Stimuli-responsive biosurfactant-biopolymer self-assembled structures

Structures biosurfactant-biopolymère auto-assemblées capables de répondre aux stimuli

• Auteur / Autrice : Chloé Seyrig
• Direction : Niki Baccile
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Hourdet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Hervé, Elmira Arab Tehrany
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Paul Chapel, Cosima Stubenrauch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autoassemblage

Biopolymères

Surfactants biologiques

Mots clés libres

Biotensioactif

Biopolymère

Vésicules multilamellaires

Auto-assemblage

Stimuli-responsive

Hydrogel

Biosurfactant

Biopolymer

Multilamellar vesicles

Self-assembly

Stimuli-responsive

Hydrogel

Résumé

Les systèmes polymère-tensioactif ont de nombreuses applications dans la vie de tous les jours, mais leur origine pétrochimique est aujourd’hui controversée. Dans une démarche plus respectueuse de l’environnement, des systèmes biopolymère-biotensioactif seraient une alternative intéressante. Il existe en effet une grande famille de molécules biosourcées, certaines produites par fermentation microbienne, possédant un fort potentiel, cependant aujourd’hui limité, leur comportement en solution n’étant pas encore clairement établi. Le LCMCP a développé une expertise sur ce point, et le but de ces travaux de thèse est dans un premier temps d’étudier en conditions diluées le diagramme de phase de deux biotensioactifs dont l’auto-assemblage dépend du pH en présence de biopolymères. Il en résulte que des coacervats complexes sont formés à pH basique dans les deux cas (biotensioactifs sous forme micellaire), tandis qu’à pH acide l’interaction est soit perturbée quand le biotensioactif se réorganise en fibres, soit maintenue si celui-ci évolue vers une phase vésiculaire, donnant lieu à la formation de structures multilamellaires. Ces dernières se sont avérées prometteuses pour l’encapsulation de molécules modèles, notamment la curcumine, aux nombreuses applications thérapeutiques. Stables en milieu biologique, elles permettent le relargage de la curcumine qui peut exercer son activité, notamment anti-cancéreuse. Dans un deuxième temps, dans des conditions plus concentrées, les effets des différentes phases du biotensioactif sur les propriétés mécaniques de gels de biopolymère ont été étudiés. La phase fibrillaire renforce le gel d’une part, et le gel hybride possède des propriétés modulables en fonction du pH et/ou de la température d’autre part.

Polymer-surfactant systems have many applications in everyday life, but their petrochemical origin is currently controversial. In a more environmentally friendly approach, biopolymer-biosurfactant systems would be an interesting alternative. Indeed, there exists a large family of biobased molecules, including ones produced by yeast fermentation, which possess a huge potential, however currently limited as their behavior in solution is not clearly established yet. LCMCP has developed an expertise on this point, and the goal of this work in first to study in dilute conditions the phase diagram of two biosurfactants of which self-assembly depends on pH, in presence of biopolymers. It results that complex coacervates are formed at basic pH in both cases (biosurfactants within their micellar state), while at acidic pH interaction is either disturbed when the biosurfactant reorganizes into fibers, or maintained if this one evolves towards a vesicular phase, forming multilamellar structures. These latter were found promising for the encapsulation of model drug molecules, especially curcumin which has various therapeutic applications. Stable in biological environment, they allow the release of curcumin which can exercise its activity, especially against cancer. Secondly, in more concentrated conditions, the effect of the different biosurfactant’s phases on the mechanical properties of biopolymer’s hydrogels were studied. The fibrillar phase reinforce the gel on a hand, and the hybrid gel possess properties which can be tuned by pH and/or temperature on another hand.