Mesr: hydrogel polysaccharidique multi-sensible (t, ph, lumière) // polysaccharide multi‑stimuli‑responsive hydrogel (temperature, ph, light)

Topic description

Un gel macromoléculaire est une matrice polymère gonflée par une grande quantité de solvant. Les chaînes polymères sont connectées entre elles par plusieurs nœuds de réticulation, formant ce qu'on appelle un réseau. Les hydrogels polymères, par leur capacité à absorber et retenir des quantités importantes d'eau et de fluides biologiques, peuvent être utilisés dans différents domaines d'applications tels que le médical, l'environnement, la cosmétique etc… Parmi ces hydrogels, certains ont la capacité de réagir à des stimuli variés tels que le pH, la température, la force ionique etc, mais rares sont ceux doués d'une sensibilité à de multiples stimili.
En raison de leur biocompatibilité et biodégradabilité, les polysaccharides présentent des avantages pour diverses applications dans les domaines biomédicaux. Parmi les polymères d'origine naturelle, l'alginate, polysaccharide extrait d'algues brunes, a déjà été utilisé soit comme support de médicaments et/ou de cellules ou comme échafaudage poreux 3D pour l'ingénierie tissulaire.
L'objectif de cette thèse est de synthétiser des glycopolymères multi-répondants dérivés d'alginate, de formuler et caractériser les hydrogels parents capables de répondre à la fois à un changement de température, de pH ou de force ionique en passant d'un état soluble à un état gel physique. Enfin, une réticulation réversible induite par la lumière permettra de réticuler chimiquement le gel et moduler réversiblement les propriétés du matériau (Figure 1 gauche).
L'approche méthodologique ciblée (Figure 1 droite) permettra d'établir une démarche d'ingénierie inverse robuste. Elle sera basée sur des études multi-échelles : des monomères, aux polymères jusqu'aux propriétés d'usages des matériaux. Ainsi les propriétés chimiques et physico-chimiques aux différentes échelles seront déterminées (RMN, SEC, FTIR, Flurorescence/UV). Les propriétés physiques (mécaniques et rhéologiques) des gels sous stimulation (température et lumière) seront étudiées en collaboration avec l'équipe GEMICO de l'axe « Génie des Produits ». Enfin, la mise en place d'outils de modélisation de l'effet de la composition chimique des macromolécules sur les propriétés d'usage et de corrélations entre les caractérisations et les propriétés finales des matériaux seront initiées en s'appuyant sur l'expertise de membres de l'axe 5 du LRGP. Le/la candidat(e) recrutée pourra s'appuyer sur l'expertise des membres de l'équipe M4 de l'axe « Génie des Produits » sur la synthèse de glycopolymères photosensibles.
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A macromolecular gel is a polymer matrix swollen by a large amount of solvent. The polymer chains are interconnected by several crosslinking points, forming what is referred as a network. Polymeric hydrogels, owing to their ability to absorb and retain large amounts of water and biological fluids, can be used in various application fields such as medicine, environmental engineering, and cosmetics. Among these hydrogels, some are capable of responding to various stimuli such as pH, temperature, or ionic strength; however, only a few exhibit sensitivity to multiple stimuli.
Due to their biocompatibility and biodegradability, polysaccharides offer significant advantages for numerous biomedical applications. Among naturally derived polymers, alginate—a polysaccharide extracted from brown algae—has already been used as a drug and/or cell delivery support or as a porous three‑dimensional scaffold for tissue engineering.
The objective of this PhD project is to synthesize multi‑responsive glycopolymers derived from alginate, to formulate and characterize the corresponding parent hydrogels capable of responding simultaneously to changes in temperature, pH, or ionic strength by transitioning from a soluble state to a physical gel state. Finally, a light‑induced reversible crosslinking strategy will enable chemical crosslinking of the gel and reversible modulation of the material's properties (Figure 1, left).
The targeted methodological approach (Figure 1, right) will enable the establishment of a robust reverse‑engineering strategy. It will be based on multi‑scale studies ranging from monomers to polymers and up to the materials' end‑use properties. Accordingly, chemical and physicochemical properties at the different scales will be determined (NMR, SEC, FTIR, Fluorescence/UV). The physical (mechanical and rheological) properties of the gels under stimulation (temperature and light) will be investigated in collaboration with the GEMICO team within the ‘Product Engineering' research axis. Finally, the development of modeling tools addressing the effect of macromolecular chemical composition on usage properties, as well as correlations between characterization data and final material properties, will be initiated based on the expertise of members of Axis 5 of LRGP. The recruited PhD candidate will benefit from the expertise of members of the M4 team of the ‘Product Engineering' axis, particularly in the synthesis of photosensitive glycopolymers.
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Début de la thèse : 01/11/

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Enseignement supérieur