Ingénierie de surfaces antimicrobiennes : combinaison de topographie et de fonctionnalisation par dépôt chimique en phase vapeur par polymérisation amorcée in situ et plasma atmosphérique froid

Antimicrobial surface engineering : combining topography and functionalisation with initiated chemical vapour deposition and cold atmospheric plasma polymerisation

• Auteur / Autrice : Amelia Jane Whiteley
• Direction : Vincent Jousseaume, Guillaume Nonglaton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 05/07/2024
• 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 d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Humblot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Yeromonahos, Marianne Weidenhaupt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Humblot, Mireille Richard-Plouet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mouillabilité

Peinture antisalissure

Surfaces hydrophobes

Biocides

Biofilms

Mots clés libres

Polymère couche mince

Icvd

Plasma atmosphérique froid

Antibiofouling

Topographie

Mouillabilité

Polymer thin film

Icvd

Cold atmospheric plasma

Antibiofouling

Topography

Wettability

Résumé

Alors que les biofilms continuent de causer de nombreux dégâts dans diverses industries, entrainant des problèmes de santé, des défaillances de matériel et des coûts non négligeables, les stratégies traditionnelles de lutte contre le biofilm sont remises en question. En effet, la croissance de l’antibiorésistance ainsi que la constatation de la toxicité de certains biocides, mettent en lumière les limites de telles approches. Ainsi, plutôt que de s’attaquer à l’élimination de biofilm, de nouvelles stratégies, qui consistent à éviter l’adsorption bactérienne, sont en train d’être étudiées, notamment avec des surfaces hydrophobes ou hydrophiles. Dans cette thèse, un polymère organosilicié hydrophobe mais sans fluor, a été déposé sous forme de couche mince à l’aide de deux techniques innovantes : le plasma atmosphérique froid à décharge par barrière diélectrique (DBD-CAP) et le dépôt chimique en phase vapeur par une polymérisation amorcée in-situ (iCVD), créant respectivement des polymères plasma et conventionnels. L’iCVD a aussi été utilisé pour fonctionnaliser des surfaces avec le poly(vinyl pyrrolidone) superhydrophile. Ce dernier, malgré des propriétés de mouillabilité intéressantes, ne permet pas une utilisation dans des milieux liquides tels que des suspensions bactériennes, à cause de sa solubilité. Pour palier à cela, le précurseur organosilicié a été utilisé comme agent de réticulation, et les deux monomères ont été co-injectés par iCVD, formant un copolymère hydrophile et insoluble. Ces polymères ont été déposés sur des surfaces planes, mais aussi structurées : avec des microstructures apportées par lithographie par nanoimpression, et une rugosité apportée par gravure plasma. En effet, il a été montré dans la littérature que combiner chimie et topographie peut avoir de nombreux avantages pour lutter contre le biofilm. Pour finir, ces surfaces ont été incubées dans des suspensions bactériennes, afin de regarder leur influence sur l’adhésion des bactéries.

As biofilms continue to cause damage in many different industries, leading to health issues, device failure and numerous costs, the traditional strategies used to fight against biofouling are being questioned. Indeed, the rise of antibioresistance and concerns over the toxicity of other biocides bring to light the limits of such approaches. Rather than focusing on eliminating biofilm, bioinspired strategies suggest limiting the initial bacterial adsorption by developing hydrophobic or hydrophilic surfaces. In this thesis, hydrophobic fluorine-free organosilicate thin films were deposited using two innovative deposition methods: Dielectric Barrier Discharge Cold Atmospheric Plasma (DBD-CAP) and initiated Chemical Vapour Deposition (iCVD), respectively leading to plasma polymers and conventional polymers. iCVD was also used to functionalise surfaces with superhydrophilic poly(vinylpyrrolidone). While the latter had interesting wettability properties, it’s solubility made it an impossible coating for devices to be found in bacterial suspensions or other liquid media. To overcome this, the organosilicate precursor was used as a crosslinking agent and both monomers were simultaneously injected into the iCVD reactor, creating hydrophilic and insoluble copolymers. As well as depositing these polymers on planar surfaces, they were used to coat substrates with microscale topography brought by nanoimprint lithography, and roughness achieved by plasma etching. Indeed, it has previously been shown in the literature that there are many advantages in combining chemistry and topography for antibiofouling surfaces. Finally, the developed surfaces were incubated with bacterial suspensions to assess their influence of bacterial adhesion.