Microorganisms attachment to the surfaces located in the marine water has become a significant problem. Historically, the antifouling properties of the coatings were achieved by using biocides, which had a negative consequence to the marine environment. Currently, alternative environmental friendly methods are required. This thesis aimed to investigate and produce the antifouling coatings that can be used as potential candidates in the marine industry. In this study, a range of novel polymer nanocomposite coatings was fabricated via the method of solvent and tested based on the strategy of microbial adhesion. The composition of the coatings mainly contains polidimethylsiloxane (PDMS) and different nanomaterials. The coatings applied on glass substrate were characterised using X-ray spectroscopy (XRD), scanning electron microscopy (SEM), contact angle measurements, inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) and atomic force microscopy (AFM). In biofouling assays, attachment of bacteria B. Subtilis and three marine microalgae (Skeletonema sp., Amphora sp., D. Salina) was investigated in laboratory scale. The obtained results suggested that small amount of nanoparticles in the polymer matrix can improve the antifouling settlement behaviour of the coatings. All microalgae attached more on PDMS/SiO2 and control surfaces (glass and PDMS) compared to the coatings containing multiwall carbon nanotubes (MWCNT) and sodium bismuth titanate (NBT). The influence of contact time, surface roughness and surface wettability was also studied. The microbial attachment varied significantly with respect to contact time and surface properties. There was no obvious evidence showing that the wetting properties and the roughness of the coatings have an effect on growth ... [cont.].

Actuellement, il existe deux types de peintures anti-salissures marines sur le marché : - Les Self-Polishing Coatings (SPC), revêtements auto-polissants à base de liants polymères hydrolysables, efficaces par relargage de biocides dans le milieu marin mais toxiques pour l’environnement ; - Les Fouling Release Coatings (FRC), revêtements hydrophobes à base de silicone, sans biocides, qui limitent la force d’adhésion des salissures mais ne sont pas efficaces en mode statique.L’objectif de cette étude est d’élaborer des peintures anti-salissures marines hybrides FRC/SPC. Pour ce faire, des polymères diblocs à la fois hydrolysables et présentant une faible énergie de surface ont été synthétisés et caractérisés puis utilisés en tant que liants dans la formulation de peintures anti-salissures marines.Le procédé de polymérisation RAFT a été employé afin de synthétiser des polymères avec une architecture et une masse molaire contrôlée. Deux approches ont été abordées :- Des polymères ont été synthétisés à base de monomères de faible énergie de surface et hydrolysables (le méthacrylate de (heptaméthyl-trisiloxy)diméthylsilyle et le méthacrylate de bis(triméthylsilyloxy)méthylsilyle) avec un co-monomère méthacrylate de méthyle ou méthacrylate de butyle. Il a notamment pu être montré que les copolymères de structure dibloc présentent une énergie de surface plus faible que les copolymères statistiques.- Des polymères ont été synthétisés à partir de monomères hydrolysables tel que le méthacrylate de tert-butyldiméthylsilyle et de monomères de faible énergie de surface tel que le méthacrylate de poly(diméthyl-siloxane).Les propriétés d’érosion (type SPC) et d’énergie de surface (type FRC) ont été étudiées pour les liants seuls et les peintures formulées, avant et pendant leur immersion en eau de mer artificielle. L’efficacité anti-salissures marines des peintures formulées a été évaluée lors de leur immersion in-situ en Mer Méditerranée. / Two main types of antifouling coatings are present on the market: - The Self-Polishing Coatings (SPC): they are based on hydrolysable polymer binders and their antifouling efficiency relies on the release of biocides in the marine surrounding. Unfortunately, they are toxic for the marine environment- The Fouling Release Coatings (FRC): these hydrophobic silicone-based coatings limit the adhesion strength of fouling organisms and are biocide-free. Nevertheless, they are not efficient during idle periods.The aim of this study is to develop FRC/SPC hybrid antifouling coatings. Thus, diblock polymers both hydrolysable and with a low surface energy have been synthesized and characterized, then used as binders for the formulation of antifouling coatings.Polymerization by the RAFT process has been used to synthesize well-architectured polymers with controlled molecular weights. Two different approaches have been considered:- Polymers have been synthesized from low surface energy and hydrolysable monomers ((heptamethyl-trisiloxy)dimethylsilyl methacrylate and bis(trimethylsilyloxy)methylsilyl methacrylate) and a co-monomer of methyl or butyl methacrylate. It has been demonstrated that the diblock copolymers exhibit a lower surface energy than the statistical copolymers.- Polymers have been synthesized from hydrolysable monomers (tert-butyldimethylsilyl methacrylate) and low surface energy monomers (poly(dimethylsiloxane) methacrylate).The erosion properties (SPC-type) and the hydrophobicity (FRC-type) have been studied for both the binders and the formulated coatings, before and during their immersion in artificial seawater. The antifouling efficiency of the formulated coatings has been evaluated during their in-situ immersion in the Mediterranean Sea.

L’objectif de ces travaux est de synthétiser des copolymères diblocs et triblocs à base d'unités monomères méthacrylate de tert-butyldiméthylsilyle et diméthylsiloxane. Le choix de ces unités monomères repose sur l'élaboration de films polymères hydrolysables dans le milieu marin et de faible énergie libre de surface, respectivement. Ces polymères ont été caractérisés puis utilisés comme liants dans la formulation de peintures anti-salissures marines SPC/FRC hybrides. Les performances des revêtements obtenus ont alors été comparées aux deux types de revêtements anti-salissures marines disponibles sur le marché : - les revêtements auto-polissants (Self-polishing copolymer, SPC), à base de liants polymères hydrolysables, efficaces par relargage de biocides dans le milieu marin et par érosion, mais toxiques pour l’environnement ; - les revêtements Fouling Release" (FRC), hydrophobes à base de silicone, et non toxiques, qui limitent la force d’adhésion des salissures mais sans efficacité en mode statique.Le procédé de polymérisation RAFT a été employé afin de synthétiser des polymères avec des architectures, des compositions et des masses molaires contrôlées. Des macro-agents de transfert de chaîne à base de poly(diméthylsiloxane)s ont été préalablement synthétisés à partir de poly(diméthylsiloxane)s mono et di-hydroxylés, de masses molaires 1000 , 5000 et 10000 g.mol-1. Trois séries de copolymères ont été préparées avec des masses molaires allant de 12000 à 60000 g.mol-1 et des teneurs en unités diméthylsiloxanes allant de 3% à 57%.Les propriétés de prise en eau, d'érosion (type SPC) et de mouillabilité (type FRC) ont été étudiées pour les liants seuls et les revêtements formulés avec et sans biocides. L'évolution de l'hydrophobie de surface des revêtements pendant leur immersion en eau de mer artificielle a été suivie. L'efficacité anti-adhésion bactérienne d'une série de copolymères, sous forme de vernis et de revêtements formulés, a été étudiée vis-à-vis de deux souches de bactéries marines. Enfin, l’efficacité anti-salissure marine des vernis et des revêtements formulés avec et sans biocides a été évaluée lors d'une immersion in-situ en Mer Méditerranée pendant 16 mois au maximum. / The aim of this study is to synthesize diblock and triblock copolymers based on tert-butyldimethylsilyl methacrylate and dimethylsiloxane monomer units. These monomer units have been selected to elaborate polymer films both hydrolysable in the marine environment and with a low surface energy. These copolymers have been fully characterized and have been formulated to develop FRC/SPC hybrid antifouling coatings. The performances of these new coatings have been compared to the two main types of antifouling coatings on the market:- the Self-Polishing coatings (SPC), based on hydrolysable polymer binders with an efficiency relied on the release of biocides in the marine environment and the erosion of the coating. Unfortunately, these coatings toxic for the marine environment;- the Fouling Release Coatings (FRC), based on hydrophobic and non-toxic silicone-based coatings which limit the adhesion strength of fouling organisms. Nevertheless, they are not efficient during idle periods. Block copolymers with controlled architecture, chemical composition and molar masses have been synthesized via the RAFT process from poly(dimethylsiloxane)-based chain transfer agents. These macro-chain transfer agents have been previously prepared from mono- and di-hydroxylated poly(dimethylsiloxane)s with molar masses of 1,000, 5,000 and 10,000 g.mol-1. Three series of copolymer have been synthesized with molar masses ranging from 12,000 to 60,000 g.mol-1 and a mass content of dimethylsiloxane units ranging from 3% to 57%. The water uptake, the erosion properties (SPC type) and the hydrophobicity (FRC-type) have been studied for both the binders and the coatings formulated with and without biocides. The evolution of the hydrophobic properties of the coatings' surface has been investigated during their immersion in artificial seawater. The anti-adhesion properties of one series of copolymers have been investigated toward two marine bacterial strains. Then, the antifouling efficiency of the binders and the coatings formulated with and without biocides has been evaluated during their in-situ immersion in the Mediterranean Sea for 16 months at a maximum.

In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass enzymresponsive Peptid-Poly(ethylenglycol)-Konjugate (Peptid-PEG-Konjugate) effizient biotransformiert und proteinresistente Beschichtungen ausbilden können. Die oberflächenspezifische Haftung eines linearen Biokonjugates auf Basis einer literaturbekannten Adhäsionsdomäne für Titandioxid-Oberflächen wurde durch Verlängerung mit einer proteolytisch spaltbaren Erkennungssequenz und einer Suppressionsdomäne temporär unterbunden. Aus einer Serie unterschiedlich modifizierter Biokonjugate wurde eine anionische Suppressionsdomäne als besonders leistungsfähige haftungsunterdrückende Einheit identifiziert. Die Prozessierung des nicht-bindenden Vorläufers mit einer spezifischen Cysteinprotease hervorgehend aus dem Tabakätzvirus (TEV Protease) bewirkte die Abtrennung der eingeführten Modifikation. Durch die Biotransformation wurden die Haftungseigenschaften der polymergebundenen Adhäsionsdomäne zurückgebildet. Das aktivierte Biokonjugat ermöglichte die nicht-kovalente PEGylierung der Metalloxid-Oberfläche. Das Konzept wurde auf divalente Peptid-PEG-Konjugate unter Verwendung verzweigter Adhäsionsdomänen und verlängerter Suppressionsdomänen übertragen. Die proteolytisch aktivierte Dimer-Beschichtung zeigte eine erhöhte Stabilität im Vergleich zum linearen Biokonjugat und demonstrierte vielversprechende Antifouling-Eigenschaften gegenüber der unspezifischen Adsorption eines Modellproteins für Serumproteine des menschlichen Blutes auf Titandioxid-Oberflächen. / The present thesis has shown that enzyme-responsive peptide-poly(ethylene glycol) (peptide-PEG) conjugates can be efficiently biotransformed to create protein-resistant coatings. The surface-specific adsorption of a linear bioconjugate is temporarily suppressed by extending a titanium dioxide adhesion domain known from literature with a proteolytically cleavable recognition site and a suitable interfering domain. From a series of differently modified bioconjugates, an anionic interfering domain was identified as particularly effective to suppress adhesive functions. The enzymatic processing of the non-binding precursor with a specific cysteine protease derived from tobacco etch virus (TEV protease) resulted in the separation of the introduced modification. The adhesive properties of the polymer-bound binding sequence were reproduced by the biotransformation process. The activated bioconjugate allowed the non-covalent PEGylation of the metal oxide surface. The concept was applied to divalent peptide-PEG conjugates using branched adhesion domains and extended interfering domains. The proteolytically activated dimer coating showed increased stability against dilution compared to the linear bioconjugate and demonstrated promising antifouling properties against the non-specific adsorption of a model protein for human blood serum proteins to titanium dioxide surfaces.