Système de minéralisation biomimétique : précipitation inorganique dans des vésicules polymériques

Development of polymeric vesicles as bio-inspired mineralization microreactors

• Auteur / Autrice : Hermann Nuss
• Direction : Patrick Guenoun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Précipitation (chimie)

Phosphates de calcium

Carbonate de calcium

Composés amphiphiles

Minéralisation (biologie)

Résumé

Les vésicules sont des structures formées par auto-assemblage de molécules amphiphiles, qui délimitent un petit volume aqueux et l’isolent de l’environnement aqueux extérieur, de la même façon que les cellules biologiques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons travaillé avec des vésicules de polymères, aussi appelées polymersomes. Ces objets synthétiques peuvent être utilisés comme microréacteurs chimiques en générant des réactions chimiques dans leur volume intérieur. En se laissant inspirés par la biominéralisation biologique contrôlée qui conduit aux tissus durs comme la nacre ou l’os, nous avons cherché à mimer ce phénomène naturel en considérant la précipitation du carbonate de calcium ou du phosphate de calcium à l’intérieur de tels compartiments polymères. Nous avons développé une plateforme microfluidique qui permet de piéger et de manipuler des centaines de vésicules simultanément. Après avoir déterminé la perméabilité des vésicules à l’eau et aux ions de calcium, nous avons réussi à rendre les vésicules sélectivement perméables aux ions calcium. Finalement, nous avons réussi à utiliser des vésicules polymères comme microréacteurs chimiques en réalisant des réactions de minéralisation intravésiculaires

Vesicles are self-assembled structures made of amphiphilic molecules that enclose a small aqueous volume, which is separated from the external aqueous phase, similar to biological cells. In this thesis, we dealt with polymersomes, which are vesicles that are made of polymers. These synthetic objects can be used as chemical microreactors by performing chemical reactions in their interior. Inspired by the biologically controlled mineralization that leads to hard tissues, such as nacre or bones, we aimed at mimicking this natural phenomenon by considering the precipitation of calcium carbonate or calcium phosphate inside such polymer compartments. We developed a microfluidic platform that allows one to trap and manipulate hundreds of vesicles simultaneously. After investigations the vesicle permeability towards water and calcium ions, we managed to make the vesicles selectively permeable to calcium. Finally, we successfully made use of polymer vesicles as microreactors and carried out intravesicular mineralization reactions.