Biomat ériaux M édecine caract érisation Science des mat ...€¦ · caract érisation M...
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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.
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– Polymères & Sondes
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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
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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
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Chapitre 1A.1 Quelques définitions
Sur le plan médical, on distingue
Les sondes1 : introduction dans une cavité naturelle sans effraction - contact avec les
muqueuses
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Figure 1A.1 Sonde urinaire JJ
1. http://www.urologieversailles.org/sonde-jj.html
2. http://www.urologieversailles.org/images/sondejj1.jpg
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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
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Les Catheters 4
Figure 1A.3 Cathéters
4. http://fr.wikipedia.org/wiki/Cath%C3%A9ter
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Chapitre 1A.2 Critères de choix des matériaux5
Pour les sondes
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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
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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).
7. J.L. Pariente, P. Conort, Progrès en Urologie (2005), 15 897-906
8. J.L. Pariente, P. Conort, Progrès en Urologie (2005), 15 893-896
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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
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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.
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Chapitre 1A.3.8 Le Latex26
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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
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Figure 1A.16 : Hévéa
28. http://fr.academic.ru/pictures/frwiki/76/Latex_dripping.JPG
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
36. J.L. Pariente, P. Conort, Progrès en Urologie (2005), 15 893-896
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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.
37. http://www.urologique.fr/UROlogique/Py%C3%A9loplastie_%28jonction%29.html
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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.
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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.
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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
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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
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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
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39
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
Tableau périodique des éléments41
41. http://www.lachimie.fr/definitions/tableau-periodique-agrandissement.php
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40
42
Figure 1A.19 : Vérification du positionnement d’une sonde JJ par rayons X
42. http://www.urologique.fr/UROlogique/Py%C3%A9loplastie_%28jonction%29.html
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41
Chapitre 1A.4.3 Les radio-opacifiants et leur détection par fluorescence X
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
Tableau périodique des éléments43
Le sulfate de Baryum
Le Tantale
Le Tungstène
43. http://www.lachimie.fr/definitions/tableau-periodique-agrandissement.php
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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
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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
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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
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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
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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).
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47
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48
51
51. http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:XRFScan.jpg
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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
52. J.L. Pariente, P. Conort, Progrès en Urologie (2005), 15 897-906