Les infections liées aux soins de santé demeurent encore très fréquentes dans les établissements médicaux, et ce malgré des décennies de vigilance et la mise en œuvre de protocoles de désinfection. Ces infections sont principalement dues à la contamination des surfaces par des agents pathogènes, comme les bactéries, qui agissent comme vecteur de transmission entre patients. Sachant que 50 % de ces infections sont induites par la présence de bactéries résistantes aux antibiotiques, la propagation de ces maladies infectieuses à l'extérieur est d'autant plus facile, ce qui les rend difficile à contrôler. Ainsi, afin de réduire l'adhérence des bactéries sur les surfaces, et ainsi limiter la propagation de ces maladies infectieuses, les efforts se sont principalement dirigés vers le développement de revêtements antibactériens, en particulier ceux à base d'argent (Ag). En effet, les revêtements à base d'argent sont particulièrement intéressants car ils agissent à la fois sur les bactéries à Gram positif et à Gram négatif, grâce au relargage d'ions Ag. Cependant, leur succès dépend de la capacité à contrôler leur libération Ag au cours du temps. Dans ce contexte, cette thèse visait à développer une nouvelle plateforme de revêtements antibactériens multifonctionnels à base d'argent permettant la libération contrôlée d'ions Ag. Pour ce faire, ces revêtements ont été déposés par plasma à basse pression et l'impact de la concentration d'argent déposé, le choix de la matrice (a-C:H) et la possibilité d'ajouter une couche supérieure additionnelle de fluoropolymère (CFₓ) sur les propriétés du recouvrement, ont été évalués. La première étape de ce travail a été d'identifier les développements les plus récents dans la fabrication de surfaces antibactériennes à base d'argent, ainsi que les réglementations actuelles et les défis à relever pour les mettre en œuvre efficacement. Ensuite, pour moduler la libération d'ions argent, différentes méthodes de plasma ont été explorées. Suite à ces résultats, l'état d'oxydation des nanoparticules d'argent est apparu une approche prometteuse. Cette stratégie a donc été approfondie pour augmenter la libération d'ions argent sans néanmoins compromettre les performances mécaniques de la matrice, carbone hydrogéné amorphe (a-C:H), et la biosécurité du revêtement. L'incorporation d'une couche additionnelle de polymère fluorocarboné déposée par plasma sur les revêtements à base d'argent a été ensuite étudiée. L'utilisation de cette technique a permis d'augmenter le temps de libération des ions argent et, par conséquent, l'activité antibactérienne globale des revêtements. Enfin, ces revêtements a-C:H avec des nanoparticules d'argent et une fine couche de CFₓ, optimisés au préalable, ont été transférés et déposés sur des substrats en acier inoxydable, matériau couramment retrouvé en milieu hospitalier. Dans l'ensemble, les résultats de ce travail sont des découvertes importantes quant aux futurs recouvrements antibactériens à base d'argent, car le contrôle de la libération d'ions argent peut d'une part contribuer à atténuer la résistance antibactérienne et d'autre part garantir une activité antibactérienne durable sur les surfaces environnementales, sans compromettre la sécurité ni entraîner de conséquences indésirables. / Healthcare associated infections (HCAIs) remain the most frequent adverse event occurring in medical settings despite decades of surveillance and the implementation of disinfection protocols. It is well-known that common pathogens causing HCAIs, such as bacteria, contaminate surfaces in healthcare facilities (i.e., environmental surfaces), acting as a source of transmission among patients. Still, their impact extends beyond individuals, affecting communities as well, given that more than 50% of these infections are caused by bacteria that are resistant to at least one type of antibiotic. In order to reduce the attachment of bacteria on surfaces, intensive efforts have been focused on the development of antibacterial coatings, particularly those based on silver. Indeed, Ag-based coatings are of great interest since they are biologically active when they disperse Ag ions against Gram-positive and Gram-negative bacteria. However, their success hinges on the ability to control the release of Ag ions over time. In this sense, this thesis aimed to develop a novel multifunctional silver-based antibacterial coating as a platform where the release of Ag ions can be controlled. To do so, this project explored the use of passive approaches by low-pressure plasma. That is, the properties and the amount of the antibacterial agent itself (i.e., Ag and AgO NPs), the choice of matrix (i.e., hydrogenated amorphous carbon coatings), and the implementation of a top fluoropolymer layer (CFₓ). This work first identified the most recent developments in the manufacturing of Ag-based antibacterial surfaces, as well as the current regulations and the challenges for their effective implementation. Then, different plasma-methods were explored to vary the release of Ag ions. Based on these findings, the oxidation state of Ag NPs was studied as a strategy to increase the release of Ag ions without compromising the mechanical performance and the safety of hydrogenated amorphous carbon coatings matrix. Additionally, the incorporation of a fluorocarbon plasma-polymerized layer on the Ag-based coatings was studied. Ultimately, it demonstrated to increase the release time of Ag ions and, in consequence, the overall antibacterial activity of the coatings. Finally, the optimized a-C:H coatings with Ag NPs and CFₓ thin layer were transferred and deposited on commonly used stainless steel substrates. Overall, the implications of these findings are important since controlling the release of Ag ions can help mitigate antibacterial resistance and ensure sustained antibacterial activity on environmental surfaces without compromising safety or causing unintended consequences.

Le substituant trifluorométhyle est le groupement alkyle fluoré le plus étudié. Il possède de nombreuses applications, et est particulièrement utilisé en chimie médicinale et en agrochimie. Malgré la multitude de méthodes déjà disponibles pour l’insertion de ce groupement dans une molécule, le fort intérêt qu’il suscite justifie la création de nouvelles voies de synthèse de composés trifluorométhylés. Le groupement pentafluorosulfanyle, quant à lui, a attiré l’attention dès sa découverte en 1950 grâce à ses propriétés exceptionnelles. Cependant, l’intérêt qui lui est porté s’estompe rapidement en partie à cause de la difficulté d’obtention des composés pentafluorosulfanylés. Plus récemment, et suite à la découverte de nouvelles méthodes pour son introduction, le substituant SF₅ a refait surface et fait ses preuves dans des domaines variés allant de la chimie des matériaux à l’industrie pharmaceutique. Toutefois, la chimie du groupement pentafluorosulfanyle reste peu explorée et le développement de nouvelles méthodes de synthèse pour leur obtention est, de nos jours, toujours nécessaire. Ainsi, le développement de plusieurs conditions réactionnelles autorisant l’accès à de nouveaux composés trifluorométhylés et pentafluorosulfanylés est présenté dans ce manuscrit. Celles-ci ont permis la formation de diarylméthanes, diarylméthanols, indolines, 2,3-dihydrobenzofuranes, indoles et benzofuranes portant un groupement CF₃ ou SF₅. Aussi, des réactions de substitution nucléophile et de Tsuji-Trost, par des amines, phénols, malonates et thiols, sur des dérivés portant les chaînes 4,4,4-trifluorobut-2-ène et 3-(pentafluorosulfanyl)allyle ont été réalisées. Enfin, la réactivité d’alcènes substitués par un groupement pentafluorosulfanyle a été étudiée. / On the one hand, the trifluoromethyl substituent is the most studied fluorinated alkyl group. It has a number of applications and is especially used in fields like medicinal chemistry and agrochemistry. Despite the large amount of methods available for the insertion of the trifluoromethyl group in a molecule, the forever growing interest for this substituent motivates the invention of new synthetic routes for the formation of trifluoromethylated compounds. On the other hand, the pentafluorosulfanyl group has attracted attention ever since its discovery in 1950 thanks to its remarquable properties. However, the interest invested in it quickly faded as pentafluorosulfanylated compounds were hard to access. More recently, and following new discoveries regarding the introduction of a SF₅ moiety on alkenes, the pentafluorosulfanyl group regains interest and its efficiency in various fields is demonstrated. Indeed, a large number of SF₅–containing compounds with applications in fields ranging from medicinal chemistry to material sciences were synthesized. However, the chemistry of the pentafluorosulfanyl group remains little explored and the development of new synthetic pathways for the formation of pentafluorosulfanylated compounds is still necessary. Thus, reaction conditions for the synthesis of new trifluoromethylated and pentafluorosulfanylated compounds were developed and are reported herein. They allow the formation of new CF₃– and SF₅–containing diarylmethanes, diarylmethanols, indolines, 2,3-dihydrobenzofurans, indoles and benzofurans. Moreover, nucleophilic substitution and Tsuji-Trost reactions on 4,4,4-trifluorobut-2-ene and 3-(pentafluorosulfanyl)allyl derivatives, using amines, phenols, malonates and thiols as nucleophiles, were performed. Finally, the reactivity of pentafluorosulfanyl-substituted alkenes was studied.

L’adsorption de protéines adhésives telles que la fibronectine (Fn) à la surface d’un dispositif médical suivant son introduction dans le corps joue un rôle critique dans la réponse biologique. Afin de moduler cette réponse, la création de revêtements bioactifs à la surface des matériaux représente une stratégie à adopter. Dans ce contexte, ce projet de recherche vise à développer des revêtements capables de promouvoir des interactions cellulaires spécifiques. Ainsi, des revêtements de fibronectine ont été développés à la surface de polymères présentant un potentiel pour être utilisés comme biomatériau : le film de fluorocarbone (CFx) et des polyetherurethanes (PEUs) à surface modifiée. Le film de CFx est un nano-recouvrement déposé par traitement plasma sur l’acier inoxydable, et a été développé pour éviter la corrosion du métal lors d’un contact à long terme avec le sang. Les modifications surfaciques des PEUs ont quant à elles montré leur capacité à réduire l’adhérence plaquettaire par l’ajout d’oligomères fluorés au PEU de base, ou à promouvoir l’adhérence cellulaire, par l’ajout d’oligomères anioniques. La stabilité de revêtements de fibronectine adsorbée ou greffée à la surface de CFx a tout d’abord été analysée sous différentes contraintes (déformation, condition statique et sous flux). Les résultats ont révélé une homogénéité plus importante pour la Fn greffée que pour l’adsorbée. Les essais biologiques effectués par la suite sur les PEUs ont indiqué que la fibronectine jouait un rôle majeur dans la coagulation sanguine et dans l’activation des cellules inflammatoires. Par conséquent, ce projet de recherche a permis de mieux comprendre les mécanismes d’interaction entre la Fn et la surface des polymères. La pertinence du développement de revêtements stables à la surface de matériaux destinés à être en contact avec le sang et de leur rôle dans l’interaction cellulaire a été mise en évidence comme pouvant influencer la cicatrisation et le succès des implants. / After the introduction of a medical device into the body, adhesive proteins such as fibronectin (Fn) adsorb to the surface of the material and play a critical role in the mediation of biological responses. To modulate these responses, one strategy consists in developing bioactive coatings at the surface of materials. With the aim of promoting cell interactions, this research project focuses on developing fibronectin coatings on different polymeric materials, which presented suitable properties for blood-contacting applications: fluorocarbonated film (CFx) and surface-modified polyuetherurethanes (PEUs). The CFx film is a nano-coating deposited by plasma treatment on stainless steel substrates developed in order to avoid metal corrosion after long-term blood contact. The PEUs surfaces are modified by oligomer blending: a fluorinated oligomer, reducing platelet adhesion, or an anionic one, promoting cell adhesion, were selected for their ability to modulate cell responses. Firstly, fibronectin was adsorbed or grafted on CFx and characterized under different constraints (plastic deformation, static conditions, and under pseudo-physiological fluid flow). The interaction of fibronectin with the CFx nano-coating enabled to evaluate the stability of the coatings and to validate the relevance of their development. The results revealed greater homogeneity for grafted Fn compared to adsorbed Fn. The influence of Fn adsorption on the surface-modified PEUs towards the response of inflammatory cells and the thrombogenic nature of the surfaces were then investigated. The biological tests indicated that fibronectin played a prominent role in thrombus formation and showed differentiated effect on inflammatory cell activity when coated onto the different polymeric substrates. This research increased our knowledge on the surface interactions between Fn and polymers. The relevance for the development of stable biomolecule coatings at the surface of materials for blood-contacting applications and regarding the role of biomolecule coatings on subsequent cell interactions was shown and focused on the possible influence of the wound healing process and on the final outcomes of implants.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / En raison de ses propriétés mécaniques adéquates, de sa facilité de mise en forme et de son historique dans le domaine des dispositifs médicaux, l’acier inoxydable est présentement un des matériaux privilégiés pour la fabrication des tuteurs vasculaires métalliques. Toutefois, une certaine polémique subsiste quant à l’utilisation de ce matériau. En effet, lorsqu’il est implanté à l’intérieur du corps humain, qui est considéré comme un environnement biologique agressif, il est sujet, entre autres, à la corrosion par piqûres, entraînant alors le relargage d’ions cancérigènes et la dégradation de ses propriétés mécaniques. Afin d’améliorer les performances à long terme des tuteurs vasculaires, un protocole de modification de la surface d’acier inoxydable par déposition plasma fut élaboré précédemment. Deux étapes successives ont alors été appliquées à la surface d’acier inoxydable : tout d’abord un prétraitement de la surface permettant de la nettoyer et de la polir et ensuite une déposition par plasma d’une couche mince de simili-téflon. Au cours de ce projet de maîtrise, des protocoles expérimentaux ont été conçus et validés et des essais ont été réalisés afin de vérifier la stabilité et l’efficacité de la couche de simili-téflon sur le substrat d’acier inoxydable. Dans un premier temps, des essais effectués dans des bains statiques visant à vérifier la stabilité de la couche ont été réalisés. Les couches de simili-téflon avant et après vieillissement ont alors été comparées à l’aide de différentes techniques d’analyse de surface. Par la suite, l’efficacité de la couche de simili-téflon à protéger la surface d’acier inoxydable contre la corrosion a été vérifiée grâce à des essais de corrosion accélérés; c’est-à-dire des essais de polarisation. Différentes conditions de la surface d’acier inoxydable ont alors été comparées : l’acier inoxydable tel que reçu, prétraité et finalement prétraité avec déposition de la couche de simili-téflon. Dans ces trois cas, l’échantillon était soit non-déformé ou déformé à 25%, ce qui représente la déformation maximale du tuteur lors de son déploiement. Les expériences ont permis de démontrer que la couche de simili-téflon telle qu’étudiée, bien qu’instable, retardait le phénomène de corrosion de la couche d’acier inoxydable. D’autre part, un protocole approprié permettant de tester la stabilité et l’efficacité de ce type de couche a pu être développé lors de ce projet de maîtrise et ce dernier pourra servir à tester des couches réalisées avec différentes conditions de déposition. / Metallic stents are mainly made of 316L stainless steel. Even though this material possesses the required mechanical properties needed in a stent, its long-term safety is still controversial. Indeed, in the aggressive biological environment, this material is prone to localized corrosion attack and possible corrosion products include elements classified as carcinogenic. To improve the long-term safety of the 316L stainless steel stents, a multi-step process was previously developed in our laboratory to isolate the stainless steel surface from the body fluid by depositing an ultra-thin plasma-polymerized fluorocarbon coating. To ensure the safety and effectiveness of the ultra-thin film, a series of tests was performed. In this context, the aim of this project is to develop and realize tests allowing the evaluation of both the stability and the efficiency of the coating. Firstly, to evaluate the stability, static immersion tests were performed in different solutions. Aged and non-aged surfaces were then characterized and compared by using different surface analyses methods. Secondly, the effectiveness of the ultra-thin film against general and localized corrosion was verified using accelerated corrosion tests; i.e. cyclic polarization tests and Tafel plot corrosion measurements. In this case, different surface conditions were tested and the results were compared to see if the coating was efficient on flat substrate and under a plastic deformation, to which it will be submitted when put in the human body. Even though part of this study has shown that the ultra-thin film was unstable in an aqueous environment, another part has shown that combined pre-treatment and ultra-thin film increased the corrosion resistance of stainless steel. Furthermore, an appropriate protocol to evaluate those properties has been developed and will be most useful to evaluate future coatings deposited under different conditions.

Les stents coronariens sont des dispositifs médicaux utilisés pour soutenir mécaniquement les artères atteintes d’athérosclérose. Cette maladie se caractérise par l’accumulation de dépôts lipidiques à la surface des parois artérielles, ce qui provoque une diminution du diamètre effectif de l’artère et la perturbation du débit sanguin. Les stents sont principalement constitués d’une structure métallique recouverte d’un polymère. Malgré leur succès commercial, plusieurs lacunes au niveau de l’adhérence sont rapportées à la suite de leur expansion, telles que des délaminations et l’apparition de fissures. Ces défaillances affectent notamment l’efficacité des stents. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier cette problématique en utilisant des revêtements fluorocarbonés déposés par plasmas. Ces travaux doctoraux proposent une nouvelle technique d’évaluation de l’adhérence appelée, le Small Punch Test. Cette méthode reproduit l’expansion d’un stent sur des échantillons plats ce qui facilite les caractérisations des revêtements après déformation. Des caractérisations au microscope électronique à balayage ainsi qu’au microscope à force atomique ont permis d’évaluer l’influence de l’épaisseur des revêtements sur leur cohésion. Des fissures ont été observées sur les échantillons possédant une épaisseur supérieure à 35 nm. Afin de déposer des revêtements à faible teneur en nano-pores et d’augmenter leur stabilité en milieu aqueux, ces travaux étudient également la croissance et les propriétés des revêtements fluorocarbonés en fonction de différents décapages plasmas. Les décapages d’hydrogène ont notamment conduit à la formation d’hydroxydes à la surface de l’acier qui ont agit comme initiateur à la polymérisation. Le revêtement ainsi formé possède une teneur réduite en nano-pores, est riche en CF2 et est composé de longues chaînes polymères tel qu’observé par XPS, ToF-SIMS et FTIR. Cependant, les décapages plasmas ont modifié et réduit l’épaisseur de la couche d’oxyde de l’acier inoxydable ce qui l’a rendue plus sensible à une post-oxydation. / Coronary stents are medical devices used to provide internal scaffolding to stenosed arteries. This disease is characterized by the deposition of lipids on the artery wall, a decrease of the artery diameter and blood flow disturbance. The stents are mainly made of a metal structure coated with a polymer film. Despite their commercial success, many adhesion problems are reported after their expansion, such as coating delamination and cracking. These coating failures decrease the stent’s efficiency and durability. The aim of this thesis was to study this problem using fluorocarbon coatings deposited by plasma polymerization This thesis proposes a new technique, named Small Punch Test, to evaluate the coating adhesion. This method simulates the stent expansion on flat substrates, which facilitates the evaluation of the coating properties after deformation. Scanning electron microscope and atomic force microscope investigations showed the importance of the coating thickness on their cohesion properties. Cracks were observed on specimens with a coating thickness higher than 35 nm. To deposit coatings with a low density of nano-defects and to increase their stability in aqueous media, this research investigates the growth and properties of fluorocarbon films deposited on plasma etched substrates. Hydrogen plasma played a key role, with the formation of hydroxide as film growth initiator. During the first polymerization steps, hydroxides may lead to the formation of fluorocarbon coatings with low nano-defect density, high content in CF2 and long polymer chains, as observed by XPS, ToF-SIMS and FTIR. However, plasma etchings modified and lowered the oxide layer thickness of stainless steel and increased the sensitivity of samples to post-oxidation.