Caractérisation physico-chimique des films multicouches de polyélectrolytes à base de polysaccharides et de polypeptides en vue d'applications dans le domaine des biomatériaux

Physico-chemical caracterization of polyelectrolyte multilayer films based on polysaccharides and polypeptides aimed to biomaterial applications

• Auteur / Autrice : Hajare Mjahed
• Direction : Jean-Claude Voegel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cations

Anions

Hydrocolloïdes

Peptides

Génie tissulaire

Génie chimique

Polysaccharides

Biomatériaux

Polyélectrolytes

Langmuir-Blodgett, Couches de

Résumé

Les multicouches de poyélectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorptions successives de polycations et de polyanions, ouvrent des perspectives dans le domaine de la fonctionnalisation des biomatériaux. L’objectif du présent travail a concerné le développement d’un biomatériau multistratifié à base de films multicouches et de gels d’alginate. Les exigences de biocompatibilité et de biodégradabilité nous ont orientée vers des multicouches à base de polypeptides et de polysaccharides. Nos travaux s’articulent autour de trois axes principaux : (i) Tout d’abord, nous avons comparé le comportement des complexes en solution afin de comprendre comment ils interviennent lors de la construction des films multicouches. Cette étude suggère la possibilité de prédire, par un simple mélange des deux polyélectrolytes de signes opposés, s’ils sont susceptibles ou non de former un film multicouche sous certaines conditions de force ionique. (ii) Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à l’influence du changement de force ionique du surnageant sur le film multicouche PLL/HA préformé. Nous avons montré que l’augmentation ou la diminution de la force ionique induit respectivement un gonflement ou un dégonflement du film, accompagné d’une libération des polyélectrolytes avec l’apparition de cavités dans certains cas. Ces changements de force ionique conduisent à la dissolution du film. (iii) Le troisième volet a consisté à déterminer les meilleures conditions permettant d’élaborer, par la méthode de pulvérisation, un biomatériau multi-stratifié en vue d’application dans le domaine de l’ingénierie tissulaire. Ainsi, des films multicouches à base de polypeptides et de polysaccharides ont été superposés avec des gels d’alginates. Les films multicouches joueraient le rôle de réservoir de principes actifs et les gels d’alginate contiendraient des cellules.

Alternated adsorption of polycations and polyanions allows to form self-assembled systems called polyelectrolyte multilayers. They offer new perspectives in the domain of functionalization of biomaterials. The objective of this work was to elaborate a multi-stratified biomaterial based on multilayer films and alginate gels. Polypeptides and polysaccharides were chosen because of their biocompatibility and biodegradability properties. This work was performed in three steps: (i) First, we tried to show a correlation between the polycation-polyanion complexation behaviour in solution (PECs) and the possible buildup of polyelectrolyte multilayer films (PEM) for the same polyelectrolyte system. This will provide a very convenient and predictive tool for experimentalists to explore novel polycation/polyanion combinations for the buildup of PEM films. (ii) Then, we investigated the influence of the ionic strength on the multilayer film architectures. The ionic strength increase or decrease of the contacting solution induce respectively swelling or deswelling of PEMs. This phenomenon is accompanied by polyelectrolyte releases and the formation of holes in certain cases. These variations of ionic strength induce moreover dissolution of the PEMs. (iii) Finally, we elaborated new micro-stratified biomaterials aimed to tissue engineering by the spraying method. We determined the best conditions to obtain such architectures and thus, alternated stacking of PEMs and alginate gels could be performed with PEMs playing the role of active molecules reservoir and alginate gels containing the cells.