Matériaux pour la santé

Physique pour la Santé - 5e année - Semestre 1
UE2 - Matériaux pour la santé

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Cette UE comprend les matières suivantes :

• Électronique pour la santé (12 hC, 5 hTD)
• Alliages métalliques (16 hC, 8 hTD)
• Interaction nanomatériaux et systèmes biologiques (10 hC, 4 hTD)
• Polymères pour la santé (8 hC, 4 hTD)
• Matériaux à mémoire  de forme (8 hC, 4 hTD)

Électronique pour la santé

Aperçu des différents systèmes électroniques, composants ou capteurs qui sont utilisés dans l’instrumentation bio-médicale

Alliages métalliques

• Identifier les problématiques liées aux applications d’alliages métalliques pour la santé
• Connaître les grandes familles d’alliages ainsi que leurs propriétés d’application
• Identifier les procédés métallurgiques courant permettant d’agir sur les propriétés d’application d’un alliage.

Interaction nanomatériaux et systèmes biologiques

• Introduire le problème de l’interaction entre systèmes à l’échelle nanométrique et les systèmes biologiques.
• Classifier les nanomatériaux selon différents critères.
• Traiter des exemples marquants d’interaction (intentionnelle ou non) entre nanomatériaux et systèmes biologiques.

Polymères pour la santé

• Identifier un champ d’application des polymères dans le domaine biomédical / Etablir des connexions entre la physique des polymères et le domaine de la santé
• Se confronter à des systèmes innovants, tant au niveau du design du matériau que de l’application
• Introduire des notions de physique des polymères (structure et dynamiques) nécessaires à la compréhension du comportement des matériaux à l’usage.
• Proposer un cadre dans lequel l’ingénierie et la science des matériaux viennent répondre à des problématiques de santé.

Électronique : électricité et électronique des années antérieures

Matériaux : connaissance des différents matériaux, choix des matériaux en conception, connaissance des propriétés des matériaux métalliques. Microstructure des polymères, Analyse thermique, Viscoélasticité, Mécanique des matériaux, Mécanique des Milieux Continus

Contrôle continu

Electronique

• Les différents types de signaux, capteur et instrumentation bio-médicale.
• Imagerie médicale : détecteurs et électronique associée
• Electronique implantable : suivi médical, administration de médicaments, prothèses, batteries
• Systèmes innovants : laboratoire sur puces, MEMS etc…

Alliages métalliques

Les alliages métalliques sont communément classés en différentes familles (les ferreux et les non ferreux, les alliages à haute valeur ajoutée, les alliages haute température, les alliages légers…) et leur classification est parfois relative à leur application. Néanmoins, des alliages élaborés pour l’aéronautique sont utilisables pour des prothèses articulaires, quand des alliages de magnésium conçues pour des applications structurales sont envisagés pour des angioplasties. Les familles d’alliages rencontrées pour des applications dans le domaine de la santé sont donc le plus souvent issues de domaines bien différents. Toutefois, des nouvelles contraintes spécifiques liées à leur environnement d’utilisation (e.g. corrosion in vivo, résistance au frottement, cytotoxicité) requièrent de nombreux ajustements dans leur conception.

Les propriétés d’application des alliages métalliques sont étroitement liées aux éléments qui les composent ainsi qu’à leur micro ou nanostructure. Ces dernières dérivent des traitements thermomécaniques appliqués ainsi que des procédés d’élaboration utilisés. Cet enseignement dresse un panorama des différentes familles d’alliages utilisés dans le domaine de la santé. Les grandes caractéristiques de ces matériaux sont présentées ainsi que l’ensemble des moyens de mise en œuvre qui permettent d’ajuster leurs propriétés en vue des applications visées.

De nombreux exemples sont donnés qui concernent des applications pour la santé actuelles ou envisagées à l’aune des recherches en cours.

Interaction entre nanomatériaux et systèmes biologiques

• Interactions entre Nanomatériaux et Systèmes Biologiques : Introduction aux nanomatériaux (tailles, compositions, propretés spécifiques, origines et régulations santé)

• Exposition aux nanomatériaux et interaction avec les tissus (mécanismes d’exposition et interaction, effets et risques, toxicité et évaluation). Différentes techniques de fabrication, d’identification et de mesure pour les nano-structures
• Nanomédicaments (Nanoparticules lipidiques, Interaction nanoparticules-cellules, nanomédicaments contre le cancer exploitant les nanovecteurs).
• Nanostructures (préparation des médicaments, nanotechnologies pour les vaccins)
• Nanoparticules dans le diagnostic et la thérapie (imagerie par IRM, Nanoparticules d’oxydes de fer (recouvrement, fonctionnalisation, imagerie), boites quantiques colloïdales)

Polymères pour la santé

Polymères biorésorbables (PLA, polydioxanone…)

• Généralités et applications (implants, régénération osseuse…) / Design (par fabrication additive ou autre) / Propriétés macroscopiques (2h)
• Biorésorbabilité / Dégradation/ Diffusion / Sorption (2h)
• Morphologie et microstructure / Modèle à trois phases / Amorphe rigide (2h)
• Vieillissement et dynamiques de l’amorphe (2h)

Hydrogels pour applications biomédicales (2h)

Relations structure / propriétés + applications (lentilles de contact, galénique, ingénierie tissulaire…)

Polymères conducteurs (2h)

Découverte et synthèse / Conductivité et dopage / Applications et modifications / Intervention dans le domaine de la santé / Perspectives

Stent cardiaque en Alliage à Mémoire de Forme (Janod, 2001)

Électronique pour la santé

• Concevoir des systèmes électroniques pour l'instrumentation bio-médicale

Alliages métalliques

• Identifier les problématiques liées aux applications d’alliages métalliques pour la santé
• Connaître les grandes familles d’alliages ainsi que leurs propriétés d’application
• Identifier les procédés métallurgiques courant permettant d’agir sur les propriétés d’application d’un alliage.

Interaction nanomatériaux et systèmes biologiques

• Introduire le problème de l’interaction entre systèmes à l’échelle nanométrique et les systèmes biologiques.
• Classifier les nanomatériaux selon différents critères.
• Traiter des exemples marquants d’interaction (intentionnelle ou non) entre nanomatériaux et systèmes biologiques.

Polymères pour la santé

• Identifier un champ d’application des polymères dans le domaine biomédical / Etablir des connexions entre la physique des polymères et le domaine de la santé
• Se confronter à des systèmes innovants, tant au niveau du design du matériau que de l’application
• Introduire des notions de physique des polymères (structure et dynamiques) nécessaires à la compréhension du comportement des matériaux à l’usage.
• Proposer un cadre dans lequel l’ingénierie et la science des matériaux viennent répondre à des problématiques de santé.

Matériaux à mémoire  de forme

• Les matériaux intelligents : définitions et grandeurs caractéristiques
• Les Alliages à Mémoire de Forme : applications et propriétés
• Connaître les états métallurgiques des AMF
• Dimensionner les AMF