ETUDE DE NOUVEAUX BIOMATÉRIAUX ANTIBACTÉRIENS À BASE D’ALGINATE

Description :

Le projet nécessite des compétences issues de plusieurs domaines scientifiques : physique et chimie des matériaux mais aussi biologie. il bénéficiera de la synergie entre les laboratoires français (Université de Brest) et Libanais (Université St Joseph de Beyrouth). l’équipe française comprend des physiciens de l’équipe surface et interface du LMB (EA 4522), dont les activités de recherche portent sur la physique des matériaux fonctionnels. Les chercheurs libanais appartiennent aux départements de physique et de chimie de l’USJ la recherche développée dans les domaines de l’environnement et des matériaux hybrides fonctionnels organiques/inorganique permettent à ces chercheurs de combiner leurs compétences au service du sujet proposé. ainsi, le développement de technicité de synthèse de nanomatériaux magnétiques et la mise au point de procédé d’encapsulation par des voies de polymérisation sont les axes empruntés par cette équipe. aussi, l’intérêt porté pour l’élaboration d’objets hybrides magnétiques à des fins environnementales et/ou médicales. La collaboration entre ces laboratoires est effective et a permis récemment d’initier une thèse (Georges Germanos) sur la biosorption des métaux lourds par des billes élaborées à partir d’alginate. le principe de ce travail est l’utilisation de ces matériaux pour la dépollution de l’eau puis la récupération de ces matériaux afin de traiter les polluants. il s’agit aussi d’étudier leur potentiel en tant que capteurs de pollution. les premières études ont porté sur la captation du cuivre. pour cela, des microbilles d’alginates de calcium ont été élaborées, à l’intérieur desquelles des nanoparticules magnétiques de magnétite Fe3O4 ont été incorporées. cette intégration a pour but de permettre la récupération des billes magnétiques via l’application d’un champ magnétique extérieur après captation des polluants. des billes ont été élaborées puis séchées et ont servi à la conduite d'essais d'absorption de polluant cuivrique Cu2+. elles ont été caractérisées avant et après biosorption à l'aide de la spectrophotométrie infrarouge FTIR, la microscopie électronique à balayage MEB-EDX, l’absorption atomique du cuivre et du calcium par absorption atomique et la spectroscopie des rayons X (XPS). les premiers résultats montrent la bonne incorporation de la magnétite au sein des billes d'alginate avec un pouvoir magnétique notable. le pouvoir d'adsorption est très important même après deux heures d'immersion après lesquelles plus de 99 % du polluant auraient été éliminés par adsorption et ce après deux heures de mise en contact. de plus, la cinétique d'adsorption répond bien à un modèle de pseudo-ordre 2 avec une corrélation de plus de 99 % en accord avec la littérature. les mesures XPS témoignent de la biosorption du cuivre sous la forme d’ions Cu2+ en remplacement des ions Ca2+. ces premiers résultats encourageant vont être étendus en modifiant la surface et la taille des nanoparticules magnétiques mais aussi à de nouveaux polluants. cette expérience met en évidence la complémentarité des moyens techniques utilisés pour ces études en France et au Liban ainsi que la possibilité pour ces équipes de travailler efficacement ensemble. Fort de cette première collaboration sur la biosorption des métaux, nous proposons un sujet de thèse sur l’utilisation de biomatériaux dans la lutte contre les biofilms. Ce sujet entre naturellement dans la thématique de l’environnement et du développement durable. Un des points cruciaux du projet concerne l’élaboration de films à base d’alginate et non plus de billes sous la forme de couches de différentes épaisseurs. En effet, dans la lutte contre les biofilms, l’alginate a pour objectif de protéger la surface en contact avec la solution. Il est par conséquent nécessaire que l’alginate soit sous la forme d’un film adhérent à la paroi. La formation des films pourra être réalisée par électrodéposition ou par la technique sol – gel, techniques déjà utilisées par le laboratoire français. Pour éviter que les films ne soient cassants après leur séchage, il sera possible d’ajouter une faible proportion de biopolymère dans la solution utilisée. Les films créés seront analysés par nos différentes techniques expérimentales de microscopie MEB, AFM, spectroscopie FTIR, XPS et de diffraction DRX. La fonction antibactérienne du matériau sera réalisée par l’insertion de différents ions comme par exemple Zn2+ dans les films d’alginate. Cette insertion sera obtenue en incluant des ions de zinc dans la solution utilisée. La proportion mais aussi l’environnement physico – chimique des ions Zn2+ dans le film seront mesurés par nos techniques expérimentales. Il est à noter que récemment l’équipe française a montré que la biosorption des ions argent par des exo-polysaccharides conduit à la formation de nanoparticules de différentes tailles et compositions. Cette élaboration possible de nanoparticules via une technique de chimie verte sera à étudier. La proportion d’ions Zn2+ dans la matrice d’alginate sera étudiée en fonction des concentrations de la solution initiale. La lutte contre la prolifération des bactéries repose sur l’interaction entre la surface du matériau et la solution contenant les bactéries. Le film créé à base d’alginate doit par conséquent se comporter comme un revêtement sur le matériau à protéger et donc adhérer parfaitement au substrat. Cet aspect devra être pris en compte lors de la fabrication des films. Ces films seront testés sur différents substrats tels que le cuivre, l’acier, … Les matériaux élaborés seront testés pour examiner leur activité antibactérienne. A cet effet, en collaboration avec une équipe de microbiologie de l’USJ, il sera préparé à partir de souches de références ATCC (American Type Culture Collection) une culture bactérienne incubée à 37°c sur gélose. Des colonies y seront préparées dans des milieux de culture TSB, puis dans le tryptone sel TSA afin de les dénombrer avant et après application du matériau renfermant les ions métalliques. Le dénombrement des colonies sera ensuite suivi dans le temps après application. Il permettra de déduire l’activité antibactérienne a priori.