Propriétés de fluides vitrifiables bio protecteurs nanoconfinés

Properties of bioprotectant nanoconfined glass forming solutions

• Auteur / Autrice : Rémi Busselez
• Direction : Denis Morineau, Frédéric Affouard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Rennes 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liaisons hydrogène

Dynamique moléculaire

Transition vitreuse

Liquides surfondus

Matériaux nanostructurés

Résumé

Il a été prouvé que le confinement à des échelles nanométriques de liquides moléculaires simples modifie considérablement leur structure et leurs propriétés dynamiques et thermophysiques. Un nombre important d'études consacrées aux liquides moléculaires formateurs de verres dans des géométries confinées ont permis de mettre en évidence des effets complexes conjugués de basse dimmensionnalité, de taille finie et de surface. La compréhension de la dynamique des liquides simples à l'interface ou confinés doit être étendue à des liquides plus complexes intéréssants différents secteurs technologiques et biologiques. Un de ces secteurs est la bioprotection. Cependant, un niveau supérieur de complexité est attendu dans les fluides bioprotecteurs confinés, qui sont des mélanges de liquides moléculaires vitrifiables formant des liaisons hydrogènes fortes et sélectives. Nous avons réalisé une étude structurale et dynamique de la solution bioprotectrice de réference glycérol-tréhalose confinée dans des nanopores unidirectionnels de silicium. Des expériences de RMN du solide et de diffusion de neutrons ont été combinées avec des simulations de dynamique moléculaire. Elles révèlent des effets antagonistes entre la concentration en tréhalose et le nanoconfinement sur la structure et la dynamique rapide (nanoseconde) et vitreuse.

It was shown that confinement on a nanometric scale considerably modifies the structure, the thermodynamical and dynamical properties of simple molecular liquids. A large number of studies devoted to pure molecular glass formers in restricted geometries have revealed a complex entanglement of low dimensionality, finite size and surface effects. The current understanding of the dynamics of interfacial or confined liquids must be extended to more complex fluids, in order to be relevant to different domains of technological or biological interest. One of these concerns biopreservation. Indeed, a new level of complexity is awaited for confined bioprotectant solutions, which are multi-component systems with strong and selective H-bond interactions. We have performed a structural and dynamical investigation of the archetype glycerol-trehalose bioprotectant solution confined in silicon unidirectional nanopores. Neutron scattering and solid state NMR experiments have been combined to molecular dynamic simulations. They unambiguously reveal antagonist effects of trehalose concentration and nanoconfinement on the structure and molecular dynamics from the nanosecond time scale to the glassy arrest.