Adsorption properties of functionalized α-glucans for the elaboration of innovative biobased materials
Propriétés d’adsorption d’α-glucanes fonctionnalisés pour l’élaboration de matériaux biosourcés innovants
Résumé
Among biopolymers, α-glucans exhibit potential as candidates for the elaboration of innovative materials. Beyond from their availability in nature, α-glucans demonstrate great interests regarding their diverse structures and chemical compositions. The project “GRαFTING” aims to develop green routes concerning α-glucans functionalization then to valorize functionalized α-glucans for assembling materials. The thesis was carried out in response to the second point: α-glucans were used to build materials by layer-by-layer (LbL) technique, based on the alternative deposition of polycations and polyanions. This work was constituted of three main parts. 1) Formation of multilayer films with functionalized α-glucans. 2) Control of the growth of LbL assemblies and their structures. 3) Elaboration of materials based on the specific properties of the films. The adsorption capacity of functionalized α-glucans was evaluated by formation of multilayer films using Quartz Crystal Microbalance with Dissipation monitoring (QCM-D). Dextran sulfates (DexS) form multilayers with poly(allylamine hydrochloride) (PAH) but not with diethylaminoethyl-Dextran (Dex-DEAE) while oxidized α-glucans result in multilayers with both polycations. Different adsorption and viscoelastic behaviors were identified allowing to propose two mechanisms for (PAH/DexS) growth. Then, our work studied the impact of charge density, ionic strength and molecular weight of polyelectrolytes on the films and their properties (morphology, structural colors, wettability). Finally, we took advantage of their characteristics to develop bio-based colorimetric devices for enzyme-detection.
Les α-glucanes sont de potentiels candidats pour l'élaboration de matériaux innovants. Au-delà de leur disponibilité dans la nature, ils présentent un intérêt de par leurs diverses structures et compositions chimiques. Le projet "GRαFTING" vise à développer des voies vertes de fonctionnalisation des α-glucanes puis à valoriser les α-glucanes fonctionnalisés par la fabrication de matériaux. La thèse est réalisée en réponse au second point : les α-glucanes permettent la construction de matériaux par la technique layer-by-layer (LbL), basée sur le dépôt alterné de polycations et de polyanions. Ce travail est constitué de trois parties. 1) Formation de multicouches avec des α-glucanes chargés. 2) Contrôle de la croissance des films et de leurs structures. 3) Élaboration de matériaux innovants. L'adsorption des α-glucanes fonctionnalisés est évaluée par la formation de multicouches avec la Microbalance à Cristal de Quartz avec contrôle de la Dissipation (QCM-D). Les dextranes sulfate (DexS) forment des multicouches avec le poly(hydrochlorure d'allylamine) (PAH) mais pas avec le diéthylaminoéthyl-dextrane (Dex-DEAE) et les α-glucanes oxydés forment des films avec les deux polycations. Différents comportements d'adsorption et de viscoélasticité sont identifiés permettant de proposer deux mécanismes de croissance. Nous avons ensuite étudié l'impact de la densité de charge, de la force ionique et de la masse moléculaire des polyélectrolytes sur les films et leurs propriétés (morphologie, couleurs, mouillabilité). Les caractéristiques des films ont permis de créer des dispositifs colorimétriques pour la détection d'enzymes.
Domaines
Biotechnologie
Origine : Version validée par le jury (STAR)