Academic literature on the topic 'Hydrocolloïdes – Perméabilité'

Des matériaux permettant de créer un environnement favorable à la cicatrisation se développent. En particulier, les pansements hydrocolloïdes permettent d'éliminer le surplus d'exsudat tout en maintenant la plaie en atmosphère humide. Dans le cas des plaies exsudantes, une élimination de liquide a lieu d'une part par absorption, d'autre part par évaporation à travers le revêtement semi-perméable. Afin d'évaluer l'efficacité de ces pansements, il faut donc en caractériser l'absorption et la perméabilité à la vapeur. Nous avons mis au point une méthode expérimentale permettant de mesurer simultanément et indépendamment les cinétiques d'absorption et de transmission. Le gonflement est obtenu en plaçant devant le pansement recouvert de liquide une camera reliée à un ordinateur. La transmission de vapeur est obtenue en mesurant le volume de liquide dans un tuyau horizontal relié au liquide au dessus du pansement. Nous présentons également un modèle du comportement d'un pansement hydrocolloïde en contact avec un solvant. Le gonflement uniaxial est modélisé en utilisant l'approche de Tanaka et Fillmore. On obtient l'expression de l'épaisseur à l'instant t de la couche hydrocolloïde, en fonction de la variation d'épaisseur à l'équilibre et d'un temps caractéristique. En pratique, ce temps caractéristique correspond à la moitié du temps de saturation (pour lequel le pansement doit être changé). Le modèle de gonflement conduit de plus à l'expression de la cinétique de transmission de vapeur, en fonction du flux de vapeur à l'équilibre, de la variation d'épaisseur à l'équilibre et du temps caractéristique. Nous pouvons ainsi caractériser un pansement par des paramètres objectifs, qui dépendent des caractéristiques physico-chimiques de la couche hydrocolloïde et de son épaisseur initiale. Des mesures ont été effectuées sur différents pansements du commerce, et sur des gels de composition identique mais d'épaisseurs initiales différentes.

Les pansements dits " hydrocolloïdes " sont très couramment utilisés dans le traitement des plaies à forte exsudation. Ils permettent de réguler l'hygrométrie au sein d'une plaie tout en évitant une accumulation d'eau susceptible d'entrainer la prolifération de bactéries entre le pansement et la peau. Deux propriétés antagonistes apparaissent alors nécessaires : une fonction d'adhésion pour assurer le maintien du pansement sur la peau, et de fortes propriétés d'absorption et de perméabilité à l'eau pour réguler l'humidité et favoriser la cicatrisation de la plaie. Pour satisfaire ces deux fonctions, des systèmes hétérogènes sont utilisés : l’adhésion est apportée par une matrice adhésive hydrophobe, composée d’un élastomère modifié par un plastifiant et des résines tackifiantes, la régulation de l’humidité est assurée par de fines particules hydrophiles sèches de carboxymethylcellulose (CMC), dispersées dans la matrice adhésive. Un enjeu majeur de ces pansements est le maintien de l’adhésion cutanée dans le temps. Or une perte de l’adhésion est souvent observée après un long contact avec l’eau. Ces travaux de thèse visent à mieux comprendre l’origine de cette perte d’adhésion, à travers l’étude des propriétés mécaniques de la matrice hydrophobe, de ses interactions avec les particules hydrophiles et des mécanismes de transport d’eau. La substitution de la CMC par des particules d’hydrogels synthétisés au laboratoire a permis l’étude plus systématique de l’effet des propriétés physico-chimiques de la phase hydrophile sur l’absorption, la perméabilité et l’adhésion des pansements hydrocolloïdes ainsi mis en œuvre
Hydrocolloid wound dressings are commonly used for the care of highly exuding wounds. They allow to control the wound moisture, while avoiding the water accumulation which could lead to bacterial proliferation between the dressing and the skin. Two antagonist properties appear to be required: an adhesive function to maintain the dressing on the skin, and high water absorption and permeability to control the humidity level and promote healing. To achieve both properties, heterogeneous systems are used : the adhesion is ensured by an hydrophobic adhesive matrix, made of an elastomer modified by plasticizers and tackifying resins, the regulation of the humidity relies on fine dry hydrophilic particles, made of carboxymethylcellulose (CMC), dispersed within the matrix. A major issue of these wound dressings is to maintain a long term skin adhesion. However a loss of adhesion is often observed after a long contact with water. This PhD work aims at a better understanding the origin of this loss of adhesion through the study of the hydrophobic matrix mechanical properties, its interactions with the hydrophilic particles and water transport. Replacing the CMC by tailor-made hydrogel particles allowed to a systematic study of the impact of the physico-chemical properties of the hydrophilic phase on the absorption, the permeability and the adhesion of the hydrocolloid-based adhesives

Les pansements dits " hydrocolloïdes " sont très couramment utilisés dans le traitement des plaies à forte exsudation. Ils permettent de réguler l'hygrométrie au sein d'une plaie tout en évitant une accumulation d'eau susceptible d'entrainer la prolifération de bactéries entre le pansement et la peau. Deux propriétés antagonistes apparaissent alors nécessaires : une fonction d'adhésion pour assurer le maintien du pansement sur la peau, et de fortes propriétés d'absorption et de perméabilité à l'eau pour réguler l'humidité et favoriser la cicatrisation de la plaie. Pour satisfaire ces deux fonctions, des systèmes hétérogènes sont utilisés : l’adhésion est apportée par une matrice adhésive hydrophobe, composée d’un élastomère modifié par un plastifiant et des résines tackifiantes, la régulation de l’humidité est assurée par de fines particules hydrophiles sèches de carboxymethylcellulose (CMC), dispersées dans la matrice adhésive. Un enjeu majeur de ces pansements est le maintien de l’adhésion cutanée dans le temps. Or une perte de l’adhésion est souvent observée après un long contact avec l’eau. Ces travaux de thèse visent à mieux comprendre l’origine de cette perte d’adhésion, à travers l’étude des propriétés mécaniques de la matrice hydrophobe, de ses interactions avec les particules hydrophiles et des mécanismes de transport d’eau. La substitution de la CMC par des particules d’hydrogels synthétisés au laboratoire a permis l’étude plus systématique de l’effet des propriétés physico-chimiques de la phase hydrophile sur l’absorption, la perméabilité et l’adhésion des pansements hydrocolloïdes ainsi mis en œuvre
Hydrocolloid wound dressings are commonly used for the care of highly exuding wounds. They allow to control the wound moisture, while avoiding the water accumulation which could lead to bacterial proliferation between the dressing and the skin. Two antagonist properties appear to be required: an adhesive function to maintain the dressing on the skin, and high water absorption and permeability to control the humidity level and promote healing. To achieve both properties, heterogeneous systems are used : the adhesion is ensured by an hydrophobic adhesive matrix, made of an elastomer modified by plasticizers and tackifying resins, the regulation of the humidity relies on fine dry hydrophilic particles, made of carboxymethylcellulose (CMC), dispersed within the matrix. A major issue of these wound dressings is to maintain a long term skin adhesion. However a loss of adhesion is often observed after a long contact with water. This PhD work aims at a better understanding the origin of this loss of adhesion through the study of the hydrophobic matrix mechanical properties, its interactions with the hydrophilic particles and water transport. Replacing the CMC by tailor-made hydrogel particles allowed to a systematic study of the impact of the physico-chemical properties of the hydrophilic phase on the absorption, the permeability and the adhesion of the hydrocolloid-based adhesives

L'évolution de la qualité d'un aliment au cours du temps est due à la fois aux échanges entre l'aliment et le milieu environnant et également aux migrations se produisant au sein de l'aliment entre ses différents constituants. Des couches barrières comestibles peuvent etre utilisées pour reduire ces échanges et plus particulièrement les échanges hydriques. Des films et des enrobages de nature différente ont été fabriqués dans le but d'évaluer l'influence de la nature et de la structure de ces barrières sur le transfert de la vapeur d'eau. La méthode gravimétrique normalisée adaptée aux conditions d'utilisation des films alimentaires à permis de suivre l'évolution de la perméabilite à la vapeur d'eau. En parallèle, des études d'hydratation (teneur en eau, isothermes de sorption, mobilité d'une sonde paramagnétique, viscosité intrinsèque) et de structure de ces barrières (Diffraction des Rayons x, Microscopie Electronique à Balayage et Analyse Enthalpique Différentielle) ont étée menées afin de mieux comprendre les différences du comportement. Pour les films et enrobages hydrophiles (polysaccharides et/ou protéines), la nature entre l'eau et le sorbitol modifie légèrement la perméabilité ; ces modifications sont dues principalement à des interactions entre l'eau et les substances sauf en présence de sorbitol (plastifiant) ou l'interaction entre l'eau et le sorbitol semble plus forte. La faible affinité pour l'eau des films et des enrobages hydrophobes (paraffines et alcanes) nous a permis d'étudier l'influence de la structure sur le transfert de vapeur d'eau. L'efficacité barrière est fortement reliée à l'état physique de la matière hydrophobe, à sa structure microcristalline et à sa répartition dans le film ou l'enrobage. Les bonnes performances barrière de la paraffine solide sont liées principalement à une structure organisée et homogène du système.

Les hydrogels sont des matériaux polymères hydrophiles qui retiennent de grandes quantités d’eau tout en conservant une structure tridimensionnelle, ce qui les rend adaptés à des applications biomédicales et de filtration. Ce manuscrit se concentre sur les membranes d’hydrogels fabriquées à partir de polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA) réticulé par UV en présence de chaînes de polyéthylène glycol (PEG) et d’un photoamorceur. Les membranes PEGDA/PEG sont sélectionnées pour leur robustesse mécanique et leur perméabilité élevée qui peut être ajustée en fonction de la concentration et de la masse molaire du PEG. Une caractéristique importante de ces membranes est que les chaînes de PEG restent piégées dans la matrice, permettant ainsi de les fonctionnaliser pour une filtration sélective. Notre étude montre que les membranes PEGDA/PEG peuvent retenir sélectivement de petites molécules formant des liaisons hydrogène. Nous fonctionnalisons également les membranes avec de l’acide polyacrylique (PAA) pour les rendre sélectives aux colorants chargés positivement. Les membranes PEGDA/PEG/PAA s’avèrent efficaces pour la rétention du bleu de méthylène et de la rhoda- mine B. La sélectivité de ces membranes est réversible par ajustement du pH, permettant ainsi de les rincer et de les réutiliser. L’analyse structurelle des membranes par diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) révèle que les chaînes de PEG conservent une structure gaussienne dans la matrice de PEGDA, mais avec des rayons de giration et des longueurs de corrélation plus élevés qu’en solution, suggérant des contraintes topologiques comme des greffages chimiques ou des enchevêtrements. Une observation clé est que le rapport surface/volume de la matrice de PEGDA diminue avec l’ajout de PEG, indiquant la formation de cavités plus grandes, ce qui explique l’augmentation de la perméabilité observée. Lorsque la concentration en PEG dépasse une certaine valeur critique (C∗), le rapport surface/volume augmente, suggérant une diminution de la taille des cavités d’eau et, par conséquent, de la perméabilité. Nous développons également un modèle théorique pour prédire la perméabilité des hydrogels PEGDA/PEG en fonction de la masse molaire et de la concentration en PEG pour C < C∗, qui correspond bien aux mesures expérimentales
Hydrogels are hydrophilic polymer materials that retain large amounts of water while maintaining a three- dimensional structure, making them suitable for biomedical and filtration applications. This manuscript focuses on hydrogel membranes made from polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) crosslinked by UV in the presence of polyethylene glycol (PEG) chains and a photoinitiator. PEGDA/PEG membranes are selected for their me- chanical robustness and high permeability, which can be adjusted based on the concentration and molecular weight of PEG. An important feature of these membranes is that the PEG chains remain trapped in the ma- trix, allowing them to be functionalized for selective filtration. Our study shows that PEGDA/PEG membranes can selectively retain small molecules forming hydrogen bonds. We also functionalize the membranes with polyacrylic acid (PAA) to make them selective for positively charged dyes. PEGDA/PEG/PAA membranes prove effective in retaining methylene blue and rhodamine B. The selectivity of these membranes is reversible by adjusting the pH, allowing them to be rinsed and reused. Structural analysis of the membranes by small- angle neutron scattering (SANS) reveals that the PEG chains maintain a local gaussian structure within the PEGDA matrix, but with larger radii of gyration and correlation lengths than in solution, suggesting topolo- gical constraints such as chemical grafting or entanglements. A key observation is that the surface-to-volume ratio of the PEGDA matrix decreases with the addition of PEG, indicating the formation of larger cavities, which explains the observed increase in permeability. When the PEG concentration exceeds a certain critical value (C∗), the surface-to-volume ratio increases, suggesting a decrease in the size of the water cavities and consequently in permeability. We also develop a theoretical model to predict the permeability of PEGDA/PEG hydrogels as a function of the molecular weight and concentration of PEG for C < C∗, which corresponds well with experimental measurements

La biopharmacie s'intéresse au devenir du médicament au contact d'un épithélium. Cela conditionne la biodisponibilité du principe actif, rendant les études biopharmaceutiques indispensables au développement des médicaments. L'obtention de données biopharmaceutiques in vitro passe par l'utilisation de cellules de diffusion. La variabilité des résultats expérimentaux obtenus nous a conduits à développer un nouveau dispositif nommé VitroPharma, destiné à optimiser l'étude de la perméabilité épithéliale. Son originalité réside dans la possibilité d'employer les milieux récepteurs semi-solides en substitution des milieux liquides habituels.Ce travail propose une exploration des capacités de VitroPharma en vue de sa validation. Le dispositif est testé en modalités de dose (i) finie et (ii) infinie, sur (i) peau porcine et (ii) membrane artificielle de silicone, respectivement. Des milieux récepteurs (i) liquide, (ii) semi-solide (hydrogel d'agarose) et (iii) thermogélifiant (hydrogel de poloxamer) sont évalués. La caféine et la testostérone sont utilisées comme composés modèles. Les résultats sont comparés à une méthode de référence.De plus, deux problématiques expérimentales peu étudiées dans la littérature sont évaluées : (i) la formation de bulles à l'interface milieu récepteur-membrane et (ii) l'altération de l'hydratation des membranes biologiques en cours d'essai. Il ressort que l'utilisation de VitroPharma combinée à un milieu récepteur thermogélifiant permet (i) de limiter la formation de bulles et (ii) de contrôler le contenu en eau des explants cutanés.Ainsi le dispositif VitroPharma apparait comme adapté à la tenue d'essais de perméabilité épithéliale, apportant notamment, (i) une manipulation facilitée, (ii) une optimisation des conditions d'essai et (iii) l'obtention de résultats cinétiques de pénétration. Des exemples de développements cliniques mettant à profit les performances de VitroPharma sont présentés en conclusion
Biopharmacy studies the outcomes of contact between a medicine and its administration site epithelium, thus determining active compound bioavailability. Hence, biopharmaceutical studies are paramount to drug development processes. Biopharmaceutical data are obtained in vitro using experimental devices (i.e., diffusion cells) but show high variability. To overcome this limitation we development a new experimental device, called VitroPharma, meant to optimize the study of epithelial permeability. Distinctiveness of this innovating diffusion cell is due to substitution of classical liquid receptor medium with semi-solid medium.In this work, validation studies of VitroPharma are detailed including (i) finite and (ii) infinite dosing protocols using (i) biological membrane (i.e., pig ear skin) and (ii) artificial silicone membrane, respectively. Three different types of receptor medium are employed: (i) liquid medium, (ii) semi-solid medium (i.e., 2% agarose hydrogel) and (iii) thermogelifying medium (i.e., 20% poloxamer 407 hydrogel). Caffeine and testosterone are used as model compounds. Permeability results are displayed and compared to that obtained using reference Franz static diffusion cell.Furthermore, two experimental pitfalls often mentioned but scarcely studied in literature are evaluated, that is (i) bubble formation at the membrane-receptor medium interface and (ii) biological membrane hydration modification over assay time. VitroPharma combined to thermogelifying receptor medium was found efficient (i) in reducing bubble formation and (ii) enabling control of biological membrane water content.Therefore, VitroPharma appears adapted to the in vitro study of epithelial permeability, enabling (i) easy handling, (ii) optimized experimental parameters and (iii) dual penetration and permeation determination. To conclude this work, examples of clinical outcomes that could advantageously use VitroPharma are presented

Développer un matériau pour une application dans le domaine des lentilles de contact nécessite de satisfaire plusieursexigences, notamment sur la transparence optique, sur la stabilité chimique et thermique. En outre, puisque le matériauest directement en contact avec le tissu de l'oeil, il doit être mouillable, biocompatible, résistant à l'encrassementbiologique, et perméable à l'oxygène. La perméabilité à l'oxygène (Dk) est un paramètre important pour la conceptionde lentilles de contact. Ce paramètre représente la facilité qu’aura l’oxygène à diffuser à travers la lentille vers l’oeil.Dans ce contexte, nous décrivons deux voies de recherche sur une nouvelle formulation afin de répondre à ces critères. Dans une première approche, cette recherche est axée sur la synthèse d’hydrogels de morphologie spécifique, en particulier, sur la synthèse simultanée et/ou séquentielle de réseaux polymères interpénétrés (IPN) permettant d’obtenir unemorphologie à phases co-continues. Parmi les nombreux monomères biocompatibles, nous nous sommes focalisésinitialement sur la combinaison d'un acrylate fluoré (2,2,2 -trifluoroéthyl méthacrylate, TFEM) et de la 1 -vinyl-2 -pyrrolidone (NVP), ce système étant comparé à un IPN constitué d’un monomère siloxane (3-[tris (triméthylsiloxy)-silyle] méthacrylate de propyle], TRIS), bien connu dans le domaine des lentilles de contact en raison de ses bonnes propriétés de transport de l'oxygène. Dans une deuxième approche, ces systèmes sont considérés comme une référence et nous avons prospecté l’élaboration d’IPN à base d’alginate et d’acrylamide, ces hydrogels ayant démontré des propriétés attractives, en particulier les propriétés mécaniques. Plusieurs formulations de gels ont été préparées et l'influence de leur composition sur les propriétés d’intérêt est décrite. En effet, ces hydrogels sont caractérisés d’un point de vue chimique par spectroscopie IRTF, chromatographie couplée GC-MS et d’un point de vue morphologie par microscopie MEB afin de mettre en évidence une morphologie avec des phases co-continues. Les propriétés mécaniques sont aussi déterminées. La perméabilité à l’oxygène étant en partie liée aux propriétés de gonflement du gel, la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a permis de déterminer et de quantifier l’eau absorbée dans ses différents états thermodynamiques et ces données sont reliées aux mesures de perméabilité. Une autre partie de ce projet est centrée sur la simulation numérique des hydrogels et de leurspropriétés physico-chimiques telles que le gonflement dans l’eau et la diffusion de molécules de gaz. Nous avons utilisé la méthode de dynamique moléculaire (MD) avec le champ de force COMPASS afin de modéliser les polymères les plus communs dans le domaine des lentilles de contact
To design a material for contact lens application, the candidate materials must satisfy several requirements, including theoptical transparency, the chemical and thermal stability. In addition, since the material is directly in contact with the eyetissue, it should be tear wettable, biocompatible, biofouling resistant and oxygen permeable. Oxygen permeability (Dk) isan important parameter for the contact lens design as it is representative of the lens ability to diffuse oxygen at the eye.In this context, we are following two ways for a new formulation answering to these constrains. First, this research is focusedon the simultaneous or two-step synthesis of IPNs (interpenetrating polymer network) as a means to obtain a cocontinuousphases structure. Among the available biocompatible monomers, the work was initially focused on the achievement of IPN's based on a fluorinated acrylate - TFEM (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) and the 1 -vinyl-2 -pyrrolidone (NVP). Such a system is compared to IPN's based on a siloxane monomer - TRIS (3 - [tris (trimethylsiloxy) silyl] propyl methacrylate]), well known in the field of contact lens thanks to its properties of oxygen transport. These systems are chosen as a reference. In a second part, our research was concentrated on the development of IPN based on alginate and polyacrylamide which have demonstrated attractive properties for biomedical applications, especially their mechanical properties. Several formulations of biocompatible hydrogels were prepared and the influence of their composition on the interest properties is described. These hydrogels are characterized from a chemical point of view by FTIR spectroscopy and GC-MS chromatography, from themorphological point of view by SEM microscopy in order to prove the presence of co-continuous phases. The mechanicalproperties were also investigated. The differential scanning calorimetry (DSC) was used to determine and quantify theabsorbed water in its various thermodynamic states. The oxygen permeability was measured by polarographicelectrochemical method and relations between this parameter and gel swelling and structural properties discussed. Anotherpart of the project is computational simulation of hydrogel systems and its physico-chemical properties. Especially, wewere focused on modeling of various physic-chemical processes in hydrogels such as their swelling in water anddiffusion of gases molecules. We used molecular dynamics method (MD) with the COMPASS force field to be able tomodel polymer systems widely used in contact lens field

Les hydrogels, qui sont des réseaux de chaînes de polymères dans l’eau, sont caractérisés par des structures poreuses et hydrophiles qui en font en principe des matériaux avantageux utilisés dans le domaine de la filtration. Le contrôle du transport des solutés et des particules dans ces réseaux de polymères peut être réalisé en contrôlant leur morphologie microscopique et leur porosité. Dans cette thèse, nous concevons des membranes d’hydrogel composites autoportantes basées sur la polymérisation du poly(éthylène glycol) diacrylate PEGDA en présence de chaînes de poly(éthylène glycol) PEG. Nous étudions l'effet de la concentration et de la masse molaire du PEG sur les propriétés de perméabilité à l'eau ainsi que sur la sélectivité des membranes composites PEGDA/PEG et leur lien avec leurs propriétés structurelles. Nous montrons que les chaînes de PEG restent irréversiblement piégées dans la matrice du PEGDA, même après plusieurs cycles de filtration, ce qui contredit la littérature existante rapportant l'utilisation de chaînes de PEG comme agents de porogènes pour induire la porosité dans les matrices réticulées. Nous observons que l'ajout de chaînes de PEG, avec des concentrations et des masses molaires différentes, permet de régler la perméabilité à l’eau des systèmes d'hydrogel PEGDA/PEG sur plusieurs ordres de grandeur. Nous montrons que la perméabilité présente un maximum avec la concentration de recouvrement des chaînes de PEG, ce qui est un phénomène robuste observé pour les différentes masses molaires de PEG étudiées. En plus, nous étudions la sélectivité de membranes de PEGDA/PEG en filtrant des particules de polystyrène de différentes tailles. Nos résultats suggèrent que la présence de chaînes de PEG dans la matrice du PEGDA crée des défauts locaux à l'échelle nanométrique dans la densité de réticulation qui peuvent contrôler la perméation des particules et de l'eau à travers les échantillons
Hydrogels, which are networks of polymer chains in water, are characterized by porous and hydrophilic structures that make them in principle advantageous materials used in the field of filtration. Controlling the transport of solute and particle in such polymer networks can be achieved by controlling their microscopic morphology and porosity. In this thesis, we design free-standing composite hydrogel membranes based on the polymerization of poly(ethylene glycol) diacrylate PEGDA in the presence of poly(ethylene glycol) PEG chains. We investigate the effect of PEG concentration and molecular weight on the water permeability properties as well as the selectivity of PEGDA/PEG composite membranes and their link with their structural properties. We show that the PEG chains remain irreversibly trapped in the PEGDA matrix even after several filtration cycles which contradicts existing literature reporting the use of PEG chains as templating agents to induce porosity in cross-linked matrices. We observe that the addition of PEG chains, with different concentrations and molecular weights, allows to tune the water permeability of the PEGDA/PEG hydrogel systems over several orders of magnitude. We show that the permeability presents a maximum with the overlap concentration of PEG chains, which is a robust phenomenon observed for several molecular weights. In addition, we investigate the selectivity of the PEGDA/PEG membranes by filtering polystyrene particles of different sizes. Our results suggest that the presence of PEG chains in the PEGDA matrix provide some local nanoscale defects in the cross-linking density that may control the permeation of particles and water across the samples

Cette thèse a pour objectif d’étudier les propriétés physico-chimiques de capsules à cœur liquide à base d'hydrogel d'alginate et de contrôler leur perméabilité et propriétés mécaniques par ajout des biopolymères. Ces capsules sont préparées par un procédé de sphérification inverse par extrusion goutte à goutte d’une solution de chlorure de calcium dans un bain à base d’alginate. Dans un premier travail, l’influence des polymères utilisés pour contrôler la viscosité du cœur liquide lors de la préparation des capsules sur la perméabilité et la stabilité mécanique a été étudiée. Les propriétés mécaniques des capsules ont été corrélées avec les propriétés viscoélastiques d’hydrogels d’alginate caractérisés par rhéologie oscillatoire aux faibles amplitudes. Un second travail, a consisté à élaborer des capsules composites avec une membrane de caséinate de sodium/alginate qui présentent une meilleure stabilité et une libération pH-dépendante d’un colorant utilisé comme molécule modèle. Comme perspective a cette étude, des hydrogels sphériques à base d’alginate et de caséinate de sodium, avec différentes architecture ont été développés et leur efficacité a été testée sur trois colorants. Enfin, l’influence de l’incorporation de la gomme laque dans la membrane ou comme revêtement externe a permis de mettre en évidence une amélioration des propriétés barrières vis-à-vis de molécules de faible masse moléculaire (riboflavine dans ce cas). Les capsules à base d’alginate ont un large spectre d’utilisation allant de la cuisine moléculaire à la biotechnologie ce qui nécessite une meilleure compréhension et contrôle de leurs propriétés physicochimiques en fonction de l’application visée
The aim of this thesis is to study the physicochemical properties of alginate liquid-core capsules and to control their permeability and mechanical properties by biopolymers blending. These millimeter-scale size capsules are prepared by a reverse spherification process by dripping a solution of calcium chloride into an alginate gelling bath. In a first work, the influence of polymers used to control capsule liquid-core viscosity (thickening agent) during capsules preparation on permeability and mechanical stability of the alginate membrane was investigated. The mechanical properties of capsules were correlated with viscoelastic properties of plane alginate hydrogels characterized by small amplitude oscillatory shear rheology. In a second work, composite capsules with a membrane of sodium caseinate / alginate were developed and showed improved stability and pH-dependent release of a dye used as a model molecule. As a perspective, composite alginate/sodium caseinate microspheres with different architectures were developed and their effectiveness was tested against three anionic dyes. This type of system has applications in the removal of dyes from industrial wastewater by an adsorption mechanism. Finally, the influence of shellac incorporation in alginate membrane or as an external coating layer resulted in enhanced physicochemical properties and decreased membrane permeability against low molecular weight molecules (riboflavin in this case). Alginate capsules have a wide range of applications ranging from molecular gastronomy to biotechnology which requires a better understanding and control of their physicochemical properties according to the target application

Alors que l’éthique et la loi poussent la recherche à plus de sécurité, ainsi qu’à une moindre utilisation des animaux, il est devenu crucial de développer des systèmes in vitro d’une plus grande pertinence. Depuis la fin du XXe siècle, plusieurs systèmes ont fait leur apparition pour tenter de pallier les difficultés rencontrées, et notamment les « organes-sur-puces » (organ-on-chip systems). Ces systèmes microfluidiques de culture cellulaire avancés permettant de recréer certaines fonctions tissulaires grâce au contrôle très précis des conditions du microenvironnement cellulaire. Malgré les avancées de la bioingénierie et l’amélioration de nos méthodes de culture in vitro, la discipline est jeune et de nombreux progrès restent à faire. Les travaux présentés ici détaillent le développement d’un organe-sur-puce incluant une membrane d'hydrogel déformable et dégradable, aux propriétés physico-chimiques proches de tissus mous tels que les poumons ou les intestins. Cette puce semble pertinente pour accueillir des tissus barrières, composés de plusieurs types cellulaires, organisés de part et d'autre, ainsi qu'au sein de cette barrière, souvent soumise à des stimuli mécaniques. Durant ce doctorat, plusieurs objectifs ont été atteints : - Concevoir et fabriquer un organe-sur-puce incluant un hydrogel biocompatible et déformable, ainsi qu’un système microfluidique permettant le contrôle indépendant du flux et de la déformation de la membrane d’hydrogel. - Caractériser la déformation subie par l’hydrogel. - Cultiver dans la puce des cellules intestinales, formant un épithélium structuré en trois dimensions, et caractériser sa perméabilité à des molécules de tailles variées
Modern day ethics and laws call for more safety and use of fewer animals in biomedical research. It became crucial to develop novel in vitro devices of higher relevance. Since the end of the twentieth century, several systems have been proposed by researchers in attempts to palliate the shortcomings of current systems. Notably, organs-on-chip systems are specifically tailored to recapitulate tissue functions in a manner that remains easily accessible for the experimenter. Despite the significant improvements that were brought during the last century to in vitro cell and tissue culture systems, the field of bioengineering is still young and much progress remains to be done. The work presented here details the development of an organ-on-chip that includes a biocompatible and actuatable hydrogel membrane, with controlled physico-chemical properties. Such chip is relevant when hosting barrier tissues, which are composed of several cell types, disposed on each side of a barrier, as well as within its bulk, and are often submitted to mechanical stimuli. During this PhD, several objectives have been attained. Notably, we: - Designed and produced an organ-on-chip including a biocompatible and actuatable hydrogel layer, as well as a microfluidic system allowing the independent control of both flow and actuation. - Characterized the deformation of the hydrogel layer. - Cultured intestinal cells within the chip, which formed a three dimensionally structure epithelium, and characterized its apparent permeability to molecules of varying sizes