Films mixtes chitosane / protéines : interactions, morphologie et propriétés macroscopiques

par José Antonio Becerra Medina

Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites

Sous la direction de Laurent David et de Thierry Delair.

Soutenue le 07-09-2012

à Lyon 1 , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Isabelle Royaud.

Les rapporteurs étaient Alain Dufresne, Didier Lecerf.

mots clés

• Chitosane
• Films
• Microstructure
• Relargage
• Morphologie
• Propriétés physiques
• Protéines
• Interactions
• Chitosane
• Microstructure (physique)
• Protéines
• Sites actifs (biochimie)

Résumé

Ce travail concerne l’élaboration, l’étude de la microstructure semicristalline et les propriétés de films de chitosane, envisagés pour le relargage de principes actifs. La microstructure semicristalline des films de chitosane influence fortement leurs propriétés physicochimiques et fonctionnelles. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude systématique par diffraction de rayons X en faisant varier différents paramètres structuraux de chitosane statistiques (DA) et les paramètres d’élaboration des films (l’état de neutralisation, la nature du contre-ion et le pourcentage d’eau dans les films avant neutralisation, et la situation de l’étape de neutralisation dans le procédé). Nous avons obtenus différentes microstructures semicristallines en terme d’allomorphes hydratés ou anhydres, en jouant sur les conditions plus ou moins hydrophobes au moment de la neutralisation. Par ailleurs, une étude de la mobilité moléculaire par spectroscopies diélectrique et mécanique a permis de mettre en évidence différentes relaxations secondaires, toujours en fonctions des paramètres physicochimiques qui conditionnent la balance des interactions hydrophiles/hydrophobes. De plus, la Spectroscopie mécanique a montré une transition réversible de comportement hydrophile / hydrophobe dépendant du traitement thermique appliqué. Cette étude nous a montré que le degré d’acétylation n’influence pas directement la mobilité moléculaire dans les films de chitosane, mais c’est encore la balance des interactions hydrophiles / hydrophobes qui gouverne la réponse viscoélastique et diélectrique. Finalement, nous avons réalisé une étude du gonflement de films de chitosane en relation avec les paramètres de mise en oeuvre. Les résultats sont reliés à la microstructure semicristalline. Le relargage de protéines a été abordé par l’étude d’une protéine modèle (Ovalbumine). La technique de dichroïsme circulaire a permis d’étudier les interactions ovalbumine/chitosane à l’état solide (dans le film) comme à l’état solution (après relargage). Les cinétiques de relargage ont été déterminées et discutées en fonction du gonflement et de la morphologie cristalline

mots clés

• Chitosan
• Films
• Microstructure
• Release
• Morphology
• Physical properties
• Proteins
• Interactions

Titre traduit

Chitosan/Protein Films : interactions, morphology and macroscopic properties

Résumé

This work concerns the elaboration, semicrystalline microstructure and properties study of chitosan films for application of release of active principle. The semicrystalline microstructure of chitosan films strongly influences their physicochemical and functional properties, so their control becomes very important for the aimed application. In this context, we have performed a systematic study by X-ray diffraction on chitosan films varying different parameters that influence their semicrystalline microstructure, particularly, the degree of acetylation, the elaboration routes, the neutralization state, the counter-ion nature and the water content before neutralization. We have achieved to control the semicrystalline microstructure by the combination of these parameters. Furthermore, the study of the molecular mobility behaviour was carried out showing the different relaxation processes present in the chitosan films. A viscoelastic study by mechanical spectroscopy showed hydrophilic/hydrophobic transitions as a function of he thermal treatment. This study showed that the degree of acetylation does not have a strong influence on the molecular mobility in the chitosane films. Finally, we have conducted a study of swelling of chitosan film in relation to the semicrystalline microstructure. Then, a model protein (Ovalbumin) has been incorporated to study its interaction with chitosan in the solid state (in the film) and in solution (after release) and in order to evaluate its release