnelle à leur

concentration par rapport au polymère. La charge nécessaire est souvent importante jusqu’à

25 ou 35 % en poids, ce qui peut poser des problèmes de fragilisation et de vieillissement

prématuré du produit fini, de relargage de ces métaux lourds, voire d’incrustation au contact

de ces molécules.




34

Chapitre 1A.4.1 Nature chimique des radioopacifiants

Le sulfate de Baryum

Le sulfate de Baryum est insoluble et n’est pas absorbé, mais la présence de chlorures dans

les urines, permet l’extraction de ces sels sous la forme de chlorure de Baryum selon la

réaction

BaCl2 + Na2 SO4 -------> Ba SO4 + 2 NaCl.

Le Chlorure de Baryum est, lui, soluble et absorbable par les cellules. La toxicité des

métaux lourds, a été rapportée chez l’Homme et sur des cultures cellulaires. Pour mémoire le

taux de Baryum maximum admissible pour l’eau potable est de 0,1 mg/L. Les sels solubles de

Baryum sont très toxiques. Ils provoquent une stimulation des muscles lisses, striés et du cœur

par blocage des canaux calciques entraînant ainsi une hypokaliémie et une hyperkalicytie.

Le chlorure de Baryum bloque l’activité métabolique cellulaire à partir de la

concentration de 1mg/L. Pour opacifier un ciment utilisé en orthopédie une concentration de 7

% de sels de Baryum est suffisante, mais pour opacifier un cathéter en polyuréthane, dont les

parois sont très fines, il faut atteindre des concentrations de l’ordre de 40 à 60 % ce qui pose

des problèmes. Les sels de Baryum sont donc difficiles et dangereux à utiliser.



35

Le Tantale

Le Tantale et ses sels sont considérés comme étant très peu toxiques pour l’homme. Il

semble que son utilisation puisse provoquer une certaine hyperplasie épithéliale comme cela a

été montré lors de son usage comme opacifiant bronchique dans les années 70. Les sels de

Bismuth et de Tantale doivent être évités à des concentrations relargables de 3 mg/L.

Hyperplasie

C'est l'augmentation d'un tissu ou de cellules pour compenser une perte

anormale ou en réaction à une agression.

Le Tungstène

Le Tungstène, inhibe les enzymes activées par le molybdène, notamment la xanthine-

oxydase et la sulfite-oxydase. Cependant il n’est pas retrouvé de toxicité à des concentrations

élevées (150mg/L). Par contre il est curieux de noter qu’à faible dose les sels de Tungstène

semblent provoquer une hyperactivité métabolique qui s’explique peut-être par des déviations

de voies métaboliques.

Ces phénomènes d’extraction du radio-opacifiant au cours du temps expliquent la

mauvaise visibilité à l’ASP de certaines sondes laissées en place pendant longtemps et leur

fragilisation.



36

Chapitre 1A.4.2 Absorption des rayons X

Les rayons X38

sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute

fréquence dont la longueur d'onde est comprise approximativement entre 5

picomètres et 10 nanomètres. L'énergie de ces photons va de quelques eV

(électron-volt), à plusieurs dizaines de MeV.

C'est un rayonnement ionisant utilisé dans de nombreuses applications

dont l'imagerie médicale et la cristallographie.

39

Figure 1A.20 : Rayonnement électromagnétique

38. http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayons_X

39. http://www.experts-thermographie.com/lumiere-infrarouge.html



37

Processus d’excitations associées

40

Figure 1A.20 : Rayonnement électromagnétique

Nature du rayonnement électromagnétique Nature des excitations

Micro-ondes Rotations moléculaires

Infra rouge Vibrations moléculaires

Ultra violet -visible Transitions électroniques en couches externes

Rayons X Transitions électroniques en couches internes

Rayons Excitations du noyau

Les rayons X suivent la loi habituelle d’absorption des rayons lumineux en fonction de

l’épaisseur d de la matière absorbante :

40. http://www.experts-thermographie.com/lumiere-infrarouge.html



38

I = I0 e-µd

où

I0 est l’intensité incidente

I l’intensité transmise,

µ est un coefficient d’absorption caractéristique du matériel absorbant et de la longueur

d’onde utilisée.

d : épaisseur du matériau

le coefficient d’absorption des rayons X est donné par la loi de Bragg-Pierce :

µ = k Z4

3

où Z est le numéro atomique

longueur d’onde utilisée



39


µ = k Z4

3



Tableau périodique des éléments41

41. http://www.lachimie.fr/definitions/tableau-periodique-agrandissement.php



40

42

Figure 1A.19 : Vérification du positionnement d’une sonde JJ par rayons X




41

Chapitre 1A.4.3 Les radio-opacifiants et leur détection par fluorescence X


µ = k Z4

3



Tableau périodique des éléments43

Le sulfate de Baryum

Le Tantale

Le Tungstène

43. http://www.lachimie.fr/definitions/tableau-periodique-agrandissement.php



42

La fluorescence X et les éléments opaques aux Rayons X.

Historique44

Henry Moseley est tué à 27 ans en 1915, à la bataille des Dardanelles, 2 ans

après avoir démontré que les rayons X émis par un échantillon obéissent une

relation, entre la longueur d'onde du rayon X et le numéro atomique de

l'échantillon, ouvrant ainsi la voie à ce qui va devenir la spectrométrie par

fluorescence X

44. http://fr.academic.ru/dic.nsf/frwiki/1741449

http://fr.academic.ru/dic.nsf/frwiki/193889http://fr.academic.ru/dic.nsf/frwiki/1414742http://fr.academic.ru/dic.nsf/frwiki/1248369



43

En éclairant notre échantillon avec le rayonnement synchrotron45

, les photons

incidents éjectent un électron de coeur du cortège électronique de l’atome (1).

L’atome est donc placé dans un état excité.

Pour revenir à son état initial, le cortège électronique de l’atome se réarrange :

– soit par un mode non radiatif (2), correspondant

cette fois à une émission d’électrons, c’est l’effet Auger ;

– soit par un mode radiatif associé à une émission d’autres photons (3).

46

45. Bazin, et al., S.R. techniques for structural characterisation of biological entities: an

example with renal stone analysis, Annales de Biologie Clinique 64, 125-139, 2006.

46. http://www.ikp.uni-koeln.de/research/pixe/bildchen/p_bomb_Auger.jpg



44

La fluorescence X se réfère à la voie radiative. Le retour de l’atome dans son

état initial est un processus complexe qui dépend notamment du numéro

atomique de l’élément et qui met en jeu plusieurs électrons du cortège

électronique de l’atome. Il existe ainsi différentes désexcitations électroniques.

Chacune d’elles est associée à l’émission de photons dont l’énergie est

spécifique à cette désexcitation.

47

47. http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_fluorescence_X



45

On observe donc non pas des photons d’une seule énergie mais un

ensemble de photons d’énergies différentes.

Chaque énergie définit une raie d’émission caractéristique de l’élément

présent dans le matériau. C’est l’analyse de cette collection de raies dénommée

spectre d’émission qui permet de savoir quels sont les éléments présents au sein

du matériau. L’énergie de la raie d’émission permet de connaître le numéro

atomique de l’élément. On a ainsi une information qualitative. La proportion de

cet élément est donnée en analysant l’intensité de la raie d’émission.

48

48. http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_fluorescence_X



46

49

La théorie de l'émission de fluorescence X a été traitée par plusieurs auteurs. Elle a été étudiée

initialement en 1947 par Von Hamos 50

pour ce qui concerne la fluorescence primaire. Le

tableau 3 reporte l'expression de l'intensité de la fluorescence primaire pour un échantillon

épais.

49. N. Broll, Fluorescence X : de la découverte des rayons de Rontgen aux identités de

Tertian, JOURNAL DE PHYSIQUE IV, Colloque C4, supplément au Journal de Physique III,

Volume 6, juillet 1996 p583.

50. VON HAMOS L., Ark. Mat. Astron. Phys. 31, 1 (1945).



47



48

51

51. http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:XRFScan.jpg



49

CHAPITRE 1A.4.4 ETATS DE SURFACE52

La surface la plus favorable à une implantation prolongée est théoriquement la surface

la plus lisse. Les sondes en silicone pur, comme celles en polyuréthane, possèdent des états de

surface assez réguliers. Cependant on peut voir à leurs surfaces des granulations irrégulières

correspondant à la charge minérale qui est ajoutée. Il existe de nombreuses méthodes qui

permettent d’étudier la surface et le cœur d’un polymère. Les méthodes classiques utilisent

des techniques de microscopie électronique à balayage sans ou avec microsonde (EDXA), des

techniques d’étude de mouillabilité, des techniques de spectrométrie infrarouge et des

techniques de spectroscopie électronique.

Figure 1B.1: Photographies en microscopie électronique à balayage, de la surface de sondes


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Biomat ériaux M édecine caract érisation Science des mat ...€¦ · caract érisation M édecine Biomat ériaux D. Bazin Laboratoire de Physique des Solides UMR 8502, Université