Metal oxide-based microbicidal nanomaterials : Mechanism of action and shaping processes shaping
Nanomatériaux microbicides à base d’oxydes métalliques : Mécanisme d’action et Procédés de mise en forme
Résumé
This thesis investigates using zinc oxide (ZnO) nanoparticles as antimicrobial agents to combat nosocomial infections, a major public health concern. It is part of the search for alternative antibiotic solutions, aimed at limiting the spread of pathogenic microorganisms. The work focuses on the controlled synthesis of ZnO nanoparticles using the sol-gel method, their physicochemical characterization and the optimization of their antimicrobial activity.
The antimicrobial efficacy of the nanoparticles was evaluated against European pharmacopoeia strains: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus, as well as the fungus Candida albicans. A size-controlled synthesis process was developed, followed by a characterization of their size, microstructure, and morphology. The influence of nanoparticle size on antimicrobial efficiency was assessed by determining the minimum inhibitory concentrations (MIC) and minimum bactericidal concentrations (MBC). Further analysis was conducted by measuring the growth kinetics of microorganisms in the presence of nanoparticles of varying sizes. The results revealed that reducing the size of the nanoparticles significantly enhanced their antimicrobial activity.
The research also explored improving the antimicrobial activity of ZnO thin films and
incorporating nanoparticles into a biocide-free paint formulation. A parametric study of the thin-film fabrication process highlighted the fundamental correlations between fabrication parameters and the microstructural and morphological properties of the films. The findings demonstrated that increased surface roughness enhanced the antimicrobial efficacy of the films. Standardized ISO 22196:2011 tests, adapted for this study, validated the reliability and robustness of the results. Finally, the biocide-free paint formulated with nanoparticles effectively inhibited the growth of E. coli and S. aureus, confirming its potential for practical applications.
Cette thèse examine l’utilisation des nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO) comme agents antimicrobiens pour lutter contre les infections nosocomiales, un enjeu majeur de santé publique. Elle s’inscrit dans le cadre de la recherche de solutions alternatives aux antibiotiques, visant à limiter la propagation des microorganismes pathogènes. Les travaux s’articulent autour de la synthèse contrôlée des nanoparticules de ZnO par la méthode sol-gel, de leur caractérisation physico-chimique et de l’optimisation de leurs activités antimicrobiennes.
L’activité antimicrobienne des nanoparticules a été évaluée contre souches de la pharmacopée européenne: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus, ainsi que contre le champignon Candida albicans. Un procédé de contrôle de la taille des nanoparticules a été mis au point, suivi d’une caractérisation de leur taille, microstructure et morphologie.
L’impact de la taille des nanoparticules sur leur efficacité antimicrobienne a été étudié en déterminant les concentrations minimales inhibitrices (CMI) et bactéricides (CMB). L’analyse a ensuite été approfondie en mesurant la cinétique de croissance des microorganismes en présence de nanoparticules de différentes tailles. Les résultats ont mis en évidence que la diminution de leur taille améliorait leur activité antimicrobienne.
La recherche a également porté sur l’amélioration de l’activité antimicrobienne des films
minces de ZnO et l’application des nanoparticules dans une formulation de peinture sans biocide. Une étude paramétrique sur le procédé de fabrication des films minces a permis de mettre en évidence les corrélations fondamentales entre les paramètres de fabrication, les propriétés microstructurales et morphologiques des films. Les résultats ont montré que l’augmentation de la rugosité de surface renforçait l’activité antimicrobienne des films. Les tests normalisés ISO 22196 :2011, adaptés à cette étude, ont validé la robustesse des résultats obtenus. Enfin, la peinture formulée avec des nanoparticules sans biocide s’est avérée efficace pour inhiber la croissance d’E. coli et de S. aureus, confirmant son potentiel pour des applications pratiques.
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