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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-1105

DOMAINE DE RECHERCHE
Matière molle et fluides complexes / Physique de l’état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Caractérisation multi-échelle d'hydrogels d'intérêt biologique

RÉSUMÉ DU SUJET

Les hydrogels sont des matériaux intelligents constitués d'une matrice solide remplie d'eau. Ces matériaux présentent une porosité très élevée et peuvent contenir une très grande quantité d'eau ; ils apparaissent donc comme des réservoirs à eau capables de libérer ou d'absorber du liquide. Ces propriétés ainsi que leur biocompatibilité éventuelle rendent ces matériaux très attractifs dans de nombreux domaines d'applications comme l'agroalimentaire ou le biomédical. Comprendre la réponse de ces gels sous contrainte est d'une importance primordiale, aussi bien au plan fondamental que pour les applications, en particulier lors de procédés de séchage ou d'imbibition. Ils doivent pouvoir encaisser les contraintes et ne pas fracturer. Dans ce cadre général nous nous proposons de travailler sur des hydrogels constitués de nanoparticules de silices associées à des protéines modèles. Grâce à la présence de protéines, il est possible de modifier la structure du gel en changeant les interactions entre constituants et de conférer des propriétés biologiques intéressantes. L'ajout d'espèces ioniques qui écrantent la répulsion électrostatique entre nanoparticules permet à la solution liquide de géliflier par un processus de percolation. L'ajout de protéines qui s'adsorbent sur les particules colloïdales permet d'apporter de nouvelles fonctionnalités biologiques au gel, tout en modulant les propriétés mécaniques allant d'une rhéologie viscoélastique à un comportement fragile. Le projet vise tout d'abord à contrôler les propriétés mécaniques des hydrogels protéiques qui peuvent de manière réversible, gonfler ou dégonfler lorsqu'ils se remplissent ou se vident de leur liquide. Ces effets induisent des modifications de la structure du gel. Nous souhaitons relier ces modifications de structure (échelle des nanoparticules) aux propriétés mécaniques (échelle macroscopique). A l'échelle du nanomètre, les hétérogénéités de structure ainsi que la perméabilité du milieu seront quantifiées par des techniques de tomographie, de diffusion de neutrons ou de rayons X et également par des techniques de cryo-microscopie. L'aspect macroscopique concernera l' étude des propriétés mécaniques du gel (instabilités mécaniques, déformations, propriétés mécaniques par mesures de nano-indentation). En résumé, nous proposons, une approche multi-échelle pour comprendre les processus de séchage et de gonflement d'hydrogels, en couplant les propriétés mécaniques aux modifications de la structure à l'échelle du nanomètre. La partie macroscopique se déroulera au laboratoire FAST de Paris-Saclay (en collaboration avec le laboratoire Charles Coulomb de Montpellier), tandis que la caractérisation à l'échelle du nanomètre sera réalisée au laboratoire LIONS (CEA).

Le financement de la thèse est assuré.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master physique, physico-chimie ou matériaux

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/11/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Patrick GUENOUN  

CEA
DRF/IRAMIS/NIMBE/LIONS
Patrick Guenoun
Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)
IRAMIS/NIMBE/LIONS
CEA Saclay, Bât.125, p.243
91191 Gif-Sur-Yvette Cedex

Téléphone : +33 1 69 08 74 33

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Physique en Île-de-France (EDPIF)