Transition de phase dans les bio gels: vers le contrôle de la structure et des propriétés des bio-aérogels et des biomatériaux responsifs

Understanding phase transitions in bio-gels for structure/properties controlof bio-aerogels and for making responsive biomaterials

• Auteur / Autrice : Loris Gelas
• Direction : Tatiana Budtova
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Mise en Forme des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Mécanique Physique des Polymères Industriels
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Bio-aérogels

Cellulose

Bio-gels

Polymères bio-sourcées

Gels responsifs

Séparation de phase

Bio-aerogels

Cellulose

Bio-gels

Bio-sourced polymers

Responsive gels

Phase separation

Résumé

Les hydrogels basés sur des polymères sensibles aux stimuli sont l'une des pierres angulaires des matériaux et dispositifs ''intelligents''. Ils ont été activement étudiés pour des applications telles que la libération contrôlée de médicaments, les revêtements, les capteurs, les organes artificiels, les interfaces biologiques, et divers types d'actionneurs. Cependant, peu d'informations sont disponibles concernant les gels ''intelligents'' préparés à partir de polymères naturels, en particulier les polysaccharides. Ces bio-gels peuvent-ils remplacer les gels ''intelligents'' dérivés du pétrole et ouvrir de nouvelles perspectives d'application pour les polysaccharides ? Le but de ce projet de doctorat est de comprendre et de décrire quantitativement les transitions de phase des gels de polysaccharides dans des non-solvants et leurs mélanges. En plus de l'importance scientifique fondamentale de ce sujet dans le domaine des matériaux mous, cette description aidera au développement des applications suivantes : Le contrôle des propriétés des bio-aérogels La fabrication de capteurs biosourcés Les bio-aérogels, produits à partir de la biomasse, sont de nouveaux matériaux légers et nanostructurés avec un fort potentiel d'utilisation dans les sciences du vivant. Une autre application prometteuse est l'isolation thermique. Ce projet se situe à la frontière entre la physicochimie des polymères et le traitement des matériaux. Il impliquera l'utilisation de diverses approches et techniques telles que la formulation, la rhéologie, l'impression 3D, la microscopie optique et électronique, ainsi que la caractérisation des solutions, des mélanges, et des matériaux poreux.

Hydrogels based on stimuli-responsive synthetic polymers are fundamental building blocks of smart materials and devices. Over the past several decades, they have been actively studied for applications in biointerfaces, coatings, sensors, controlled drug delivery, tissue engineering, and various types of actuators. However, much less is known about the stimuli responsiveness of gels derived from natural polymers, specifically polysaccharides (referred to as ''bio-gels'' hereafter). Could bio-gels potentially replace ''intelligent'' petroleum-based gels and open up new avenues for polysaccharide applications? The goal of this PhD project is to understand and quantitatively describe phase transitions in polysaccharide gels in non-solvents and their mixtures. Beyond the fundamental scientific significance of this topic within the field of soft matter science, such an understanding will aid in the development of the following applications: (i) controlling the properties of bio-aerogels and (ii) developing bio-based sensors. Bio-aerogels are novel, biomass-derived, lightweight, nanostructured materials with significant potential for life science applications. Another promising application of bio-aerogels is in thermal insulation. This research lies at the intersection of polymer chemical physics and materials processing. It will involve various approaches and techniques, including formulation, rheology, 3D printing, optical and electron microscopy, and the characterization of solutions, blends, and porous materials.