[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.

[es] El titanio y sus aleaciones derivadas suscitan un interés creciente en el ámbito médico debido a las numerosas ventajas que parece poseer. En efecto, el titanio se utiliza ampliamente como material para implante y prótesis en los campos de la ortodoncia y la ortopedia, gracias a su elevada biocompatibilidad en cuanto a su baja liberación de iones. El titanio también posee una extraordinaria resistencia a la corrosión, grandes propiedades mecánicas en términos de alta dureza, bajo módulo de elasticidad, baja densidad y alto límite de fatiga, lo cual es un requisito para la mayoría de los implantes. La notable biocompatibilidad del titanio antes mencionada está relacionada con el desarrollo de una capa de óxido nativo en su superficie cuando se expone al aire. Además, esta capa puede desarrollarse en determinados patrones dispuestos, que resultan útiles para la administración local de agentes antibacterianos, ofreciendo así una alternativa a los procedimientos quirúrgicos agresivos contra infecciones vinculadas al implante. De hecho, las principales causas de fracaso de los implantes son las infecciones relacionadas con las prótesis. Así pues, el objetivo de este proyecto es prevenir la infección de implante de titanio cuando está implantado en el paciente cargando la capa de óxido de titanio con un agente antibacteriano y desarrollar recubrimientos que alcancen una liberación próxima al orden cinético cero. Para ello, se desarrolló una estructura específica de dióxido de titanio, los nanotubos de titanio, mediante una reacción de oxidación electroquímica, y se estudiaron los distintos parámetros que afectan a su geometría. A continuación, los nanotubos se cargaron con un agente antibacteriano y se recubrieron con dos recubrimientos diferentes. Estos recubrimientos están destinados a degradarse gradualmente para permitir que el agente antibacteriano se libere con un flujo constante sin causar una sobredosis y evitar así el crecimiento de biopelículas bacterianas. Las muestras de nanotubos de titanio se caracterizaron mediante microscopio electrónico de barrido (SEM) que permitió ver la influencia de los parámetros de crecimiento. Los recubrimientos se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR). Se llevaron a cabo varios estudios bacteriológicos para ver el impacto de los diferentes parámetros, incluidas las geometrías de superficie y los tipos de recubrimientos. Los resultados se analizaron y mostraron un crecimiento satisfactorio de nanotubos capaces de almacenar un agente bactericida. Además, los recubrimientos se desarrollaron con gran éxito. Los estudios bacteriológicos mostraron un gran efecto antibacteriano de los recubrimientos o de las muestras de nanotubos cargadas con antibacterianos. Sin embargo, en este proyecto no se abordó el estudio de la cinética de la difusión.