Fonctionnalisation de nanocellulose par des cyclodextrines pour des applications biomedicales

par Bastien Michel

Thèse de doctorat en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Alain Dufresne, Julien Bras et de Kristin Syverud.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production , en partenariat avec Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers (laboratoire) .


  • Résumé

    RESUME EN FRANÇAIS Le but de ce projet est de combiner des nanofibrilles de cellulose oxydées (toCNFs) et divers dérivés de β-cyclodextrines (β-CDs) afin de concevoir des matériaux performants pour des applications biomédicales. L'association de toCNF et de β-CDs, bien que prometteuse, fait face à certains défis, notamment la caractérisation de cette association. Ainsi, ce projet vise à caractériser les phénomènes d'adsorption entre toCNF et β-CDs afin d'améliorer le relargage de principes actifs (PA) faiblement solubles dans l'eau et ainsi favoriser les propriétés antimicrobiennes de ces matériaux. Tout d'abord, après production de matériaux toCNF/β-CD, une étude sur l'impact de divers paramètres de mise en forme sur la sorption d'eau et les propriétés mécaniques a été réalisée. L'adsorption des β-CDs a été caractérisée par différents moyens expérimentaux, et il a été démontré que les dérivés β-CD s'adsorbent jusqu'à 10 fois plus sur les toCNF que les β-CDs. La formation d'un complexe d'inclusion entre un PA modèle et les différents β-CDs a été caractérisée de manière approfondie. Enfin, l'adsorption sur les toCNF de β-CDs s'est avérée améliorer les propriétés antimicrobiennes des films avec une efficacité prolongée avec le dérivé de β-CD carboxyméthylée. Les résultats de ce projet contribuent à une meilleure connaissance des interactions entre les matériaux nanocellulosiques et diverses cyclodextrines et sont une étape vers leur application dans le domaine biomédical ainsi que d'autres applications telles que la dépollution. Mots-clés: nanofibrilles de cellulose, β-cyclodextrines, caractérisation d'adsorption

  • Titre traduit

    Cyclodextrin functionalized nanocellulose for biomedical applications


  • Résumé

    ENGLISH ABSTRACT The purpose of this project is to combine oxidized cellulose nanofibrils (toCNFs) and various β-cyclodextrins (β-CDs) to design improved materials for biomedical applications. The combination of toCNFs and β-CDs, although promising, faces some challenges, notably characterization of this association. Thus, this project aims at developing innovative materials combining toCNF and various β-CD derivatives, with the objective of characterizing the adsorption phenomena and improving drug release of poorly-water soluble active principal ingredient (API) and consequently prolonging antimicrobial properties. First, the production of toCNF/β-CD materials was reported, with an investigation on the impact of various process parameters on water sorption and mechanical properties. The adsorption of β-CDs was characterized via different experimental tools, and it was shown that β-CD derivatives adsorb up to 10 times more onto toCNF than β-CD. The formation of an inclusion complex between a model API and the various β-CDs was thoroughly characterized. Finally, the functionalization of toCNF with β-CDs showed improvement of the antimicrobial properties of films with increased efficiency for carboxymethylated-β-CD. The results of this project contribute to the knowledge on interaction of cyclodextrin and nanocellulosic materials and are a step-towards their efficient application in biomedical field as well as other applications such as depollution. Keywords: cellulose nanofibrils, β-cyclodextrins, adsorption characterization