RADIOSTERILISATION ET POLYMERES Caroline AYMES-CHODUR EA 401 – Groupe matériaux et santé Faculté de Pharmacie – Université Paris Sud Rencontres Paris-Saclay / entreprises Chimie sous rayonnement et applications industrielles 1
RADIOSTERILISATION
ET
POLYMERES
Caroline AYMES-CHODUR
EA 401 – Groupe matériaux et santé
Faculté de Pharmacie – Université Paris Sud
Rencontres Paris-Saclay / entreprises
Chimie sous rayonnement et applications industrielles
1
RESSOURCES HUMAINES
Groupe Matériaux et Santé
Groupe Matériaux et Santé (EA 401)
Directrice : Pr Najet YAGOUBI
6 enseignants-chercheurs
4 personnels techniques 7 Doctorants
3 Master 2 professionnels
en apprentissage
(DM / CQ / MQ)
2
THEMATIQUES de RECHERCHE
Groupe Matériaux et Santé
Etude du
vieillissement
Polymères à usages
médical / pharmaceutique - Température
- pH
- UV
- Rayonnements ionisants
Principes Actifs
Caractérisation des produits de dégradation
Prévision de la stabilité selon les normes ICH
Cytotoxicité des produits de dégradation
Caractérisation des produits de dégradation
Migration et cytotoxicité de ces CBMM
Effet sur l’adhésion cellulaire et bactérienne
Modifications en volume et en surface
3
PLATEAU TECHNIQUE
Groupe Matériaux et Santé
Caractérisation dans le volume - Rampes d’extraction
- Méthodes séparatives : HPLC / CES
- Méthodes spectrales : UV, FTIR
- Méthodes thermiques : ATG, DSC
Caractérisation en surface
- Traitement de surface : spin coating, plasma froid
- Méthodes macroscopiques : Mouillabilité, Tension de surface
- Méthodes microscopiques : micro FTIR, AFM, microtome
Etude du vieillissement en température et sous UV
- Enceinte avec arc au Xénon
4
Matériaux polymères
Matrice + Additifs
(synthèse, technologiques, …)
Modifications physico-chimiques de
la matrice et des additifs
+
Formation de produits de
dégradation, oligomères, …
Méthodes physiques de stérilisation (électrons accélérés, rayons g,
gaz plasma)
Température, HR, UV
Identification
des CBMM
Mécanismes
de dégradation
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
5
Formation de nombreux composés issus du vieillissement
CBMM Etude de la migration
de ces composés dans
différents milieux
(biologique,
pharmaceutique, etc…)
6
Etude de la migration de
ces composés en surface
du matériau : bioadhésion
J. Saunier
Etude de la réponse
biologique
E. Jubeli
- Effet du type de
vieillissement
- Effet du type d’additif
- Identification des CBMM
- Cytotoxicité in silico
B. Do
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
7
-2
0
2
4
6
8
13 14 15 16 17 18 19
0 kGy - 215°C
25 kGy - 215°C
75 kGy - 215°C
150 kGy - 215°C
Hea
t F
low
(W
/g)
Temps (min)
3.02.0
1.80.7
soustraction (a)
0 kGy
94 kGy
380 kGy
DRI
380 kGy
(380 - 0) kGy
0 kGy
94 kGy
Comment évaluer la modification de la matrice ?
CES
FTIR
UV Visible
Analyse
thermique
RPE CLHP-SM
CPG-SM
EA 401
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation dans le volume
8
Comment évaluer la modification de la matrice ?
SEC
FTIR
UV Visible
Analyse
thermique
RPE CLHP-SM
CPG-SM
EA 401
CEA Saclay/DSM/LRad
342 346 350 354 358 362
Ho (mT)
CR
Hexo
H
CHR
C
Hendo
R
HexoC
n
Simulation du spectre RPE
• CEA Saclay/DEN/LRMO
• UPS/ Plateforme SAMM
• AGEPS/APHP
0 kGy
94 kGy
380 kGy
ESI-MS (infusion)
S. ESNOUF
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation dans le volume
Corrélation des résultats obtenus par
différentes techniques analytiques
Elaboration d’un mécanisme de dégradation
de la matrice soumise au vieillissement
9
Dans quel but ?
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation dans le volume
-O-CH2-CH2-CH2-CH2-O-CH2-
-O-CH2-CH2-CH2° + °CH2-O- -O-CH2-CH2-CH2-CH2° + °O-CH2-
° H° + -O-CH2-CH2-CH2-CH-O- -O-CH2-CH2° + °CH2-CH2-O-
+O2
O°
-O-CH2-CH2-CH2-CH-O- + RO° + O2
OO°
-O-CH2-CH2-CH2-CH-O-
+ROO°
-O-CH2-CH2-CH2° + HC-O-
O FTIR
+PH
H2 + P°
RPE
-H CPG
CO2
°C-O-
O
CES
-O-CH2-CH2-CH2-CH-O-
-O-CH2-CH2-CH2-CH-O-
10
+PH
-O-CH2-CH2-CH3 + P° Dm=60
+PH
-O-CH2-CH2-CH2-CH3 + P°
Dm=74
ESI-MS
Dm=16
Dm=46
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Aymes-Chodur, C., Dannoux, A., Dauvois, V., Esnouf, S., 2011. Polym. Degrad. Stab. 96, 1225-1235.
Matériaux polymères
Matrice + Additifs
(synthèse, technologiques, …)
Modifications physico-chimiques de
la matrice et des additifs
+
Formation de produits de
dégradation, oligomères, …
Méthodes physiques de stérilisation (électrons accélérés, rayons g,
gaz plasma)
Température, HR, UV
Identification
des CBMM
Mécanismes
de dégradation
11
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation dans le volume
12
Comment évaluer la modification des additifs ?
• Etude des
composés relargables
CES
FTIR
UV Visible
Analyse
thermique • Modifications
chimiques
• Mesure par DSC du
temps d’induction à
l’oxydation (TIO), des
vitesses d’oxydation,
Ea...
• Mesure par ATG de la
température d’émission
de composés volatils et
de dégradation
RPE
• Identification des produits de dégradation
CLHP-SM
CPG-SM
• Identification espèces
radicalaires • Etude des composés relargables
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation dans le volume
13
• Effet de la matrice sur la dégradation des additifs
• Effet des conditions de vieillissement sur la dégradation des additifs
0 kGy
25 kGy
150 kGy
CL-MS (Ion négatif/TIC) SOLUTION EXTRACTION
CH3CH3
CH3
CH3
OH
CH3
CH3
O
O
CH3
OH
2 CH3CH3
CH3
CH3
OH
CH3
CH3
O
O
CH3
CH3
2
CH3CH3
CH3
CH3
OH
CH3
CH3
O
O
CH3
3
Produits de dégradation de l’Irganox dans la matrice en fonction de la dose
Pics correspondants à l’AO seul, dont la [AO] en fonction de la dose
CH3CH3
CH3
CH3
OH
CH3
CH3
O
O
CH3
4
C
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation dans le volume
Caractérisation dans le volume - Rampes d’extraction
- Méthodes séparatives : HPLC / CES
- Méthodes spectrales : UV, FTIR
- Méthodes thermiques : ATG, DSC
Caractérisation en surface
- Traitement de surface : spin coating, plasma froid
- Méthodes macroscopiques : Mouillabilité, Tension de surface
- Méthodes microscopiques : micro FTIR, AFM, microtome
Etude du vieillissement en température et sous UV
- Enceinte avec arc au Xénon
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RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
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RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation en surface
- Diversité des phénomènes impliqués : contact direct avec les fluides
et tissus
- Taille des différentes entités interagissant avec la surface
- Limitations des différentes techniques : résolution latérale, profondeur
d’analyse
Entité adhérante
substrat
flux
Facteur de taille
2.105
16
AFM
FTIR-ATR
Raman
Analyse
thermique
• Sorption de PA
• Polymorphisme
XPS Adhésion
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation en surface
• Cellules : biocompatibilité,
cytotoxicité
EA 401
AFM
Mouillabilité
Rq=5,3 nm
Non traité Irradié (b) 150 kGy
• Topographie
• Polarité
• Energie de
surface
17
• Sorption de PA
• Modification de la
chimie de surface
RADIOSTERILISATION ET POLYMERES
Caractérisation en surface
C-C
C-0, C-N
XPS C1s
• Bactéries pathogènes
(S.Aureus) :
croissance biofilm
INRA AgroParisTech
AFM
FTIR-ATR
Raman
Analyse
thermique
XPS Adhésion
EA 401
AFM
Mouillabilité
UVSQ
UPS