Topic description
La microfluidique en gouttes permet la production de microcapsules monodisperses avec un contrôle précis de la taille, de l'épaisseur de coque et de la structure interne, ce qui dépasse les procédés d'encapsulation classiques en termes de reproductibilité et de capacité de fonctionnalisation. Elle est déjà utilisée pour encapsuler cellules, bactéries et enzymes dans des matrices polymères, inorganiques ou hybrides, avec des applications en biomédecine, agroalimentaire, matériaux fonctionnels et stockage d'énergie.
Le procédé sol‑gel, à base d'alcoxydes de silicium ou de précurseurs sililés, permet de former à basse température des matrices silice ou hybrides organique–inorganique, compatibles avec l'immobilisation de biomolécules et de micro‑organismes. L'introduction d'argiles finement dispersées (bentonite, montmorillonite, nanotubes d'halloysite) dans ces réseaux sol‑gel crée des architectures poreuses hiérarchiques et renforce la stabilité mécanique et la capacité d'adsorption. La magnétite (Fe₃O₄) reconnue comme médiateur conducteur capable de favoriser le DIET a déjà été intégré au procédé sol-gel tout comme d'autres matériaux conducteurs, principalement carbonés ayant montré une amélioration de la méthanogénèse.
Dans ce contexte, la thèse visera à concevoir et tester des microcapsules hybrides sol‑gel/argile intégrant de la magnétite, éventuellement couplée à des phases carbonées conductrices, produites par microfluidique en gouttes, afin d'encapsuler des bactéries méthanogènes dans un environnement favorisant le DIET.
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Droplet microfluidics allows the production of monodisperse microcapsules with precise control over size, shell thickness, and internal structure, surpassing conventional encapsulation processes in terms of reproducibility and functionalization capacity. It is already used to encapsulate cells, bacteria, and enzymes in polymeric, inorganic, or hybrid matrices, with applications in biomedicine, agri-food, functional materials, and energy storage. The sol-gel process, based on silicon alkoxides or silylated precursors, makes it possible to form silica or organic-inorganic hybrid matrices at low temperatures, compatible with the immobilization of biomolecules and microorganisms. The introduction of finely dispersed clays (bentonite, montmorillonite, halloysite nanotubes) into these sol-gel networks creates hierarchical porous architectures and enhances mechanical stability and adsorption capacity. Magnetite (Fe₃O₄), recognized as a conductive mediator capable of promoting DIET, has already been integrated into the sol-gel process, just like other conductive materials, mainly carbon-based, which have shown an improvement in methanogenesis.
In this context, the thesis will aim to design and test hybrid sol-gel/clay microcapsules incorporating magnetite, possibly coupled with conductive carbon phases, produced by drop microfluidics, in order to encapsulate methanogenic bacteria in an environment favoring DIET.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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