Study on silver-doped hydrogenated amorphous carbon-based coatings for bactericidal applications in the healthcare environment

Autor: Bonilla Gameros, Linda Victoria
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Texte::Thèse::Thèse de doctorat
Popis: Les infections liées aux soins de santé demeurent encore très fréquentes dans les établissements médicaux, et ce malgré des décennies de vigilance et la mise en œuvre de protocoles de désinfection. Ces infections sont principalement dues à la contamination des surfaces par des agents pathogènes, comme les bactéries, qui agissent comme vecteur de transmission entre patients. Sachant que 50 % de ces infections sont induites par la présence de bactéries résistantes aux antibiotiques, la propagation de ces maladies infectieuses à l'extérieur est d'autant plus facile, ce qui les rend difficile à contrôler. Ainsi, afin de réduire l'adhérence des bactéries sur les surfaces, et ainsi limiter la propagation de ces maladies infectieuses, les efforts se sont principalement dirigés vers le développement de revêtements antibactériens, en particulier ceux à base d'argent (Ag). En effet, les revêtements à base d'argent sont particulièrement intéressants car ils agissent à la fois sur les bactéries à Gram positif et à Gram négatif, grâce au relargage d'ions Ag. Cependant, leur succès dépend de la capacité à contrôler leur libération Ag au cours du temps. Dans ce contexte, cette thèse visait à développer une nouvelle plateforme de revêtements antibactériens multifonctionnels à base d'argent permettant la libération contrôlée d'ions Ag. Pour ce faire, ces revêtements ont été déposés par plasma à basse pression et l'impact de la concentration d'argent déposé, le choix de la matrice (a-C:H) et la possibilité d'ajouter une couche supérieure additionnelle de fluoropolymère (CFₓ) sur les propriétés du recouvrement, ont été évalués. La première étape de ce travail a été d'identifier les développements les plus récents dans la fabrication de surfaces antibactériennes à base d'argent, ainsi que les réglementations actuelles et les défis à relever pour les mettre en œuvre efficacement. Ensuite, pour moduler la libération d'ions argent, différentes méthodes de plasma ont été explorées. Suite à ces résultats, l'état d'oxydation des nanoparticules d'argent est apparu une approche prometteuse. Cette stratégie a donc été approfondie pour augmenter la libération d'ions argent sans néanmoins compromettre les performances mécaniques de la matrice, carbone hydrogéné amorphe (a-C:H), et la biosécurité du revêtement. L'incorporation d'une couche additionnelle de polymère fluorocarboné déposée par plasma sur les revêtements à base d'argent a été ensuite étudiée. L'utilisation de cette technique a permis d'augmenter le temps de libération des ions argent et, par conséquent, l'activité antibactérienne globale des revêtements. Enfin, ces revêtements a-C:H avec des nanoparticules d'argent et une fine couche de CFₓ, optimisés au préalable, ont été transférés et déposés sur des substrats en acier inoxydable, matériau couramment retrouvé en milieu hospitalier. Dans l'ensemble, les résultats de ce travail sont des découvertes importantes quant aux futurs recouvrements antibactériens à base d'argent, car le contrôle de la libération d'ions argent peut d'une part contribuer à atténuer la résistance antibactérienne et d'autre part garantir une activité antibactérienne durable sur les surfaces environnementales, sans compromettre la sécurité ni entraîner de conséquences indésirables.
Healthcare associated infections (HCAIs) remain the most frequent adverse event occurring in medical settings despite decades of surveillance and the implementation of disinfection protocols. It is well-known that common pathogens causing HCAIs, such as bacteria, contaminate surfaces in healthcare facilities (i.e., environmental surfaces), acting as a source of transmission among patients. Still, their impact extends beyond individuals, affecting communities as well, given that more than 50% of these infections are caused by bacteria that are resistant to at least one type of antibiotic. In order to reduce the attachment of bacteria on surfaces, intensive efforts have been focused on the development of antibacterial coatings, particularly those based on silver. Indeed, Ag-based coatings are of great interest since they are biologically active when they disperse Ag ions against Gram-positive and Gram-negative bacteria. However, their success hinges on the ability to control the release of Ag ions over time. In this sense, this thesis aimed to develop a novel multifunctional silver-based antibacterial coating as a platform where the release of Ag ions can be controlled. To do so, this project explored the use of passive approaches by low-pressure plasma. That is, the properties and the amount of the antibacterial agent itself (i.e., Ag and AgO NPs), the choice of matrix (i.e., hydrogenated amorphous carbon coatings), and the implementation of a top fluoropolymer layer (CFₓ). This work first identified the most recent developments in the manufacturing of Ag-based antibacterial surfaces, as well as the current regulations and the challenges for their effective implementation. Then, different plasma-methods were explored to vary the release of Ag ions. Based on these findings, the oxidation state of Ag NPs was studied as a strategy to increase the release of Ag ions without compromising the mechanical performance and the safety of hydrogenated amorphous carbon coatings matrix. Additionally, the incorporation of a fluorocarbon plasma-polymerized layer on the Ag-based coatings was studied. Ultimately, it demonstrated to increase the release time of Ag ions and, in consequence, the overall antibacterial activity of the coatings. Finally, the optimized a-C:H coatings with Ag NPs and CFₓ thin layer were transferred and deposited on commonly used stainless steel substrates. Overall, the implications of these findings are important since controlling the release of Ag ions can help mitigate antibacterial resistance and ensure sustained antibacterial activity on environmental surfaces without compromising safety or causing unintended consequences.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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