Complexation entre polyélectrolytes de charges opposées. Influence des chemins de formulation et de la nature des contre-ions sur la thermodynamique d'assemblage et les morphologies générées.

par Hongwei Li

Projet de thèse en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Jean-Paul Chapel.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec Centre de Recherche Paul Pascal (laboratoire) et de Matériaux Fonctionnels par Ingénierie Colloïdale (MaFIC) (equipe de recherche) depuis le 08-01-2018 .


  • Résumé

    Le projet s'intéresse à l'auto/co-assemblage de macromolécules en solution. En raison de la taille importante des chaînes polymères et de leur capacité à développer de nombreuses interactions non-covalentes intra- et intermoléculaire, ces types d'assemblages sont le plus souvent obtenues dans un état hors équilibre thermodynamique c'est-à-dire que leur structure dépend fortement des conditions initiales utilisées (concentrations, temps de mélange …). En effet, notre groupe a montré récemment que sur une système de polyélectrolytes de charges opposées que cet état hors équilibre provenait d'une cinétique d'assemblage très rapide, souvent inférieure à la centaine de millisecondes associée à une interaction forte entre les divers constituants. Dans ces conditions l'assemblage débute avant même que les composants introduits n'aient eu le temps de s'homogénéiser au sein de la solution donnant ainsi lieu à des structures cinétiquement figées engendrant une non reproductibilité de toutes étapes de formulations académiques et industrielles (cosmétiques, chimie, pharma, agro-alimentaire…) dans ce domaine. Nous proposons d'étudier dans cette thèse l'influence duale de la nature des contre-ions (Hofmeister) des chaines polyélectrolytes sur l'intensité de leur complexation , un aspect rarement étudié dans la littérature, et la façon dont les divers constituants viennent en contact intime sur la thermodynamique d'assemblage et les morphologies générées. Ce projet rassemble 2 laboratoires de l'université de Bordeaux (CRPP et LCPO) en collaboration avec une équipe de recherche de l'institut Laue Langevin à Grenoble (ILL, ‘Large Scale Structures Group') avec laquelle nous avons récemment développée un prototype de cellule de dialyse permettant le suivi des réactions d'auto-assemblage par diffusion des neutrons aux petits angles dans un état de pseudo-équilibre. Ce chemin de formulation particulier devrait permettre de ralentir fortement la cinétique de complexation en activant progressivement les interactions (portée et intensité) entre polyélectrolytes tout en réduisant par ailleurs la polydispersité et le polymorphisme des structures générées.

  • Titre traduit

    Complexation between oppositely charged polyelectrolyte. Influence of the formulation pathway and the nature of the counter-ions on the assembly thermodynamics and generated morphologies.


  • Résumé

    This project tackles macromolecular self/co-assembly in solution. Because it involves a range of non-covalent interactions which act individually or cooperatively, the assembly process often occurs under non-equilibrium conditions, that is, the system is trapped in long-lived metastable states because it cannot relax completely toward equilibrium. As a consequence, the assembly step is kinetically guided by the local environment conditions which are function of the system history or the formulation pathway. Our group has recently shown that that the out-of-equilibrium state of self-assembled systems originates from a very fast kinetics of assembly with aggregation times typically below 100 ms.1 Under these conditions, the assembly starts even before the initial components are homogeneously distributed in the solution, thus giving rise to kinetically frozen structures and a high non reproducibility anywhere formulation is a key step (chemical and agro-food industries, pharmaceutics, cosmetics…). We offer in this project to investigate the dual effect of polyelectrolyte counter-ions (Hofmeister series) on the strength of the interaction/complexation, an aspect barely studied in the literature, and the way the different component are coming into intimate contact on the assembly thermodynamics and generated morphologies. This project gathers 2 laboratories from the University of Bordeaux (CRPP and LCPO) in collaboration with a team from the Institute Laue Langevin at Grenoble (ILL, ‘Large Scale Structures Group') with which we have recently developed a dialysis cell prototype enabling the monitoring of the polyelectrolyte assembly in pseudo equilibrium conditions by small angle neutron scattering (SANS). This particular formulation pathway should strongly slow down the complexation kinetics together with the polydispersity and the polymorphism of the generated polyelectrolyte (Pecs) complexes.