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

14

RADIOSTERILISATION ET POLYMERES

15

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

18

RADIOSTERILISATION ET POLYMERES

• Choix d’une caractérisation multi-échelles et multi-techniques

• Complémentarité des techniques d’analyse

• Expertise /collaborations