Elaboration de biointerfaces complexes : fonctionnalisation, impression et nano-structuration

Mots-clés : Fonctionnalisation de surface, micro- et nano-structuration, micro- et nano-particules, surfaces adaptatives

La composition chimique de la surface du matériau, ses propriétés physico-chimiques et physiques mais également sa dimensionnalité, notamment son éventuelle structuration à l’échelle micro- voire nanométrique, sont des caractéristiques essentielles à la compréhension et au contrôle des mécanismes d’interaction entre le matériau et son environnement biologique. Par conséquent, l’élaboration d’interfaces complexes en tant que surfaces modèles, planes ou sous forme de micro- ou nanoparticules, pour répondre à des questions fondamentales mais également pour développer des interfaces performantes, éventuellement micro- ou nanostructurées, répondant à un cahier des charges applicatif précis, constitue une brique élémentaire dans la bioingénierie des interfaces et constitue l’axe 1.


Le développement de dispositifs ou biomatériaux innovants en particulier pour des applications biologiques dans des domaines tels que le biomédical, la biodétection ou le biofouling nécessite un contrôle précis des interactions entre les objets biologiques, que sont les biomolécules, les cellules ou les microorganismes par exemple, et la surface du matériau. Le développement d’une interface complexe débute généralement par la définition de la fonctionnalité chimique que la surface doit présenter. Cette fonctionnalité est conférée à la surface via différents protocoles incluant la fonctionnalisation chimique, l’impression 3D et/ou nano-structuration. Qu’elle s’effectue par voie sèche ou humide, sur substrats homogènes, ou hétérogènes, l’enjeu principal de cette étape de fonctionnalisation est de contrôler la densité de greffage, la localisation des fonctions réactives ainsi que leur accessibilité. Outre le contrôle des propriétés chimiques de la surface, la maîtrise des caractéristiques physiques de cette dernière constitue un enjeu majeur dans la bioingénierie des interfaces. A titre d’exemples, les propriétés viscoélastiques, la dureté ou encore la déformabilité de la surface sont autant de caractéristiques ayant un impact direct sur le comportement d’un objet biologique au contact d’un matériau.


Une attention particulière sera portée sur la possibilité de transférer des concepts validés à l’échelle du laboratoire vers des prototypes voire des dispositifs médicaux commercialisables. Un premier point concerne la simplicité du procédé de fonctionnalisation avec des stratégies de fonctionnalisation one-pot, des synthèses à nombre d’étapes limité, des procédés de modification de surfaces applicables à des natures et des géométries de substrats variées. Un second aspect qui sera traité dans le cadre de ce GDR concerne la stabilité et la durabilité de la fonctionnalisation de surface. Enfin, les problématiques d’adhésion et de cohésion des dépôts réalisés seront partie intégrante de cet axe. Enfin, le parallèle sera fait entre les surfaces planes et les suspensions colloïdales qu’il s’agisse de particules compactes ou de vésicules de toute origine.

Les connaissances acquises sur les problématiques liées à la chimie, à la physique et au procédé d’élaboration de ces surfaces serviront à la conception de nouvelles interfaces complexes, potentiellement multifonctionnelles et apportant la sélectivité désirée. Il est en effet fondamental d’établir les relations entre la structure et les propriétés de surface afin de guider la fonctionnalisation des surfaces en vue de conférer au matériau de demain la singularité escomptée.