Creation of antibiofilm surfaces : covalent grafting of antimicrobial peptides and enzymes onto copper and titanium surfaces
Création de surfaces antibiofilms par greffage covalent de peptides et enzymes antibactériens sur les surfaces de cuivre et de titane
Résumé
Bacterial contamination and formation of biofilms on immersed structures in seawater are frequent and at the origin of high cost maintenance treatments. The use of compounds biocidal, but also harmful for the ecosystem, is nowadays forbidden. The aim of this thesis work was to find new preventive surface treatments to stop, or strongly reduce, biofilm formation on copper and titanium surfaces. This is possible by preventing bacteria adhesion and, if necessary, their development after their adhesion. Copper surfaces were functionalized by crosslinkers onto which two antimicrobial molecules, Magainin I and HEWL lysozyme, were then grafted. An alternative strategy consisted in grafting spacers, and antimicrobial agents, on a copper surface microstructured by using a photopolymer derived from poly(methyl methacrylate). Magainin I and HEWL were also grafted onto titanium surfaces via two kinds of spacers, a silane and a diamino-PEG. Antibacterial surface treatments were optimized after characterization of each step by IR, XPS, AFM and angle contact measurements. In order to highlight the antibiofilm properties of functionalized surfaces, four tests were conducted: one test for protein adsorption, one measuring bacteria adhesion and one testing their viability; the last one was conducted to assay bacteria growth after deposition onto functionalized surfaces. As examples, bacteria growth was reduced by 90% and 80 % onto functionalized titanium and copper surfaces respectively
La contamination bactérienne et le développement de biofilms marins sont des problèmes récurrents, et terriblement coûteux sur les structures immergées des bâtiments de l'armée. L'emploi de composés bactéricides et nocifs pour l'écosystème est désormais interdit. Les travaux menés lors de cette thèse avaient donc pour objectif de mettre au point des traitements de surface originaux préventifs, permettant de limiter l'adhésion des bactéries marines et, le cas échéant, leur développement sur des matériaux à base de cuivre et de titane. Des surfaces de cuivre ont été fonctionnalisées par des espaceurs sur lesquels ont été greffées des molécules antibactériennes : un peptide, la Magainine I et une enzyme, le lysozyme HEWL. Une deuxième stratégie a consisté en le greffage d'espaceurs, puis des agents antibactériens, sur des surfaces microsctucturées à l'aide de photopolymères dérivés de poly(méthyl méthacrylate). Sur les surfaces de titane, la Magainine I et l'HEWL ont été greffés sur deux types d'espaceurs, un silane et un PEG diamine. Les traitements de surface, antibactériens, ont été optimisés grâce à des caractérisations à chaque étape par IR, XPS, AFM et mesures d'angle de contact. Afin de mettre en évidence les propriétés antibiofilms des surfaces fonctionnalisées, quatre tests ont été mis en place : un test d'adsorption de protéines, un test d'adhésion de bactéries, un test de viabilité des bactéries adhérées et enfin un test de croissance des bactéries après contact avec les surfaces fonctionnalisées. A titre d'exemples, le développement de bactéries sur les surfaces de titane a été réduit de 90% et l'adhésion de bactéries réduite de 80% sur les surfaces de cuivre
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