Deep eutectic solvents : characterization, interaction with synthetic and biological membranes, and solubilization of bioactive volatile compounds

par Tracy El Achkar

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie organique, minérale, industrielle

Sous la direction de Sophie Fourmentin et de Hélène Greige-Gerges.

Soutenue le 11-12-2020

à Littoral en cotutelle avec l'Université Libanaise , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord) , en partenariat avec Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant (laboratoire) et de Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant / UCEIV (laboratoire) .

Le président du jury était Aida Habib.

Le jury était composé de Farid Chemat, Dimitris Makris, Alia Jraij, Jérôme Lecomte.

Les rapporteurs étaient Farid Chemat, Dimitris Makris.

  • Titre traduit

    Solvants eutectiques profonds : caractérisation, interaction avec des membranes synthétiques et biologiques, et solubilisation de composés bioactifs volatils


  • Résumé

    Les solvants eutectiques profonds (DES) sont récemment apparus comme une nouvelle classe de solvants verts présentant un potentiel élevé pour remplacer les solvants organiques usuels. Bien que découverts récemment, les DES ont fait l'objet de nombreuses recherches au cours des dernières années en raison de leurs propriétés intéressantes. Cependant, il reste encore beaucoup à découvrir étant donné le nombre quasiment illimité de DES potentiels et de leur polyvalence. Notre étude vise à examiner l'effet des DES sur les liposomes, adoptés comme modèles membranaires, et sur les membranes cellulaires. Elle a également cherché à évaluer la capacité de solubilisation des DES envers des composés bioactifs volatils. Ainsi, une sélection de DES ainsi que de nouveaux solvants ont été tout d'abord préparés et caractérisés. Des mesures de densité, de viscosité et de polarité ont été effectuées et ont montrées que les propriétés des DES pouvaient être ajustées en fonction de leur composition. L'organisation des phospholipides et des liposomes au sein des DES a ensuite été étudiée à l'aide de microscopies optique et à force atomique. Les phospholipides s'auto-assemblent en vésicules dans les DES à base de chlorure de choline tandis que les liposomes se convertissent en bicouches lipidiques avant leur reconstitution en vésicules. De plus, des études de cytotoxicité et des examens morphologiques ont été combinés afin d'évaluer l'impact de quelques DES sur MDA-MB-231, une lignée cellulaire de cancer du sein humain. Les résultats ont montrés que l'effet dépendait fortement de la composition du DES. D'autre part, la capacité de solubilisation des DES envers des composés bioactifs volatils a été testée par chromatographie en phase gazeuse couplée à un espace de tête. L'influence de la présence d'eau et de certains systèmes d'encapsulation tels que les liposomes et les cyclodextrines sur la capacité de solubilisation des DES ont été analysés. Enfin, la libération du trans-anéthole à partir des DES a été suivie par extraction multiple de l'espace de tête. Les DES ont été capables de mieux solubiliser les composés bioactifs volatils et de contrôler leur libération par rapport à l'eau. Dans l'ensemble, ces travaux mettent en évidence l'utilisation potentielle des systèmes à base de DES comme véhicules de solubilisation de composés bioactifs.


  • Résumé

    Deep eutectic solvents (DES) recently emerged as a novel class of green solvents with a high potential to replace common organic solvents. Despite their novelty, DES were extensively explored in the past years owing to their remarkably interesting properties. Yet, a lot remains to be uncovered given the limitless number of possible DES and their versatility. The current sudy aimed to examine the effect of DES on liposomes, adopted as model membranes, and on cell membranes. It also sought to evaluate the solubilizing ability of DES toward bbioactive volatile compounds. Therefore, a group of selected DES along with new solvents were first prepared and characterized. Density, viscosity and polarity measurements were mainly carried out and showed that DES' properties can be tuned depending on their composition. The organization of phospholipids and liposomes within the DES was then investigated using optical- and atomical force microscopies. Phospholipids self-assembled into vesicles in choline chloride-based DES while liposomes converted to lipid bilayers before their reconstitution into vesicles. Moreover, cytotoxicity studies and morphological examinations were combined to evaluate the impact of some DES on MDA-MB-231, a human breast cancer cell line. Results showed that the effect is highly dependent on the DES' composition. On the other hand, the solubilizing ability of the DES toward bioactive volatile compounds was tested using static headspace-gas chromatography. The influence of the presence of water and some encapsulation systems such as liposomes and cyclodextrins on the overall DES' solubilization efficiency was further analyzed. At last, the release of trans-anethole from the DES was monitored via multiple headspace extraction. DES were able to greatly solubilize the bioactive volatile compounds and to control their release when compared with water. Altogether, this work highlights the potential use of the DES-based systems as solubilization vehicles for bioactive compounds.


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