Design, development, and validation of chitosan-based coatings via catechol chemistry for modulating healthcare materials

Autor: Souza Campelo, Clayton
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Druh dokumentu: Texte::Thèse::Thèse de doctorat
Popis: Depuis la préhistoire, plusieurs matériaux ont été utilisés pour fabriquer des instruments et des appareils de santé. Au cours des dernières décennies, avec l’apparition du terme « biomatériau », les matériaux ont été conçus pour contrôler des réactions biologiques spécifiques, pour augmenter la durée de vie des biodispositifs et la qualité de vie des patients dans le monde. Cependant, indépendamment de la nature du matériau, ou au sens strict du biomatériau, et de la fonction remplie, ils sont susceptibles aux phénomènes de surface causés par son environnement. Certains phénomènes intéressants incluent l’action des protéines, des électrolytes et des cellules sur les surfaces métalliques. Ces interactions peuvent entraîner le développement de complications telles que la formation de thrombus, la corrosion et la calcification, qui affecteront le fonctionnement des dispositifs, et la contamination bactérienne qui peut transformer la surface en vecteur de propagation de maladies. Des recherches ont exploité des stratégies de modification de surface pour minimiser ou éviter ces complications. Ces approches demandent du temps et des efforts pour développer une surface efficace pour chaque cas. Sur cette base, l’objectif principal de ce travail était de concevoir et de développer des revêtements à base de chitosane à utiliser dans le revêtement de surfaces métalliques et de dispositifs utilisés dans le système de santé et de modifier ces surfaces pour moduler la réponse biologique. Pour atteindre cet objectif, le projet de recherche a été divisé en trois parties. La première était le greffage du chitosane utilisant de la dopamine comme ancre. La deuxième était le développement d’un greffage original en une étape remplaçant la dopamine par l’acide caféique. La dernière était la modification du revêtement de chitosane pour moduler la réponse biologique de la surface. À chaque étape, les surfaces revêtues ont été caractérisées par analyses biologiques et physico-chimiques. Les résultats ont démontré que la méthodologie développée produisait des revêtements de chitosane qui possédait des réponses biologiques et des performances physico-chimiques favorables et qui pouvait être modifiés pour améliorer ou conférer la propriété souhaitée. De plus, cette méthodologie permet de produire une plateforme capable d’être appliquée sur une large gamme de complications en raison de sa modulabilité. Cela représente une diminution de la consommation de temps pour créer une nouvelle surface à partir du zéro pour chaque situation.
Since prehistoric times, several materials have been used to make health instruments and devices. In recent decades, with the appearance of the term "biomaterial", materials have been designed to control specific biological reactions, to increase the lifespan of biodevices and the quality of life of patients around the world. However, regardless of the nature of the material, or in the strict sense of the biomaterial, and the function fulfilled, they are susceptible to the surface phenomena caused by its environment. These phenomena include the action of proteins, electrolytes, and cells on metal surfaces. These interactions can lead to the development of complications such as thrombus formation,corrosion, and calcification, which will affect the functioning of the devices, and bacterial contamination, which can transform the surface into a vector for the spread of disease. Researches were made on the use of surface modification strategies to minimize or avoid these complications. These approaches require time and effort to develop an effective surface for each case. On this basis, the main objective of this work was to design and develop chitosan-based coatings to coat metallic surfaces and devices used in the health care system and to modify these surfaces to modulate the biological response. To accomplish this objective, the research project was divided into three parts. The first was the grafting of chitosan using dopamine as an anchor. The second was the development of an original one step graft replacing dopamine with caffeic acid. The last was the modification of the chitosan coating to modulate the biological response of the surface. At each stage, the coated surfaces were characterized by biological and physicochemical analyzes. The results obtained showed that the developed methodology produced chitosan coatings that had favorable biological responses and physicochemical performances, and that it could be modified to improve or confer the desired property. Besides, this methodology makes it possible to produce a platform able to be applied to many complications due to its modularity. It represents a reduction in the consumption of time to create a new surface from scratch for each situation.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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