Synthèse de nanoparticules d‘oxydes métalliques et leur activité antibactérienne

Synthesis of metal oxides nanoparticles and their antibacterial activity

• Auteur / Autrice : Rania Dadi
• Direction : Mamadou Traore, Andrei Kanaev, Rabah Azouani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Jury : Président / Présidente : Christel Barbaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Cassaignon, Christine Mielcarek
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Erwann Guénin, Vadim G. Kessler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydes de cuivre

Oxyde de zinc

Oxydes métalliques

Modèles mathématiques

Sol-gel, Procédé

Nanoparticules

Mots clés libres

Activité antibactérienne

Antibacterial activity

Résumé

Ce travail de thèse a pour but la synthèse de nanoparticules d‘oxydes métalliques (CuO, ZnO et TiO₂) par la méthode « sol-gel » pour des applications dans le domaine biomédical. Les nanoparticules de ZnO et CuO sont préparées à partir de précurseurs d‘acétate, et le TiO₂ est élaboré dans un réacteur à micromélange rapide permettant le contrôle de la taille des nanoparticules. Des couches minces ont été élaborées par le procédé de dip-coating. L‘activité antibactérienne de ces oxydes métalliques a été étudiée sur des souches de la pharmacopée européenne ; une bactérie à Gram positif : Staphylococcus aureus, deux bactéries à Gram négatif : Escherichia coli et Pseudomonas aeruginosa et un champignon : Candida albicans. Différentes méthodes ont été adoptées pour l‘évaluation de l‘activité antibactérienne in vitro : la diffusion sur disque et puits, la bioluminescence (ATPmétrie) et la technique de décrochage sur plaques. Les tests effectués ont démontré une activité antibactérienne des nanoparticules de ZnO et CuO sous forme amorphe et cristalline, et uniquement sous forme cristalline pour le TiO₂. Un modèle mathématique a été élaboré à la base des résultats des tests antibactériens et de la cinétique d‘évolution de la population bactérienne. Il a été conclu que la suppression bactérienne est plus efficace lors de la phase exponentielle, tandis que son efficacité est moindre lors de la phase stationnaire et de latence. Les tests de cytotoxicité des NPs en suspension sur des fibroblastes gingivaux ont montré une diminution de la viabilité cellulaire, en partie due à la présence du solvant.

This thesis aims are the synthesis of nanoparticles of metal oxides (CuO, ZnO and TiO₂) by soft chemistry ''sol-gel'' for applications in the biomedical field. Nanoparticles of ZnO and CuO are prepared from acetate precursors, and TiO₂ is produced in a fast micromixer reactor allowing size control of nanoparticles. Thin layers have been developed by dip-coating process.Metal oxides antibacterial activity has been studied on strains from European Pharmacopoeia; Gram-positive bacterium: Staphylococcus aureus, two Gram-negative bacteria: Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa and a fungus : Candida albicans. Different methods have been adopted for antibacterial activity evaluation in vitro: disk diffusion and well diffusion,bioluminescence (ATP measurements) and stall plate technique. Tests carried out showed an antibacterial activity of nanoparticles of ZnO and CuO in amorphous and crystalline form, and only in crystalline form for TiO₂. A mathematical model has been developed based on the results of the antibacterial tests and kinetic evolution of the bacterial population. It concluded that bacterial suppression is more efficient during the exponential phase, while its efficiency is lower during the stationary phase and latency. Cytotoxicity tests of NPs in suspension on gingival fibroblasts showed a decrease in cell viability, in part due to the presence of the solvent.