[en] Titanium and its derivative alloys are attracting increasing interest in the medical field due to the many advantages it appears to possess. Indeed, titanium is widely used as a biomaterial for implants and prostheses in the fields of orthodontics and orthopaedics, thanks to its high biocompatibility regarding low ion release. Titanium also has outstanding corrosion resistance, great mechanical properties in terms of high hardness, low modulus of elasticity, low density, and high fatigue limit, which is a requirement for most implants. The above-mentioned remarkable biocompatibility of titanium is related to the development of a native oxide layer on its surface when exposed to air. In addition, this layer can develop in certain arranged patterns, that prove to be useful for the local administration of antibacterial agents, thus offering an alternative to aggressive surgical procedures against implant-related infections. Indeed, the main causes of implant failure are prosthesis-related infections. Thus, the aim of this project is to prevent infection of titanium implants when embedded in the body by loading the titanium oxide layer with an antibacterial agent and to develop coatings to reach release close to the zero kinetic order. For this purpose, a specific titanium dioxide structure, titanium nanotubes, was developed using an electrochemical oxidation reaction, and studied by looking at the different parameters affecting their geometry. The nanotubes were then loaded with an antibacterial agent and coated with two different coatings. These coatings are intended to degrade gradually to allow the antibacterial agent to be released with a steady flow without causing an overdose and thus prevent the growth of bacterial biofilms. Titanium nanotubes samples were characterized using a Scanning Electron Microscope (SEM) allowing to see the influence of the growing parameters. Coatings were characterized using Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Various bacteriological studies were carried to see the impact of the different parameters, including surface geometries and types of coatings. The results were analyzed and showed successful growth of nanotubes capable of storing a bactericidal agent. In addition, the coatings were developed with great success. Bacterial studies showed a great antibacterial effect of the coatings or antibacterial loaded nanotube samples. However, the aspect of zero-order diffusion will not have been addressed in this project.

[fr] Le titane et ses alliages dérivés suscitent un intérêt croissant dans le domaine médical en raison des nombreux avantages qu'il semble posséder. En effet, le titane est largement utilisé comme matériaux pour implants et prothèses dans les domaines de l'orthodontie et de l'orthopédie, grâce à sa grande biocompatibilité liée à sa faible libération d'ions. Le titane présente également une résistance exceptionnelle à la corrosion ainsi que des propriétés mécaniques importantes, comme une dureté élevée, un faible module d'élasticité, une faible densité et une limite de fatigue élevée, ces conditions étant des prérequis pour la plupart des implants. La remarquable biocompatibilité du titane susmentionnée est liée au développement d'une couche d'oxyde natif à sa surface lorsqu'il est exposé à l'air. En outre, cette couche peut se développer selon certains schémas arrangés, qui s'avèrent utiles pour l'administration locale d'agents antibactériens, offrant ainsi une alternative aux procédures chirurgicales agressives. En effet, les principales causes d'échec des implants sont les infections liées aux prothèses. Ainsi, l'objectif de ce projet est de prévenir l'infection d'implants en titane lorsqu'ils sont intégrés dans le patient en chargeant la couche d'oxyde de titane d'un agent antibactérien et de développer des revêtements permettant d'atteindre une libération de celui-ci proche de l'ordre cinétique zéro. À cette fin, une structure spécifique de dioxyde de titane, les nanotubes de titane, a été développée à l'aide d'une réaction d'oxydation électrochimique, et étudiée en examinant les différents paramètres affectant leur géométrie. Les nanotubes ont ensuite été chargés d'un agent antibactérien et recouverts de deux revêtements différents. Ces revêtements sont destinés à se dégrader progressivement pour permettre à l'agent antibactérien d'être libéré avec un débit régulier sans provoquer de surdosage et ainsi empêcher la croissance de biofilms bactériens. Les échantillons de nanotubes de titane ont été caractérisés à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) permettant de voir l'influence des paramètres de croissance. Les revêtements ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Diverses études bactériologiques ont été réalisées pour voir l'impact des différents paramètres, notamment les géométries de surface et les types de revêtements. Les résultats ont été analysés et ont montré une croissance réussie des nanotubes capables de stocker un agent bactéricide. En outre, les revêtements ont été développés avec un grand succès. Les études bactériennes ont montré un effet antibactérien remarquable des revêtements ainsi que des échantillons de nanotubes chargés d'antibactériens. Cependant, l'étude de la cinétique de diffusion n'aura pas été abordé dans ce projet.