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Annales de Chimie - Science des Matériaux

0151-9107
 

 ARTICLE VOL 29/1 - 2004  - pp.29-39  - doi:10.3166/acsm.29.29-39
TITRE
Conception d'hybrides inorganiques-organiques bioactifs sur la base du mécanisme de liaison du verre de silicate de calcium avec l'os vivant

TITLE
Design of bioactive organic-inorganic hybrids on the basis of the bonding mechanism of calcium silicate glass with living bone

RÉSUMÉ

Les verres et les vitrocéramiques bioactifs sont des matériaux intéressants pour la substitution osseuse car ils forment spontanément des liaisons avec l’'os vivant lorsqu'’ils sont implantés dans un défaut osseux. Cependant, ils sont beaucoup plus fragiles et beaucoup moins souples que l’'os naturel. L'’hybridation des constituants essentials des verres et des vitrocéramiques avec un polymère flexible peut résoudre ce problème. La présente contribution est consacrée à la conception d’'hybrides organiques-inorganiques susceptibles de se lier à l'’os vivant. Des études antérieures ont montré que la condition pour qu'’il y ait une liaison directe entre l'’os vivant et les verres et vitrocéramiques bioactifs est la formation sur leur surface d’'une couche d’'apatite analogue à l'’os, après exposition aux liquides corporels. Le même type de formation d'’apatite s'’observe même dans le liquide corporel simulé (SBF) proposé par Kokubo et coll.. La formation de l’'apatite de surface est induite à la fois par la dissolution des ions calcium du verre bioactif, et par les groupes silanol (Si-OH) du gel de silice hydratée formé à la surface. Ces résultats suggèrent que l'’incorporation d'’ions calcium (Ca2+) et de groupes Si-OH dans des substances organiques conduit à un hybride bioactif. Il a été confirmé que des hybrides organiques-inorganiques contenant un sel de calcium, synthétisés à partir de vinyltriméthoxysilane ou de 3-méthacryloxypropyltriméthoxysilane (MPS) présentent la formation d’'apatite dans le SBF. Ce type d'’hybride organique-inorganique peut être mélangé avec un polymère organique. Un hybride organique-inorganique a été synthétisé à partir de MPS et de 2-hydroxyméthacrylate de méthyle (HEMA) à la composition MPS:HEMA=0,1:0,9. L'’hybride MPS-HEMA forme aussi une couche d’'apatite quand du chlorure de calcium lui est incorporé. Ces résultats indiquent que de nouveaux matériaux bioactifs peuvent être développés à partir d’'hybrides organiques-inorganiques obtenus par incorporation d'’ions calcium et de certains types spécifiques de groupes fonctionnels tels que Si-OH.



ABSTRACT

Bioactive glasses and glass-ceramics have been attractive as materials for bone substitution because they spontaneously bond to living bone when implanted in bony defects. However, they are much more brittle and much less flexible than natural bone. Hybridization of essential constituents of bioactive glasses and glass-ceramics with a flexible polymer can solve this problem. The present contribution is devoted to the design of organic-inorganic hybrids that can bond to living bone. Previous studies reported that the condition for bioactive glasses and glass-ceramics to achieve direct bond to living bone is formation of a bone-like apatite layer on their surfaces after exposure to the body fluid. The same type of apatite formation can be observed even in a simulated body fluid (SBF) proposed by Kokubo and his colleagues. Glasses in the binary system CaO-SiO2 showed the apatite formation in SBF. The formation of the surface apatite is induced both by dissolution of calcium ions from the bioactive glass, and by silanol (Si-OH) groups in the hydrated silica gel formed on the surface. These findings suggest that incorporation of calcium ions (Ca2+) and Si-OH groups into organic substances leads to a bioactive hybrid. It was confirmed that organic-inorganic hybrids containing calcium salt, which were synthesized from vinyltrimethoxysilane or 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS), showed the apatite formation in SBF. Such type of organic-inorganic hybrids can be blended with an organic polymer. An organic-inorganic hybrid was synthesized from MPS and 2-hydroxyethylmethacrylate (HEMA) at a composition of MPS:HEMA=0.1:0.9. The MPS-HEMA hybrid also formed the apatite layer when the hybrid was incorporated with calcium chloride. These findings indicate that novel bioactive materials can be developed from organic-inorganic hybrids obtained by incorporation of calcium ions and specific kinds of functional groups such as Si-OH.



AUTEUR(S)
Chikara OHTSUKI, Masanobu KAMITAKAHARA, Toshiki MIYAZAKI

Reçu le 13 octobre 2003.    Accepté le 15 décembre 2003.

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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