Comprendre la stabilisation des interfaces liquides par des particules

Understanding particle stabilization of liquid interfaces

• Auteur / Autrice : Ziqiu Yang
• Direction : Nicolas Huang, Eloisa Berbel manaia
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Pharmacotechnie et biopharmacie
• Date : Inscription en doctorat le 31/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Galien Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physique pharmaceutique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de pharmacie

Mots clés

Mots clés libres

Physico-chimie

Interfaces liquides

Particules

Liquid interfaces

Physico-chemistry

Particles

Résumé

Les interfaces liquides sont classiquement stabilisées par des tensioactifs, permettant la formation d'émulsions ou de mousse. Une solution alternative est l'utilisation de particules colloïdales, permettant d'éviter l'utilisation de tensioactifs de synthèse potentiellement toxiques ou irritantes et de stabiliser de manière plus efficace et plus durable ces interfaces. Il est par exemple possible, avec ces particules, de formuler des émulsions dites de Pickering : les particules sont ancrées à l'interface entre les phases continue et dispersée et forment une coque solide qui protègent les gouttelettes des phénomènes de déstabilisation telle que la coalescence ou le mûrissement d'Ostwald. Découvertes il y a plus d'un siècle, ces émulsions ont connu un regain d'intérêt depuis les années 2000, avec la formulation d'émulsions de Pickering à partir de particules inorganiques (silice, argile, oxyde de fer, etc.), puis plus récemment de particules organiques (cellulose, amidon, PLGA, cyclodextrines, etc.). Le projet consiste à étudier d'un point de vue physico-chimique et fondamental la stabilisation de ces interfaces et la formulation d'émulsions qui en découlent. Aux interfaces liquides, les particules forment-elles une monocouche, une multicouche, des amas isolés, un réseau, etc., et sous quelles conditions ? De nombreux paramètres peuvent être variés comme le choix des liquides (polarité, viscosité, liquide aqueux ou organique), le choix des particules (nature, taille, rugosité, élasticité, charge, forme, biodégradabilité, etc.), la formation et la sollicitation des interfaces (interface plane ou courbe, interface de gouttelettes d'émulsion, formation par mélangeur rotor-stator ou homogénéisateur à haute pression, sollicitation par dilatation ou cisaillement, etc.). Les aspects macroscopique et microscopique des interfaces seront particulièrement étudiés à l'aide de techniques telles que, entre autres, la microscopie optique, confocale ou électronique, la rhéologie interfaciale, la diffusion dynamique ou statique de la lumière. Le but de ce projet de recherche fondamentale est donc de mieux comprendre la formation et les mécanismes de stabilisation de ces interfaces liquides par les particules colloïdales.

Liquid interfaces are classically stabilized by surfactants, enabling the formation of emulsions or foams. An alternative solution is the use of colloidal particles, which avoid the use of potentially toxic or irritating synthetic surfactants and stabilize these interfaces more effectively and for a longer period of time. With these particles, for example, it is possible to formulate “Pickering emulsions”: the particles are anchored at the interface between the continuous and dispersed phases, forming a solid shell that protects the droplets from destabilization phenomena such as coalescence or Ostwald ripening. Discovered over a century ago, these emulsions have met a renewed interest since the 2000s, with the formulation of Pickering emulsions stabilized with inorganic particles (silica, clay, iron oxide, etc.), and more recently with organic particles (cellulose, starch, PLGA, cyclodextrins, etc.). The aim of this project is to study, from a physicochemical and fundamental point of view, the stabilization of these interfaces and the formulation of the resulting emulsions. At liquid interfaces, do particles form a monolayer, a multilayer, isolated clusters, a network, etc., and under what conditions? Numerous parameters can be varied, such as the choice of liquids (polarity, viscosity, aqueous or organic liquid, etc.)., the choice of the particles (nature, size, roughness, elasticity, charge, shape, biodegradability, etc.), the formation and stressing of interfaces (flat or curved interface, emulsion droplet interface, formation by rotor-stator mixer or high-pressure homogenizer, stressing by expansion or shear, etc.). The macroscopic and microscopic aspects of interfaces will be particularly studied, using techniques such as optical, confocal or electron microscopy, interfacial rheology, dynamic or static light scattering. The aim of this fundamental research project is to gain a better understanding of the formation and stabilization mechanisms of these liquid interfaces by colloidal particles.