Développement de nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) dopées anti-bactériennes pour application en pansement médical : Exploration des dopants Ti, Ag, Ca et Sn

Details

Supervisors

Stéphanie, Lambert ; Julien, Mahy

Faculty

Ecole polytechnique de Louvain

Degree label

Master de spécialisation en nanotechnologies

Abstract

frLes brûlures cutanées graves sont particulièrement exposées aux infections bactériennes, ce qui peut retarder la cicatrisation et aggraver le pronostic vital. Le développement de pansements actifs, capables de limiter la prolifération microbienne tout en favorisant la cicatrisation, constitue donc un enjeu majeur. Dans ce cadre, le projet SmartMultiDress vise à concevoir un pansement intelligent dont l’activité antibactérienne est déclenchée par la lumière visible. Des nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO) dopées avec du titane (Ti), de l’argent (Ag), de l’étain (Sn) et du calcium (Ca) ont été synthétisées par voie sol-gel, à des taux de dopage nominaux de 0,01%, 0,1% et 1%molaire. Les échantillons ont été caractérisés par DRX, MEB, BET, DRS, ICP-AES et, pour certains, par XPS. Leurs performances photocatalytiques ont été évaluées par dégradation du p-nitrophénol (PNP) sous irradiation à 405nm, et leur activité antibactérienne a été testée sur Staphylococcus aureus sous différentes sources lumineuses (SMD 405nm, Phototex (émettant dans le visible avec une composante UV), UVA 365nm). Les résultats montrent que tous les dopants sont incorporés dans la structure wurtzite du ZnO. L’argent à 1% précipite en surface sous forme de nanoparticules métalliques Ag0, visibles en DRX et MEB. Le dopage à l’étain (1%) augmente fortement la surface spécifique (36m²·g−1) et réduit le band gap (3,11eV). Sous lumière visible, tous les échantillons dopés sont plus actifs que le ZnO pur en photocatalyse, avec les meilleures performances pour ZnO/Ag 0,1% (85,5% de dégradation du PNP en 24h), ZnO/Sn 1% (77,4%) et ZnO/Ag 1%(76,8%). L’étude cinétique sur ZnO/Sn 0,1% donne une constante de vitesse de 0,056h−1. En antibactérien, seul ZnO/Ag 1% montre une réduction significative (>3,9log) sous lumière visible à partir de 0,3mg/mL, principalement par libération d’ions Ag+. Les autres dopants (Ti, Sn, Ca) sont inactifs. Sous UV (365nm), ZnO/Ag 0,1% et ZnO/Sn 1% deviennent très efficaces (réduction > 4log) par mécanisme photocatalytique. Les analyses ICP-AES confirment des teneurs réelles en Ag (0,87%) et Ti (0,65%) inférieures aux valeurs nominales. En conclusion, ZnO/Ag 1% est le candidat le plus prometteur pour le pansement Smart MultiDress, combinant une bonne photocatalyse et une forte activité antibactérienne sous lumière visible dès 0,3mg/mL. Les matériaux dopés à l’étain et à l’argent (faible teneur) sont très actifs sous UV, ouvrant des perspectives en désinfection de l’eau ou de surfaces.