Elaboration de nanocomposites à base d'amidon et potentiel d'application dans le domaine des biomatériaux

Development of starch-based nanocomposites and potentiality of application as biomaterials

• Auteur / Autrice : Veronica Nessi
• Direction : Denis Lourdin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Technologie
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole nationale vétérinaire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)

Mots clés

Mots clés libres

Amidon

Nanocomposite

Extrusion

Structure

Hydrolyse enzymatique

Cytotoxicité

Starch

Nanocomposite

Extrusion

Structure

Enzymatic hydrolysis

Cytotoxicity

Résumé

L’objectif principal de cette étude est de caractériser les relations structure-propriétés en condition physiologique de matériaux composites produits par extrusion à partir d’amidon de pomme de terre plastifié avec du glycérol et renforcés par des nanocristaux de cellulose (CNC) ou de chitine (ChNC). Afin de prédire leur comportement dans des applications biomédicales telles que les implants dégradables, la structure à différentes échelles (masse moléculaire, structure cristalline et locale, structure granulaire de l’amidon) est reliée aux propriétés mécaniques à sec des matériaux et à leur comportement en conditions physiologiques (gonflement, dégradation enzymatique, libération du plastifiant). Une étude préliminaire sur des matrices d’amidon pur a permis de dissocier l’effet des paramètres d’extrusion et du plastifiant de ceux des nanoparticules. Les composites contenant jusqu’à 2.5% de CNC présentent un gonflement réduit et une hydrolyse enzymatique ralentie comparé à une matrice d’amidon pur, ce qui est attribué aux interactions amidon/cellulose. En revanche, un effet opposé est observé pour des concentrations supérieures en CNC (5-10%) ou lorsqu’on utilise de la chitine. Ce résultat est vraisemblablement dû à l’agrégation et/ou à la dispersion hétérogène des cristaux dans la matrice d’amidon. Afin d’étudier la réponse in vitro des matériaux, des tests de cytotoxicité et d’adhérence cellulaire ont été réalisés pendant 24 et 48h sur des cellules épithéliales et fibroblastiques. Les matériaux ne sont pas cytotoxiques selon les tests réalisés mais des tests plus précis, spécifiquement pensés pour les nanoparticules devraient être réalisés pour évaluer leur innocuité.

The main purpose of this study is to characterize the structure-properties relationships in physiological conditions of composite materials developed by extrusion from potato starch plasticized with glycerol and reinforced with cellulose (CNCs) or chitin (ChNCs) nanocrystals. To predict their behavior in biomedical applications such as degradable implants, the multi-scale characterization of the structure (molecular mass, crystalline and local structure, starch granular structure) is linked to the mechanical properties of the materials at the dry state and their behavior in physiological conditions (swelling, enzymatic degradation, release of the plasticizer). A preliminary study on purely starchbased matrices has enabled to separate the effects of extrusion parameters and plasticizer from the ones of the nanofillers.