Elaboration et caractérisation de surfaces bioactives par greffage covalent de chitosane et de ses oligomères

Preparation and characterization of chitosan grafted films and grafted chitosan oligomers brushes for biological applications

• Auteur / Autrice : Cyrielle Garreau
• Direction : Thierry Delair, Stéphane Trombotto, Guillaume Sudre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des polymères
• Date : Soutenance le 28/01/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Léonard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Delair, Stéphane Trombotto, Guillaume Sudre, Florence Agnely, Véronique Coma, Olivier Théodoly, Yvette Tran
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Agnely, Véronique Coma

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères greffés

Réticulation (polymérisation)

Surfaces (physique)

Chitosane

Mots clés libres

Chitosane

Greffage

Films

Brosses

Modification de surfaces

Réticulation physique

Gonflement

Adhésion bactérienne

Chitosan

Grafting

Films

Chitosan oligomers

Surface modification

Crosslinking

Swelling

Bacterial adhesion

Résumé

L’objectif de ce travail a été d’immobiliser du chitosane sur des surfaces à travers deux voies de greffage chimique covalent. La première voie utilise les fonctions amine du chitosane. Des films de 10 nm à 10 µm ont été préparés par spin-coating ou coulée de solvants puis greffés par un traitement hydrothermique sur des surfaces de silicium préalablement fonctionnalisées avec un époxy-silane. Des chitosanes ayant des degrés d’acétylation (DAs) compris entre 0.5% et 49% ont été greffés et des films très peu rugueux sont obtenus. La réticulation physique des films et la formation d’un réseau insoluble en milieu acide a été mis en évidence. De plus, nous avons montré que la structure cristalline et les propriétés de mouillabilité des films dépendaient fortement du DA, et que le gonflement de tels films en milieu aqueux dépendait non seulement du DA mais également des conditions environnementales (pH et force ionique). A l’issue de cette étude, des tests biologiques ont été réalisés sur ces films greffés. Les résultats ont montré que l’adhésion et la prolifération des bactéries (E. coli) sont affectées par le DA du chitosane et que ces surfaces peuvent ensuite être lavées sans dégradation du film polymère afin de permettre la réutilisation de ces films greffés. La seconde voie de modification de surfaces s’intéresse au greffage d’oligomères de chitosane (COS) portant une fonction réactive à leur extrémité terminale réductrice. Le greffage de ces brosses sur des surfaces de silicium préalablement fonctionnalisées par un amino-silane a pu être mise en évidence pour des COS de deux DAs différents (0.5% et 21%). Ces brosses présentent une nanostructure et par conséquent des propriétés physico-chimiques différentes des films greffés via la première voie de modification.

The aim of this work was to graft chitosan onto silicon substrates through two covalent chemical grafting pathways. The first way involves amine functions of chitosan. Films from 10 nm to 10 µm were prepared by spin-coating or solvent casting and were grafted onto epoxy-functionalized surfaces through a hydrothermal treatment. Chitosans with DAs ranging from 0.5 % to 49 % were successfully grafted and films with low roughnesses were obtained. The physical crosslinking of the films and the formation of a network insoluble in acidic aqueous media was evidenced. Moreover, we showed the crystallinity, and the wettability of the films strongly depend on the DA, and the swelling of the films in aqueous solutions depend not only on the DA but also on the environmental conditions (pH and ionic strength). Biological studies showed the adhesion and the proliferation of bacteria (E. coli) varied with the DA. Also, those modified substrates can be washed without any degradation of the grafted film to be further re-used for biological assays. The second modification pathway involves the reducing-end of chitosan oligomers (COSamf) produced by nitrous deamination. The grafting of the brushes was carried out on an aromatic amino-functionalized silicon surface for COS of two different DAs (0.5 % and 21 %). These brushes have a nanostructure and physicochemical properties different from the grafted films obtained via the first grafting pathway.