Hydrogels multifonctionnels à base de biopolymères supplémentés par des nanoparticules : conception, caractérisation et applications biomédicales

Multifunctional hydrogels based on biopolymers supplemented by nanoparticles : conception, characterization and biomedical applications

• Auteur / Autrice : Soumaya Boughriba
• Direction : Su-Ming Li, Moncef Nasri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie biomoléculaire
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Riadh Ben Salah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Su-Ming Li, Moncef Nasri, Riadh Ben Salah, Elmira Arab Tehrany, Mondher Mejri, André Deratani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elmira Arab Tehrany, Mondher Mejri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biopolymères

Hydrocolloïdes

Mots clés libres

Hydrogel

Libération de principe actif

Biopolymères

Caractérisation

Conception

Applications

Hydrogel

Drug delivery

Biopolymers

Characterization

Conception

Applications

Résumé

De nouveaux matériaux ayant des applications diverses ont été synthétisés suite à l’extraction de gélatine à partir de la peau de Rhinobatos cemiculus, un coproduit collecté des marchés locaux des produits de la pêche. Pour ce faire, la peau a été traitée au préalable via trois opérations, chacune à part, à savoir le blanchiment, l’exposition aux ultrasons et aux micro-ondes, et leur effet a été testé sur les propriétés physico-chimiques et structurales de la gélatine extraite. Le prétraitement de la peau s'est avéré affecter différemment le point isoélectrique, la couleur, la structure, la stabilité thermique ainsi que les capacités de formation de mousse / émulsion des gélatines dérivées. Par la suite et au regard des applications potentielles de la gélatine extraite, des films hybrides à base de gélatine ont été fabriqués tout en ajoutant des nanoparticules de TiO2-Ag de différentes teneurs. L’analyse de la microstructure a révélé une structure homogène et une surface lisse des films. Les propriétés mécaniques, la transmission de la lumière et la teneur en humidité des films composites dépendaient fortement de la quantité de nanoparticules ajoutée. L’ajout des nanoparticules a considérablement amélioré l’activité antioxydante des films composites en terme d’activité anti-radicalaire sur le DPPH et de pouvoir chélateur. D’autre part, deux types d’hydrogels à base de la même gélatine ont été conçus. Le premier a porté sur un hydrogel réticulé chimiquement à partir de gélatine méthacrylate tout en utilisant de l’histidine avec des ions zinc à différentes concentrations afin de former un double réseau ayant un pouvoir antibactérien contre des souches bactériennes Gram+ et Gram-. Le deuxième type d’hydrogel était obtenu par mélange de la gélatine avec des microcristaux de cellulose, et utilisé dans l’administration contrôlée de la vitamine B2.

New materials with various applications have been synthesized following the extraction of gelatin from the skin of Rhinobatos cemiculus, a by-product collected from local fish markets. For this purpose, the skin was previously treated via three operations, each separately, namely bleaching, exposure to ultrasound and microwaves. and their effect was tested on the physicochemical and structural properties of the extracted gelatin. Pretreatments were found to differently affect the isoelectric point, color, structure, thermal stability as well as the foaming / emulsifying abilities of the gelatins. In view of the potential applications of the extracted gelatin, gelatin-based hybrid films were synthesized by addition of different ratios of TiO2-Ag nanoparticles. Analysis of the microstructure revealed a homogeneous structure and a smooth surface of the films. The mechanical properties, light transmission and moisture content of the composite films were highly dependent on the amount of the added nanoparticles. The addition of the nanoparticles considerably improved the antioxidant activity of the composite films in terms of DPPH free radical scavenging activity and metal chelating power. On the other hand, two types of hydrogels made from the same gelatin have been designed. The first focused on a chemically crosslinked hydrogel based on gelatin methacrylate while using histidine with zinc ions at different concentrations to form a double network with antibacterial power against Gram + and Gram- bacterial strains. The second hydrogel was obtained by mixing gelatin with cellulose microcrystals, and used in controlled administration of vitamin B2.