Conception rationnelle d'un revêtement antimicrobien contrôlable basé sur des réseaux de nanofils d'argent : Une étude combinée de la science des matériaux et du marketing

Rational design of a controllable antimicrobial coating based on silver nanowire networks : A combined study of material science and marketing

• Auteur / Autrice : Camilo Sanchez Velasquez
• Direction : Daniel Bellet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 11/07/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble, Isère, France ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux et du génie physique (Grenoble, Isère, France ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Simonato
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurore Denneulin, Husnu Emrah Unalan, Jean-François Lemoine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éliane Espuche, Matthias Pauly
• DOI : 10.70675/cc85db3fz8184z457ezb303z867b996a6c64

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet retard

Maladies bactériennes

Cellules humaines

Nanofils d'argent

Mots clés libres

Diffusion à la demande

Multifonctionnel

Nanocomposites

L'imagerie mentale

Représentations mentales

Modèle d’acceptation de la technologie

On-Demand release

Multifunctional

Nanocomposites

Mental imagery

Mental representations

Technology acceptance model

Résumé

Les revêtements antimicrobiens à libération ont fait l'objet de recherches intensives en raison de leur potentiel à prévenir les infections bactériennes via les surfaces contaminées. Cependant, en raison de leur profil de libération incontrôlée des charges antimicrobiennes, leur action peut entraîner une toxicité systémique dans les cellules humaines et dans l'environnement, ainsi qu'un épuisement rapide des composés antimicrobiens pré-chargés jusqu'à ce que les quantités libérées tombent en dessous des concentrations bactériennes sous-inhibitrices, se traduisant par une faible activité biocide au fil du temps. Ces limitations entravent leur application généralisée et soulignent le besoin de stratégies d'ingénierie pour développer de nouveaux revêtements antimicrobiens incorporant des systèmes de libération contrôlables. Une façon de remédier à ces lacunes est le développement de systèmes de libération déclenchés à la demande. Ces plateformes intègrent un matériau sensible au stimulus qui subit des changements morphologiques en réponse à un stimulus, permettant une libération ultérieure contrôlable des charges antimicrobiennes.Cette étude se concentre principalement sur le développement d'un design rationnel, complet et étape par étape, d'une plateforme de libération d'argent à la demande déclenchée par le chauffage Joule, basée sur des réseaux de nanofils d'argent (AgNW) revêtus. Nous présentons, pour la première fois, l'utilisation de ce type de systèmes comme matériaux sensibles aux stimuli, exploitant les voies de dégradation du réseau via la diffusion des atomes d'argent depuis la surface du nanofil lorsqu'il est soumis à des contraintes électriques ou thermiques. Ici, la libération d'argent induite par le chauffage Joule sert d'agent antimicrobien pour une activité antimicrobienne contrôlée à la demande. De plus, nous proposons l'utilisation d'une architecture multicouche comme design configurationnel pour les revêtements antimicrobiens à base de AgNW dans le but de fabriquer une plateforme antimicrobienne multifonctionnelle. Cette architecture permet l'incorporation d'un déclencheur de libération thermique et de capacités de stockage dans une plateforme unifiée tout-en-un. Une première démonstration du concept est présentée où un réseau stable de AgNW est utilisé comme élément chauffant, et un réseau de AgNW sacrificiel sert de réservoir d'atomes d'argent.Cependant, bien que les avancées actuelles en nanotechnologie ouvrent de nouvelles opportunités pour l'ingénierie de nouvelles plates-formes antimicrobiennes visant à prévenir et à inhiber la croissance des bactéries, les applications basées sur la nanotechnologie sont souvent perçues par les consommateurs comme risquées pour la santé et associées à des taux élevés d'incertitude, ce qui entrave leur acceptation et leur adoption. Les préoccupations concernant un usage non contrôlé peuvent entraîner des représentations mentales négatives et des associations chez les utilisateurs, influençant ainsi leur réponse à cette technologie. Par conséquent, il est nécessaire de mieux comprendre le processus de prise de décision des consommateurs et le traitement de l'information individuelle concernant les applications antimicrobiennes basées sur les nanomatériaux.Sur cette base, afin de comprendre en profondeur les intentions comportementales des individus à l'égard des innovations basées sur la nanotechnologie intégrant des fonctionnalités antimicrobiennes, qu'elles soient contrôlables ou non, ce travail développe un cadre conceptuel original et complet basé sur le Modèle d'Acceptation de la Technologie (TAM), mais intégrant des considérations plus holistiques et cognitives. À travers ce modèle multifacette, l'étude vise à éclairer les interactions de l'activité mentale individuelle, en termes d'imagerie mentale et d'associations mémorielles, et des principales variables de l'acceptation de la technologie selon le TAM (utilité perçue et facilité d'utilisation perçue).

Release-based antimicrobial coatings have been intensively investigated due to their potential to prevent bacterial infections via contaminated surfaces. However, owing to their uncontrollable burst release profile of antimicrobial payloads, their action may cause systemic toxicity in human cells and the environment, as well as rapid depletion of the antimicrobial pre-loaded compounds until the released quantities drop below bacterial sub-inhibitory concentrations, translating into poor biocidal activity over time. These limitations hinder their widespread application and emphasize the need for engineering strategies to develop novel antimicrobial coatings that incorporate controllable release systems. One way to address these shortcomings is with the development of on-demand triggered release systems. These platforms incorporate a stimulus-responsive material that undergoes morphological changes in response to specific stimuli allowing subsequent controllable release of antimicrobial payloads.This study primarily focuses on developing a comprehensive, step-by-step, rational design of a Joule-heating-triggered on-demand silver release platform based on coated silver nanowire (AgNW) networks. We present, for the first time, the use of these sorts of systems as stimuli-responsive materials, taking advantage of the network degradation pathways via silver atom diffusion from the nanowire surface when subjected to electrical or thermal stress. Here, the release of silver induced by Joule heating serves as an antimicrobial agent for on-demand controlled antimicrobial activity. In addition, we propose the use of a multilayer architecture as a configurational design for AgNW-based antimicrobial coatings with the aim of fabricating a multifunctional antimicrobial platform. This architecture enables the incorporation of a heat-based release trigger and storage capabilities within a unified all-in-one platform. A first demonstration of the concept is presented where a stable AgNW network is used as a heater element, and a sacrificial AgNW network serves as an Ag atom reservoir.Nevertheless, although current advances in nanotechnology open up new opportunities for engineering novel antimicrobial platforms aimed at preventing and inhibiting bacteria growth, nanotechnology-based applications are often perceived by consumers as risky for health and associated with high rates of uncertainty, hindering acceptance and adoption. Concerns about uncontrolled use may lead to negative mental representations and associations among users, shaping their response to such technology. Therefore, there is a need for a deeper understanding of the consumer decision-making process and individual information processing toward nanomaterials-based antimicrobial applications.On this basis, in order to get an in-depth understanding of individuals' behavioural intentions towards nanotechnology-based innovations integrating antimicrobial features, either controllable or not controllable, this work develops an original and comprehensive conceptual framework based on the Technology Acceptance Model (TAM), but integrating more holistic and cognitive considerations and variables. Through this multifaceted model, the study aims to elucidate insight about the interplay of individual mental activity, in terms of mental imagery and memory associations, and the main variables of technology acceptance from TAM (perceived usefulness and perceived ease of use).