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.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Nous avons étudié les films de Langmuir de copolymères PS-b-PAA et la formation de nanostructures inorganiques par réduction d’ions Ag+ à leur voisinage. D’une part, nous avons déterminé précisément la structure de ces copolymères à l’interface air-eau pour différents pH, à l’aide de techniques complémentaires (isothermes π-A, réflectivité de neutrons, diffusion de rayons x rasants). Cette étude a démontré que l’interprétation usuelle de ces isothermes devait être reconsidérée et en particulier nous avons mis en évidence le rôle majeur du solvant d’étalement. Ce dernier reste partiellement adsorbé à la surface après le dépôt, la monocouche mixte copolymère-solvant est alors formée de nanostructures de surface. Ces nanostructures ont de taille caractéristique bien. Lorsque les chaînes de PAA sont neutres, le pseudo-plateau observé sur les isothermes correspond à l’expulsion réversible du solvant vers la sous-phase ce qui induit une réorganisation des nanostructures. Dans le cas de chaînes de PAA chargées, l’isotherme ne présente plus ce pseudo-plateau. Ceci est dû aux répulsions électrostatiques entre ces chaînes. La compression du film entraîne le «plongeon» d’une partie de la monocouche, copolymère et solvant, vers le volume. D’autre part, nous avons étudié le comportement des films de copolymères chargés en présence d’ions Ag+ dans la sous-phase avant et après leur réduction. Nous avons montré que la présence d’ions Ag+ induit le collapse des chaînes PAA à l’interface. La réduction des ions par la radiolyse de surface via les rayons x, produit des colloïdes d’argent agrégés selon une structure 2D «bicontinue» de taille caractéristique marquée. En revanche, la réduction par photochimie ne semble pas produire de couche homogène et dense de colloïdes. / We studied the copolymer PS-b-PAA Langmuir films and the formation of non-organic nanostructures by reduction of silver ions Ag+ in their neighborhood. On the one hand, we have precisely determined the structure of these copolymers at the air-water interface for different pH with many complementary techniques (isothermal, ?-A, neutron reflectivity, grazing-incidence x-ray scattering). This study proved that the classic interpretation of these isotherms should be reconsidered and we emphasized the major role played by the spreading solvent. This (solvent) is partially absorbed by the surface after the deposit and the mixed copolymer-solvent monolayer is created by the surface nanostructure. These nanostructures have a well-defined typical size. When the PAA chains are neutral, the pseudo-surface observed on the isotherms correspond to the reversible expulsion of the solvent to a subphase which induces a reorganization of the nanostructures. In the case of charged PPA chains, the isotherm does not show the flat surface. This is due to the electrostatic repulsion between these chains. The compression of the film induces the ?dive? of a part of the monolayer ? copolymer and solvent ? towards the volume. On the other hand, we studied the behavior of these charged copolymer films in the presence of silver ions Ag+ in the before and after reduction. We showed that the presence of ions Ag+ ions induces the collapse of the PAA chains at the interface. The ions reduction by surface x-rays radiolysis produces silver colloids following a ?bi-continuous? 2D structure with a typical length scale. However, the photo-chemical reduction does not seem to produce homogenous and dense layers of colloids.

L’objectif de ce projet est d’étudier l’influence de nanoparticules d’argent intégrées dans une matrice organosiliciée sur l’organisation de la fibronectine. L’argent étant connu depuis des siècles pour ses propriétés antibactériennes, l’étude de l’adsorption de protéines au contact de ces nanoparticules est essentielle en vue d’une utilisation dans le domaine biomédical. Dans un premier temps, les nanoparticules ont été intégrées dans une matrice organosiliciée, le tout synthétisé par plasma à basse pression. La présence d’argent dans le plasma durant le dépôt a été analysée par spectroscopie d’émission optique. Puis, la fibronectine a été adsorbée sur les surfaces pour étudier l’influence des nanoparticules. Les surfaces ont été caractérisées par différentes techniques notamment par spectroscopie photoélectronique par rayons X pour identifier la présence d’argent et de la fibronectine. La rugosité des surfaces a également été analysée par microscopie à force atomique et des mesures d’angle de contact dynamique ont été réalisées. Enfin, pour quantifier la fibronectine sur les surfaces et pour connaître l’organisation de la protéine, des tests ELISA ont été effectués. / The objective of this project is to study the influence of silver nanoparticles embedded in an organosilicon matrix on the fibronectin organization. Silver is known for its antibacterial properties for several centuries, the study of protein adsorption in contact of these nanoparticles is essential for a use in biomedical field. First, nanoparticles were embedded in an organosilicon matrix, all synthetized by low-pressure plasma. Presence of silver in the plasma during the deposition was analyzed by optical emission spectroscopy. Then, fibronectin was adsorbed on the surfaces to study the influence of silver nanoparticles. Surfaces were characterized by different methods, especially by X-ray photoelectron spectroscopy to identify the presence of silver and fibronectin. Roughness of the surfaces was analyzed by atomic force microscopy and dynamic contact angle measurements were realized. Finally, to quantify the fibronectin adsorbed on the surfaces and to know the protein organization, ELISA tests were performed.