Conception d’hydrogels hybrides pour la préparation de géloses synthétiques

Design and synthesis of silylated hybrid hydrogels

• Auteur / Autrice : Titouan Montheil
• Direction : Gilles Subra, Bosi Mao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 14/02/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Ahmad Mehdi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Subra, Bosi Mao, Ahmad Mehdi, Sylvie Bégin-Colin, Christel Laberty-Robert, Corinne de la Foata
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Bégin-Colin, Christel Laberty-Robert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polysaccharides

Sol-gel, Procédé

Hydrocolloïdes

Mots clés libres

Hydrogel

Procédé sol-gel

Polysaccharide

Hydrogel

Sol-Gel process

Polysaccharide

Résumé

Des hydrogels hybrides ont été développés comme alternative aux hydrogels d’agar utilisés en microbiologie. Notre stratégie repose sur la fonctionnalisation de polymères avec des groupements triéthoxysilanes, puis leurs mises en jeu dans le procédé sol-gel afin de fabriquer un hydrogel hybride organique-inorganique. Ce procédé est bio-orthogonal et biocompatible. Il se déroule en milieu aqueux, à pH physiologique et température ambiante. Dans une première partie, nous avons développé des hydrogels à base de PEG bisilylé. Nous avons montré que l’incorporation de PEG monosilylé permettait un relâchement du réseau de l’hydrogel. Dans une seconde partie, nous avons développé des hydrogels à base d’hydroxypropyl méthyl cellulose (HPMC). L’optimisation de la silylation de ce composé a été réalisée. L’étude de la composition de l’hydrogel (masse molaire de l’HPMC, concentration, taux de silylation) a été étudiée et a permis la préparation d’hydrogels aux propriétés similaires aux références commerciales d’agar. Nous avons ensuite étendu notre étude aux hydrogels hybrides à base d’autres polysaccharides. Le chitosan, la dextrine, la pectine et l’acide hyaluronique ont ainsi été silylés et des hydrogels hybrides ont été préparés à partir de ces précurseurs. Les hydrogels de dextrine silylée se sont révélés les plus prometteurs pour une application à la microbiologie. La composition a été optimisée et les tests microbiologiques ont validé ce composé comme une alternative à l’agar.Nous avons montré que les hydrogels synthétiques obtenus par le procédé sol-gel constituaient une alternative solide aux hydrogels d’agar. La maitrise des différents paramètres (ex : silylation, mise en forme, composition) permet d’adapter leurs propriétés.

Hybrid hydrogels have been developed as an alternative to agar hydrogels used in microbiology. Our strategy is based on the functionalization of polymers with triethoxysilane groups, and then their use in the sol-gel process to produce an organic-inorganic hybrid hydrogels. This process is bio-orthogonal and biocompatible. It takes place in aqueous medium, at physiological pH and ambient temperature. In a first part, we developed hydrogels based on bisilylated PEG. We have shown that the incorporation of monosilylated PEG allowed a loosening of the hydrogel network. In a second part, we developed hydrogels based on hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC). Silylation of HPMC silylation has been optimised. The study of hydrogel composition (HPMC molecular weight, concentration, silylation rate) allowed the production of hydrogels with properties similar to the agar commercial references. We then extended our study to hybrid hydrogels made from others polysaccharides. Chitosan, dextrin, pectin and hyaluronic acid were thus silylated and hybrid hydrogels were prepared from these precursors. Silylated dextrin hydrogels proved to be highly suitable for microbiology applicationWe showed that synthetics hydrogels obtained by sol-gel process constituted a solid alternative to agar hydrogels. The control of the various parameters (e.g. silylation, shaping, composition) makes it possible to prepare hydrogels with tunable properties.