Nano-functionalization of 3D bio-active natural hydrogels
Nano-fonctionnalisation des hydrogels naturels bioactifs sous forme de matrice 3D
Résumé
Novel crosslinking methods to design 3D hydrogels consist on an innovative combination of various components in order to create 3D structure with optimal properties and functionalities. This blending technic can be carried out by mixing several polymers or/and incorporation of nanoparticles into the polymer network. The present work showed the advantages of interpenetrating polymer networks forms composed of alginate and GelMA and highlighted the effect of the incorporation of nanoliposomes on the physico-chemical properties of the hydrogels. It consisted primarily on a multiscale characterization of the hydrogels and then on the study of the possible interactions in the 3D structure. At first, the surface characterization of the composite hydrogels at different alginate concentrations, before and after the functionalization with soft nanoparticles, showed an improvement of the wetting properties and the surface energy. The mechanical properties of the hydrogels were determined by multiscale analysis using the atomic force microscopy (nanoscopic) and the rheometer (mesoscopic). These analysis took into account the various concentrations of alginateas well as the two different concentrations of the liposomes added in the 3D structure. The results showed the effectiveness of mixing the polymers and the influence of the nanoliposomes on the alginate coagulation due to an interaction between the soft nanoparticules and the coagulation agent (CaCl2). A morphological study of the hydrogels showed the possibility to control the size of the pores by the modification of concentration for each component of hydrogel or by functionalization the 3D structure. The physicochemical interactions were then studied thanks to the X-ray Photoelectron Spectroscopy, the Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy and the Fourier Transform Infrared spectroscopy
Des nouvelles méthodes de gélification avec association de différents composés permettent l’élaboration d’hydrogels sous forme de matrices 3D présentant des propriétés optimales et des fonctions intéressantes. Cette technique d’assemblage peut être effectuée par mélange de plusieurs polymères ou/et par incorporation de nanoparticules dans la matrice polymérique. Ce travail de thèse a montré l’intérêt de mettre en œuvre des réseaux interpénétrés de polymères à base d’alginate et de GelMA, et a mis en évidence l’effet de l’incorporation de nanoliposomes sur les propriétés physico-chimiques des hydrogels. Une caractérisation multi-échelle des hydrogels, a été complétée par une étude des interactions possibles au sein de la matrice 3D. Dans une première partie du travail, une analyse des propriétés de surface des matrices composites à différentes concentrations d’alginate, avant et après fonctionnalisation par des nanoparticules molles, a montré une amélioration de la mouillabilité et de l’énergie de surface des hydrogels. Les propriétés mécaniques des hydrogels ont été déterminées par une caractérisation multi-échelle incluant la microscopie à force atomique (nanoscopique) et le rhéomètre (mésoscopique). Ces analyses ont pris en compte les différentes concentrations d’alginate ainsi que les deux concentrations différentes de liposomes incorporés dans la matrice 3D. Les résultats obtenus ont montré l’intérêt de l’assemblage des deux polymères et l’effet des nanoliposomes sur le processus de gélification de l’alginate dû à une interaction entre les nanoparticules molles et l’agent réticulant (CaCl2). Une étude morphologique des hydrogels a montré la possibilité de contrôler la taille des pores en modifiant la concentration des différents composants des hydrogels ou en fonctionnalisant les matrices 3D par des nanoparticules molles. Les interactions physico-chimiques ont ensuite été étudiées par Spectroscopie de Photoélectrons X, spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire et Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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