Développement de films minces de structure verre métallique à la bio-activité versatile pilotée par un traitement laser ultra-bref – AWOCAT

Les biomatériaux, tout comme les maladies nosocomiales contractées en atmosphères contaminées, sont deux enjeux sociétaux majeurs que le développement de nouveaux matériaux de structure verre métalliques (VM) peut contribuer à améliorer significativement. En effet, ces matériaux novateurs homogènes et dénués de défauts métallurgiques peuvent présenter un comportement très versatile selon leur composition chimique. Néanmoins, si les propriétés mécaniques et de corrosion sont hors-normes, la synthèse des matériaux VM massifs est des plus complexes, si bien que leur essor industriel demeure encore limité et très onéreux.
Le saut technologique préconisé dans le projet AWOCAT est dual, résidant d'une part dans le développement de verres métalliques (VM) en couche mince par procédé sous vide (PVD) combiné, d'autre part, avec une post-irradiation par impulsions laser ultra-brèves pour en texturer la surface. La maîtrise de ces deux paramètres indépendants confère à la surface obtenue une bio-activité maîtrisée versatile tout en préservant les propriétés intrinsèques du VM. De par ce process duplex PVD vs laser, l'ensemble des paramètres de la nouvelle surface est contrôlé, qu'il s'agisse du dépôt du film micrométrique (nature du substrat, nuance de l'alliage, sa microstructure, sa durabilité…) ou de sa texturation laser (design, nanostructure, mouillabilité…). Trois familles de revêtements seront analysées : les alliages Zr-Cu-Ag, Zr-Ti-Al et Mg-Cu-Ca pour leurs capacités, respectivement, antimicrobiennes, biostatiques, et biocompatibles. Pour ce qui concerne le traitement laser ultrabref, plusieurs designs sont envisagés, de dimension propre à éviter l'adhésion des bactéries et virus, ou au contraire de nature multi-échelle pour favoriser l'accroche et le développement des cellules.
Tant la chimie du film mince que sa topographie sont de nature à influencer l'affinité biologique de la surface, et l'objectif scientifique d'AWOCAT est ainsi d'expliquer le rôle respectif, sur la dynamique des micro-organismes, de la composition chimique du VM d'une part, du traitement laser ultrabref de nanostructuration d'autre part. Non seulement les cellules humaines et bactéries seront considérés, mais aussi les virus, qui sont très rarement étudiés. Ainsi, le but d'AWOCAT est de pouvoir modifier à façon le comportement biologique de la surface d'un matériau : la rendre biocide pour mieux combattre les maladies nosocomiales, ou au contraire biocompatible pour amener une solution de rupture dans le domaine des biomatériaux.
Pour ce faire, AWOCAT s'appuie sur les compétences complémentaires de 4 laboratoires (MATEIS, Lyon-Caractérisation microstructurale et biologique ; LabHC, St Etienne, Interaction laser fs/film ; IJL, Nancy-Dépôt films et analyse ; Sainbiose, St Etienne-Biocompatibilité), et d'un partenaire socio-économique, Anthogyr (Sallanches), "end-user" internationalement reconnu dans le domaine de la chirurgie et de l'implantologie dentaire. Le projet est structuré autour de 4 taches dédiées : au dépôt PVD et la caractérisation des films VM (T1), à leur traitement laser de nanostructuration pour (T2), à la caractérisation biologique des surfaces modifiées à l'échelle laboratoire (T3) ou face à des conditions industrielles réalistes. (T4). Le projet se déroule sur 48 mois et va impliquer une thèse, 2 post-doctorants (18 mois chacun) ainsi que deux étudiants de master.