Hydrogel composite conducteur pour l'encapsulation de bactéries électroactives

par Léopold Mottet

Thèse de doctorat en Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Jérôme Bibette et de Nicolas Bremond.

Soutenue le 18-12-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Laboratoire Colloïdes et Matériaux Divisés (laboratoire) .

Le jury était composé de Valérie Ravaine, Mathieu Etienne, Ludovic Jullien, Philippe Poulin.


  • Résumé

    Ce travail de thèse est principalement axé sur la création d'un nouveau réacteur biocompatible permettant l'encapsulation et l'étude de bactéries électroactives. Ce compartiment de taille millimétrique, réalisé par coextrusion, est une capsule à coeur liquide possédant une membrane d'hydrogel conducteur. La synthèse de ce bioréacteur a nécessité la formulation d'un hydrogel composite alginate/nanotubes de carbone en deux étapes. Une première étape rapide crée la matrice d'hydrogel par diffusion d'ions divalents dans un mélange Alginate/nanotubes de carbone. Une seconde étape, plus lente, permet la dialyse du tensioactif stabilisant les nanotubes et la création d'un réseau conducteur au sein de l'hydrogel pour des pourcentages massiques de charges supérieurs à 0,5 %. Ce matériau composite présente alors une conductivité macroscopique d'environ 0,1 S/m. Une étude du matériau par voie électrochimique permet entre autres de suivre cinétiquement la connexion des nanotubes de carbone. Des bactéries peuvent adhérer à la surface de cet hydrogel composite. Nous démontrons qu'il est alors possible de mesurer l'électroactivité d'un biofilm bactérien développé sur la paroi interne d'une capsule conductrice. Ce nouveau compartiment biocompatible ouvre la voie vers le développement d'un outil de criblage pour la sélection de bactéries électroactives mais offre également des perspectives innovantes pour la fabrication de piles bactériennes.

  • Titre traduit

    Conducting composite hydrogel for the encapsulation of electroactive bacteria


  • Résumé

    This work focuses on the creation of a new biocompatible reactor allowing the encapsulaion and the study of electroactive bacteria. Made by co-extrusion, this millimeter bioreactor is a liquid core capsule with a conducting hydrogel membrane. To create such an object, we formulate a composite hydrogel of alginate/carbon nanotubes in two steps. The first step is rapid and creates the hydrogel matrix by diffusion of divalent ions inside the alginate/carbon nanotubes mix. The second step is slower and permits the dialysis of the surfactant used to stabilize the nanotubes. During this last step, the carbone nanotube network percolates, creating a conducting network in the hydrogel for sufficient nanotube contents (above 0.5 %). This composite material has a macroscopic conductivity around 0.1 S/m. An electrochemical study of this material allows to follow the nanotube connection inside the hydrogel. Bacteria can adhere on this composite hydrogel. Then, we demonstrate that the electroactivity of a biofilm developped on the inner side of the conductive capsule shell can be measured. This new biocompatible and electron-conducting compartment opens the way towards the development of a screening tool for the selection of electroactive bacteria but also brings innovative perspectives in the field of microbial fuel cells fabrication.

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