Principe de fonctionnement de l’AFM
2.3. Films déposés sur acier
Afin d’évaluer la capacité d’inhibition des matériaux déposés sur l’acier inoxydable, une étude microbiologique sur les deux souches de bactéries E.coli et S.aureus a été entreprise. L’acier non revêtu Ac, revêtu par de l’acide alginique Ac(H), de l’alginate de calcium Ac(Ca), de l’alginate de cuivre Ac(Cu) et de l’alginate de zinc Ac(Zn) ont été examinés. Ces matériaux ayant une épaisseur micrométrique, la diminution de la concentration ionique du cuivre et du zinc n’est pas nécessaire. L’utilisation alors de matériaux pur cuivre et pur zinc n’est pas considéré comme toxique. Les matériaux testés possèdent un diamètre de 14 mm. Les clichés des résultats sont regroupés sur les Figures III.28 et III.29.
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Figure III.28 Résultats des tests antibactériens effectués sur la souche E.coli en présence de films déposés sur acier d'alginate de
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Figure III.29 Résultats des tests antibactériens effectués sur la souche S.aureus en présence d’acier non revêtu et de films
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L’acier non revêtu ainsi que celui recouvert par un dépôt d’acide alginique ne semblent pas affecter la croissance bactérienne : nous n’observons pas de zone d’inhibition pour les deux souches de bactéries. En présence de l’acier revêtu par l’alginate de calcium, nous observons pour E.coli ainsi que pour S.aureus une accumulation de bactéries autour du matériau. Etant donné que c’est uniquement la présence du calcium qui conduit à une accumulation de bactéries autour du matériau, nous pouvons en conclure que les bactéries croissent grâce au calcium qui est un élément nécessaire à leur croissance ce qui est en accord avec la littérature [141,142] et nos résultats précédents.
Les résultats obtenus pour la souche E.coli sont regroupés sur la Figure III.28. La présence des matériaux Ac(Cu) et Ac(Zn) affecte de façon similaire la croissance bactérienne. Nous obtenons en présence de ces deux matériaux une zone d’inhibition de diamètre en moyenne de 14,75 mm et 15,75 mm respectivement.
Les résultats correspondants à la souche S.aureus sont regroupés sur la Figure III.29. Les matériaux à base de zinc paraissent inhiber plus la croissance bactérienne que ceux à base de cuivre. Nous observons une zone d’inhibition de 17 mm en moyenne pour Ac(Cu) et 20 mm pour Ac(Zn).
Le bilan des résultats de l’évaluation antibactérienne en présence des films déposés sur acier est regroupé dans le Tableau III.5.
Tableau III.5 Récapitulatif des résultats de l'évaluation antibactérienne sur les souches E.coli et S.aureus en présence des films
déposés sur acier (+ accumulation des bactéries autour du matériau)
Films déposés
sur acier
E.coli S.aureus
Matériau 1 2 3 4 Moyenne 1 2 3 4 Moyenne
Ac(Ca) + + + + + + + + + +
Ac(Cu) 15 14 14 16 14,75 20 15 16 17 17
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D’après ces résultats, nous pouvons en conclure que l’acier inoxydable ainsi que le film d’acide alginique déposé sur l’acier n’ont aucun effet sur la croissance bactérienne. Les films de calcium, cuivre et zinc présentent un comportement similaire aux films d’hydrogel et films d’hydrogels poreux. Les résultats obtenus pour ces films déposés sur acier sont en accord avec la littérature [8].
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Différents films à base d’alginate ont été élaborés dans ce chapitre par la méthode de casting ainsi que par la méthode de déposition par électrophorèse. Ces deux méthodes d’élaboration simples et rapides ont permis d’élaborer des films d’hydrogels d’épaisseur millimétrique de surface lisse ou poreuse ainsi que des films d’épaisseur micrométrique revêtant de l’acier inoxydable.
Du cuivre et du zinc ont été insérés dans les matrices d’alginate. Ces deux éléments se trouvent sous leur forme ionique Cu2+ et Zn2+ dans nos matériaux. L’utilisation d’ions divalents à l’intérieur d’une matrice permet d’éviter l’utilisation de NPs suspects d’être toxiques pour l’environnement ainsi que pour l’être humain.
Les différents matériaux élaborés dans ce chapitre ont été testés sur des souches de bactéries pathogènes E.coli (Gram-) et S.aureus (Gram+). Les films d’hydrogel de mélange Ca/Cu et Ca/Zn ainsi que les films déposés sur acier de cuivre et de zinc pur ont présenté une activité inhibitrice des bactéries. Les films de cuivre et de zinc déposés sur acier ont inhibé la croissance bactérienne surtout pour la souche de Gram+.
Les films d’hydrogel de différentes porosités peuvent être utilisés pour recouvrir des plaies ou toute autre surface non métallique dans le but de protéger cette dernière de la formation d’un biofilm. Les films déposés sur acier peuvent être utilisés quant à eux pour recouvrir toute surface métallique comme les outils chirurgicaux, les implant médicaux… Il serait alors important d’étudier le relargage des ions antimicrobiens et leur toxicité sur l’être humain.
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La corrosion est définie comme une dégradation physique du matériau et de ses propriétés chimiques sous l’influence de l’environnement. Le milieu marin est un environnement connu pour être favorable à la détérioration des matériaux métalliques. En effet, l’eau de mer est agressive du fait de ses propriétés physico-chimiques : conductivité élevée due à la salinité, forte teneur en ions chlorure, oxygène dissous… De plus, elle est riche en organismes vivants (bactéries, microalgues…). L’adhésion et la prolifération de ces organismes conduit à la formation de biofilms sur les surfaces métalliques immergées. Les modifications de surface qui en résultent peuvent avoir des conséquences importantes sur le processus de corrosion. En effet, la corrosion influencée par les microorganismes (ou CIM) affecte plusieurs domaines tels que l’industrie pétrolière, navale, nucléaire, les zones portuaires, les installations géothermiques, les réseaux de distribution d’eau… Les enjeux économiques liés à ce type de corrosion justifient les efforts employés pour lutter contre la détérioration des surfaces métalliques en milieu marin.
L’objectif de ce chapitre consiste à élaborer des biomatériaux à base d’alginate incluant des ions métalliques dans le but de lutter contre les biofilms. Ces matériaux doivent résister en milieu aqueux (eau douce et/ou eau marine) et lutter contre l’adhésion et la croissance microbienne (bactéries marines et microalgues) et donc à la formation de biofilms.
!" Méthode d’élaboration*
La méthode d’élaboration des hydrogels en volume est la méthode de casting déjà utilisé pour l’élaboration des matériaux dans le chapitre 3 et décrite dans le chapitre 1.
Ce qui différencie les hydrogels en volume des films d’hydrogel précédents est le fait que nous ajoutons les solutions ioniques sans sécher la solution d’alginate de sodium. La dimension des hydrogels étant en relation avec le moule utilisé [150], nous obtenons des matériaux
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volumiques de taille centimétrique. La Figure IV.1 présente un schéma explicatif pour l’élaboration des hydrogels en volume.
Figure IV.1 Schéma montrant la méthode d'élaboration des hydrogels en volume par la méthode de casting
Les solutions d’ions utilisées sont : chlorure de calcium (C = 0,36 mol/L), sulfate de cuivre (C = 0,1 mol /L) et acétate de zinc (C = 0,1 mol/L). Ainsi, l’hydrogel en volume fabriqué dépendra de la solution d’ions ajoutée : alginate de calcium, alginate de cuivre ou alginate de zinc (Figure IV.2). Une période de 24h est nécessaire afin que la totalité de l’alginate se gélifie et que l’hydrogel soit saturé en ions.
Figure IV.2 Hydrogels en volume : (a) alginate de calcium, (b) alginate de cuivre et (c) alginate de zinc
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La Figure IV.2 montre une photographie de cubes d’hydrogels d’alginate de calcium, cuivre et zinc. La couleur est caractéristique des ions utilisés. L’alginate de calcium présente une couleur blanche et transparente. L’alginate de cuivre a une couleur verte. Alors que l’alginate de zinc présente une couleur blanche et opaque.