Natalia Milaniak, étudiante au doctorat en génie des matériaux et de la métallurgie (UL), génie électrique (CNRS PROMES Perpignan)
Les nanocomposites sont de plus en plus intéressants dans diverses disciplines de la science en raison de leur capacité à modifier les propriétés des matériaux, alors que leur épaisseur reste dans la gamme de l'échelle nanométrique. Le but ce projet de thèse est de développer une méthode pour contrôler l'introduction de nanoparticules (NPs) dans un film mince afin de créer de nouveaux matériaux avec des propriétés spécifiques contrôlées. Ces matériaux ont pour application la conversion d’énergie solaire ou la biomédecine (encapsulation de médicaments). Ces films minces multifonctionnels seront obtenus par AP-PECVD (Atmospheric Pressure - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Un précurseur gazeux ou liquide est injecté dans un plasma généré par une décharge à barrière diélectrique (DBD). Ce type de décharge est compatible avec le traitement de grandes surfaces en continu. Le plasma basse température active le précurseur qui polymérise à la surface pour former le film mince. Si les NPs et le liquide sont simultanément introduits dans le plasma, un film mince nanocomposite se dépose. Pour contrôler la morphologie du composite, deux tensions sinusoïdales de fréquences différentes doivent être alternées à une échelle de temps courte comparé au temps de résidence du gaz dans le plasma. Cette alternance est obtenue via une double modulation. La fréquence la plus basse contrôle le transport des NPs vers la surface et l'autre contrôle la croissance du film mince. Afin de mieux comprendre le processus et d’optimiser la forme de la tension, une étude approfondie est réalisée sur les NPs en vol dans le plasma et sur celles incorporées dans la matrice. La composition chimique du plasma est aussi caractérisée spatialement par IRTF. Pour améliorer la sensibilité des mesures, le lactate d'éthyle qui comporte sept bandes d'absorption dans l’IR et des nanoparticules de silice ont étaient choisies comme précurseur du film mince nanocomposite. De nouvelles formes de tension sont comparées ainsi qu'un régime DBD différent qui modifie la densité d’électrons, d’ions et donc la charge des NPs et le taux de dissociation du précurseur liquide. L'analyse infrarouge du plasma est corrélée à l'analyse de la composition chimique et à la morphologie du film mince.

Souhaila Ghadhab, étudiante au doctorat génie des matériaux et de la métallurgie
L’amélioration de la biocompatibilité des prothèses à long terme représente un défi important. En effet, comme tout matériau intégré dans le corps humain, l’infection demeure la complication la plus grave en chirurgie orthopédique . L’objectif de cette thèse est de développer un implant orthopédique intra osseux résistant aux infections de bactéries. Notre défi est de fournir du titane avec deux propriétés fonctionnelles qui sont susceptibles de prévenir la colonisation de bactéries. La première propriété visera la promotion de l’adhésion des cellules de la peau pour les amener à proliférer à la surface de l'implant (Fonction passive), alors que la deuxième propriété fournira à la surface des propriétés antibactériennes (Fonction active). Ce sujet est divisé en trois grandes parties ; la première consistera à modifier la surface de titane. Cette modification de surface nous permettra de greffer une protéine de la matrice extracellulaire, dont le rôle est d’améliorer l’adhésion des cellules sur la surface. La deuxième partie de sujet visera à greffer un antibiotique efficace contre un grand nombre de bactéries pour limiter l`infection. A chaque étape, différentes techniques de caractérisation de surface seront utilisées pour déterminer l’efficacité du greffage et les propriétés physicochimiques du matériau. La troisième partie de sujet visera à stériliser les surfaces de titane modifiées pour évaluer leur stabilité et leur activité biologique.

Ivan Rodriguez-Duran, étudiant au doctorat en génie des matériaux
L'objectif à long terme est d'élaborer des nouvelles stratégies de modification de surface basées sur les plasmas froids à pression atmosphérique (en particulier ceux qui sont contrôlés par des barrières diélectriques et ceux qui ont subi les champs électromagnétiques à haute fréquence) pour résoudre les problèmes de l'industrie des matériaux liés aux questions de l'énergie de surface. Ces questions sont d'une importance capitale dans plusieurs applications quotidiennes où se produisent des situations indésirables : par exemple, la formation sur les matériaux en verre de brouillard ; l’accumulation de saleté sur le verre ou le bois ; la mauvaise adhérence de la peinture ou du vernis sur les matériaux plastiques, métaux, bois ; l’accumulation de givre sur les fils électriques ou les avions ; l’adhérence des bactéries sur les textiles et autres composants polymères d'appareils de chirurgie. Les avantages des plasmas froids à pression atmosphérique pour de telles applications sont nombreuses et permettent d’aborder des préoccupations majeures de l'industrie : opération à pression atmosphérique (pas besoin de systèmes d'aspiration larges et complexes), respectueux de l'environnement, haut rendement du procédé, compatibilité avec les matériaux sensibles à la chaleur et grande flexibilité entre autres. Nous nous concentrerons sur deux problèmes identifiés par notre partenaire industriel, Multiver, grâce à une solution unique et innovante, offrant donc des avantages clés pour leurs produits sur la concurrence. D'une part, la formation de brouillard sur le verre a été clairement identifiée comme un problème majeur pour l'industrie du verre tandis que, d'autre part, les technologies du verre autonettoyant sont en hausse pour répondre aux demandes de certains clients. En conséquence, l'objectif à court terme de la recherche est de développer un revêtement à base de plasma atmosphérique pour conférer en permanence et simultanément des propriétés antibuées et auto-nettoyantes pour les matériaux en verre.

Caroline Royer, étudiante au doctorat en génie des matériaux et de la métallurgie (UL), physicochimie de la matière condensée (Université de Bordeaux)
Les substituts vasculaires utilisés actuellement en chirurgie ne favorisent pas le recouvrement interne par les cellules colonisant naturellement l’intérieur des vaisseaux sanguins. L’objectif de ce projet est d’identifier des principes actifs innovants à greffer sur une surface de polymère (ici le PET) pour favoriser le recrutement, l’adhésion la prolifération et la différenciation de populations cellulaire spécifiques : les progéniteurs endothéliaux et les cellules endothéliales matures, dans le but de recréer la couche interne de cellule qui tapisse l’intérieur des vaisseaux sanguins. Dans un modèle animal, les cellules progénitrices ont été identifiées comme les cellules parvenant à coloniser ces prothèses vasculaires. Dans ce contexte, nous allons greffer des molécules bioactives en suivant des micromotifs (ou patrons) obtenus par photolithographie, ce qui nous permettra des greffer deux principes actifs sur une même surface, des travaux antérieurs montrent que l’utilisation de surfaces avec des micromotifs a un impact sur le devenir des cellules. Ces matériaux seront étudiés avec différentes méthodes de caractérisation de surface, puis ils seront testés in vitro en culture statique et en culture dynamique reproduisant les conditions physiologiques du flux sanguin.

Stéphanie Vanslambrouck, stagiaire post-doctorale, génie des matériaux et de la métallurgie
A l’heure actuelle, l’amélioration des propriétés d’hémocompatibilité des biomatériaux représente un réel défi. Les surfaces de ces matériaux peuvent être modifiées par le greffage de molécules bioactives (peptides, protéines, facteurs de croissance, …) améliorant ainsi leur biocompatibilité. Les objectifs de ce projet sont de greffer chimiquement la fibronectine, protéine favorisant l’adhésion cellulaire, sur des gaufres de silicium en utilisant différents bras d’ancrage et d’étudier l’influence de ces différents bras d’ancrage sur la conformation et sur la bioactivité de la fibronectine. Pour ce faire, les gaufres de silicium sont, dans un premier temps, modifiées par silanisation permettant par la suite le greffage de la fibronectine en utilisant les différents bras d’ancrage, variant selon leur hydrophobicité (chaîne alcane ou oligomère PEG) et leur longueur ainsi que leur point d’ancrage (groupement –COOH ou maléimide) pour y greffer la fibronectine.

Simon Soulié, étudiant à la maîtrise en génie des matériaux et de la métallurgie (UL), génie électrique (Université Paul-Sabatier)
L’utilisation de matériaux de substitution osseuse augmente continuellement en chirurgie orthopédique, cranio-maxillofaciale et reconstructrice. Les pertes de substance osseuses étendues restent un défi majeur en termes de reconstruction (plus de 2,2 millions de greffe dans le monde par an). Une telle demande ne peut être satisfaite par les seuls moyens conventionnels. Il est nécessaire de développer un matériau biocompatible qui soit capable d’assurer une fonction avec une réponse appropriée et sans effets indésirables sur l’environnement biologique dans lequel il est appelé à fonctionner. En plus de la biocompatibilité, on recherche des matériaux biorésorbables pouvant se décomposer tout naturellement dans l’organisme humain pour être remplacés par un tissu vivant. Les biopolymères sont dégradés naturellement dans l’organisme humain par hydrolyse (enzymatique) et libèrent des molécules assimilables et non toxiques. La fibre naturelle d’asclépiade possède des propriétés biologiques et mécaniques adéquates pour être utilisée comme matériau de remplacement temporaire dans le corps humain (biodégradable, non toxique et poreuse). Il est nécessaire de fonctionnaliser cette fibre pour la rendre biocompatible. Cette fonctionnalisation sera effectuée par plasma à la pression atmosphérique. Suite à ce traitement des molécules d’adhésion, de prolifération et/ou de différentiation cellulaire seront ajoutés à la surface de la fibre d’asclépiade. À terme, nous souhaitons utiliser ce matériau pour la reconstruction in vitro de l’os ou l’implanter in vivo pour initier la réparation osseuse au sein même du patient.in vitro.

Laurine Martocq, étudiante à la maîtrise en génie des matériaux et de la métallurgie (UL), génie électrique (Université Paul-Sabatier)
Chaque année, 220 000 canadiens contractent une infection lors d’un séjour au sein d’un établissement de santé et 8 000 en meurent. Les biofilms, responsables du développement de ces infections dites « nosocomiales », sont des communautés structurées de microorganismes attachées à un support. Ils se forment suite à la présence de protéines et autres composés sur la surface. Ils favorisent également les toxi-infections alimentaires collectives (TIAC) lors de l’ingestion d’aliments infectés dans la restauration collective. La résistance accrue de ces microorganismes envers les stratégies de lutte déjà existantes (antibiotiques, …) pousse à développer de nouvelles méthodes. Pour ce faire, l’argent ionique, connu depuis des siècles pour ses propriétés antimicrobiennes, sera utilisé dans ce projet sous forme de nanoparticules d’argent (AgNPs). Elles seront enterrées dans une matrice afin de pouvoir les protéger de l’oxydation rapide et également de contrôler le relargage des ions Ag+. Ce travail va donc reposer sur l’étude de l’interaction d’une protéine, provenant du plasma sanguin humain, en contact avec des couches minces nanocomposites contenant des AgNPs. La protéine en question est la fibronectine (FN) et elle joue un rôle important dans de nombreux mécanismes d’adhésion cellulaire (notamment dans l’endothélialisation des vaisseaux). La microscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR) et la microscopie à force atomique (AFM) seront utilisées dans cette étude afin d’étudier le changement de conformation de la FN en contact des couches. L’objectif de ce projet est donc d’améliorer la connaissance sur le phénomène d’adsorption des protéines qui constitue l’étape cruciale dans l’adhésion des microorganismes. Pour cela, on étudie comment se comporte la FN et quelle structure dans l’espace (quelle conformation) elle adopte après son adsorption sur des couches minces nanocomposites antimicrobiennes contenant des AgNPs. Cette étude va permettre de vérifier si les AgNPs vont influer sur la conformation de la FN lors de son adsorption.in vitro.