Revêtements antibactériens sur titane et acier inoxydable à base de monocouches de phosphonates fonctionnelles

par Julien Amalric

Thèse de doctorat en Chimie et physicochimie des matériaux

Sous la direction de Hubert Mutin.

Soutenue en 2008

à Montpellier 2 .

mots clés

• Revêtement antibactérien
• Monocouche
• Phosphonate
• Titane
• Acier inoxydable
• Argent
• Monoxyde d’azote
• Ammonium quaternaire
• Revêtements protecteurs
• Couches monomoléculaires
• Phosphonates
• Titane
• Acier inoxydable

Résumé

L'objectif de ce travail est la préparation de revêtements antibactériens par dépôt de monocouches de phosphonates fonctionnelles sur des substrats métalliques ainsi que la mise en évidence de leur activité contre l'adhésion des bactéries et la formation de biofilm. Trois types de fonctions terminales ont été utilisés pour obtenir une activité antibactérienne : des fonctions thiolate d'argent permettant la libération d'ions Ag+, des fonctions diazéniumdiolate permettant la libération de NO et des fonctions ammonium quaternaire conduisant à des surfaces cationiques. Les monocouches sont greffées à partir d'acides phosphoniques ou de diéthylphosphonates et sont caractérisées par mesure d'angle de contact avec l'eau et par spectrométrie de photoélectrons X (XPS). La libération de NO est mesurée par chimiluminescence. L'adhésion bactérienne pendant une à deux heures d'incubation dans une culture de bactéries est évaluée par microscopie et par comptage des bactéries adhérentes viables (UFC). La formation de biofilm après 3 jours d'incubation dans une culture bactérienne est évaluée par microscopie et quantifiée par colorimétrie ou fluorimétrie. L'ensemble des revêtements présentent une forte activité antibactérienne avec une réduction très importante de l'adhésion (>99,9 %) et une réduction significative de la densité du biofilm. La stabilité des revêtements est étudiée dans différents milieux. L'activité antibactérienne de ces revêtements est maintenue après 3 jours dans du plasma sanguin. Ces résultats sont obtenus avec les principales souches bactériennes impliquées dans les infections sur implants orthopédiques : E. Coli, P. Aeruginosa, S. Epidermidis et S. Aureus

Titre traduit

Antibacterial coatings on titanium and stainless steel based on functionalized phosphonate monolayers

Résumé

The main goal of this work is the preparation of antibacterial coatings by deposition of a phosphonate functional monolayer on metallic substrates, and to demonstrate their activity against bacterial adhesion and biofilm formation. Three terminal functions were used to obtain antibacterial activity: silver thiolates releasing Ag+ ions, diazeniumdiolate functions releasing NO and quaternary ammonium functions leading to cationic surfaces. The monolayers were grafted using phosphonic acids or diethylphosphonates and were characterized by water contact angle measurement and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The NO release was measured by chemiluminescence. Bacterial adhesion for one or two hours of incubation in a bacterial culture was determined by microscopy or viable adhering bacteria (CFU) counting. Biofilm formation after a 3 days incubation in a bacterial culture was followed by microscopy and quantified by colorimetry or fluorimetry. All coatings presented a strong antibacterial activity with an important reduction of adhesion (>99. 9 %) and significative reduction of biofilm density. Coatings stability was studied in different mediums. The antibacterial activity of these coatings was maintained after 3 days in human blood plasma. These results were obtained with the main bacterial strains that are involved in orthopedic implants infections: E. Coli, P. Aeruginosa, S. Epidermidis and S. Aureus