Topics in Current Chemistry 2010, 294 : 165–197

Des hydrocolloïdes aux matériaux poreux texturés

Les hydrocolloïdes étudiés sont les polysaccharides capables de s’auto-assembler dans l’eau pour créer un réseau tridimensionnel. Le laboratoire étudie différents conditionnements et différentes texturations : la formulation en aérogels par séchage en conditions CO2 supercritique permet de conserver cette dispersion hors de l’eau et de générer des matériaux développant de grandes surfaces spécifiques. La formulation en mousses permet de générer des matériaux macroporeux.

L’objectif est de d’améliorer l’accessibilité aux sites actifs, que ce soit les cations de gélification ou les fonctions chimiques de la matrice polysaccharide et les performances de transfert.
Toutes les applications décrites ci-dessous en découlent.

Caractérisation des gels d’alginate

Les alginates forment des gels en milieu aqueux par complexation de cations sur les fonctions carboxylates. Nous avons montré l’influence de la structure de l’alginate (variabilité naturelle) et de la nature des ions de gélification sur le régime structural ; l’évolution de l’hydrogel à l’aérogel ainsi que les propriétés rhéologiques des gels.

Textures aérogels de polysaccharides

Langmuir, 24 (2008) 12547 Biomacromolecules, 8 (2007) 3646, 9 (2008) 494 Microp. Mesop. Mater. 140 (2011) 9 Carbohydr. Polym. 85 (2011) 44

Le séchage supercritique des gels de polysaccharides permet de préserver leur texture, qui peut être ainsi aisément caractérisée par les méthodes classiques d’étude de la surface des solides. La surface spécifique et la distribution de taille des pore des aérogels, déterminées par physisorption d’azote ou argon, permettent d’éclaircir la topologie de structures végétales ainsi que de matériaux de synthèse. L’adsorption de molécules sondes permet aussi la détermination expérimentale des énergies d’adsorption et de l’accessibilité des fonctions de surface, avec des retombées sur la formulation des gels de synthèse et sur l’étude des propriétés d’adhésion des matériaux biologiques. Le suivi de l’adsorption par spectroscopie infrarouge apporte un complément d’information important.

Domaines d’application

• Nanoparticules confinées dans le gel d’alginate

  Les polysaccharides possèdent des fonctions chimiques capables de complexer des ions métalliques, à partir desquels nous avons généré des particules métalliques nanométriques confinées dans le gel de polysaccharide.



Nanoparticules de bleu de Prusse (ou analogues) confinées dans un gel d’alginate

Le bleu de Prusse est généré « in situ » à partir du cation de gélification de l’alginate. Le choix du couple M/M’ permet de conférer aux matériaux des propriétés magnétiques et /ou luminescentes.

Des nanoparticules de palladium peuvent être obtenues par réduction du palladium complexé sur les fonctions amines du chitosane ou les fonctions carboxylates de l’alginate comme illustré ci-dessous.


Nanoparticules de palladium confinées dans un gel d’alginate



La diversité des ions structurants et des teneurs en palladium possibles ont permis d’obtenir des matériaux où la taille des particules de palladium et la surface spécifique varient. L’ optimisation des catalyseurs dans la réaction de Suzuki a conduit à des TON de 900 000 et des TOF de 29000 h-1. Les catalyseurs sont stables et recyclables.

Chemistry of Materials, 2009, 621-627 Chemistry of Materials 2012,1505-1510
• Matériaux hybrides

  La possibilité d’encapsuler une phase inorganique avant la gélification du polysaccharide ou de générer cette phase inorganique au sein du gel déjà formé permet d’obtenir une grande diversité de matériaux de part leur composition, leur morphologie et leur texturation.