Literatura académica sobre el tema "Nanoparticules biosourcées"

Cette thèse s'inscrit dans un contexte développement durable et vise à améliorer les propriétés des polymères biodégradables, en mettant l'accent sur l'utilisation du PLLA et du PBAT en tant qu'alternatives prometteuses aux polymères traditionnels, particulièrement dans le secteur de l'emballage à usage court. Ce travail s'est tout d'abord intéressé aux limitations associées au PLLA, telles que sa cristallisation lente et sa cristallinité limitée. L'approche adoptée a consisté à incorporer des nanoparticules biosourcées (NP) comme les nanocristaux de cellulose et de chitine en tant qu'agents de nucléation, pour formuler des nanocomposites PLLA-PEG-NP. Les résultats ont révélé un net accroissement de la vitesse de cristallisation et du degré de cristallinité du PLLA, avec une efficacité de nucléation variant selon les propriétés de surface spécifiques des NP. La deuxième partie s'est attachée à optimiser la dispersion des nanocristaux de cellulose aminés (NCC-Am) dans le PLLA plastifié par le PEG. L'ajout de NCC-Am a renforcé la résistance à la traction et le module d'Young du PLLA de manière significative, atteignant des performances optimales à une concentration massique en NCC de 2 %. La troisième partie a abordé l'amélioration du mélange PBAT/amidon thermoplastique (TPS) par l'incorporation de nanofibrilles lignocellulosiques (NFC-L), palliant ainsi les limitations liées à la faible fraction de TPS et à sa sensibilité à l'humidité. Les mélanges enrichis en NFC-L ont démontré une augmentation notable de la résistance à l'eau et des propriétés mécaniques, présentant une option durable pour diverses applications de ces polymères. Cette thèse souligne le potentiel significatif de ces stratégies pour améliorer les performances des polymères biodégradables, ouvrant de nouvelles voies pour le développement des matériaux respectueux de l'environnement
This thesis was set in a sustainable development context and aimed at improving the properties of biodegradable polymers, focusing on the use of PLLA and PBAT as promising alternatives to traditional polymers, particularly in the short-term packaging sectors. The first part of this work addressed the limitations associated with PLLA, such as its slow crystallization and limited crystallinity. The adopted approach involved incorporating biobased nanoparticles (NPs) like cellulose and chitin nanocrystals as nucleating agents to formulate PLLA-PEG-NP nanocomposites. The results revealed a significant increase in the crystallization rate and the degree of crystallinity of PLLA, with the nucleation efficiency varying with the specific surface properties of the NPs. The second part focused on optimizing the dispersion of amino-functionalized cellulose nanocrystals (CNC-Am) in PEG-plasticized PLLA. The incorporation of CNC-Am substantially increased the tensile strength and Young's modulus of PLLA, reaching optimum performance at a 2 wt% NCC concentration. The final section dealt with the enhancement of PBAT/thermoplastic starch (TPS) blends by incorporating lignocellulosic nanofibrils (CNF-L), thereby overcoming the constraints related to the low fraction of TPS and moisture sensitivity. The water resistance and mechanical properties of the blends incorporating CNF-L were notably increased, providing a sustainable option for various applications of these polymers. This thesis highlighted the significant potential of these strategies to improve the performance of biodegradable polymers, opening new avenues for the advancement of environmentally-friendly materials

Les méthodes électrohydrodynamiques (EHD) permettent avec un dispositif peu coûteux de mettre en forme un polymère sous forme de film ou de particules par pulvérisation électrohydrodynamique (P-EHD) ou encore sous forme de fibres par électrofilage. Les structures obtenues peuvent être très régulières et avoir des dimensions micrométriques ou submicrométriques. En raison de ces avantages, ces méthodes sont étudiées pour la mise en forme du chitosan. Ce polymère biosourcé présente de nombreuses qualités telles que la biocompatibilité, la biodégradabilité, l’activité antibactérienne ou encore la muco-adhésion.Cette thèse aborde les méthodes EHD et principalement la P-EHD du chitosan, un sujet attractif dont les applications étudiées sont vastes : on peut notamment compter le médical (ingénierie tissulaire, vectorisation), l’alimentaire (additifs et films alimentaires), le traitement des effluents ou encore le textile. Cependant cette méthode possède certaines limitations. Tout d’abord, le procédé présente une grande variabilité selon le chitosan utilisé, la préparation des solutions et la configuration utilisée. Ensuite les particules obtenues dans la littérature sont inhomogènes en taille, ce qui limite leur application, notamment en vectorisation. La question est alors de savoir comment obtenir des particules de chitosan de tailles contrôlées et homogènes. Pour répondre à cette question, une analyse critique de la littérature a permis de préparer une démarche expérimentale menée en quatre étapes : (1) caractérisation des chitosans employés, (2) mesure des propriétés physiques des différentes solutions, (3) étude de la stabilité du procédé, (4) détermination de la morphologie et de la distribution en taille des particules obtenues. Cette étude a permis de mettre en avant des paramètres permettant une P-EHD stable, le contrôle de la taille et de l’homogénéité des particules. Enfin, dans une démarche biomimétique la mise en forme du chitosan a été étudiée pour tenter de reproduire les structures qui confèrent des propriétés remarquables comme l’hygrochromie ou l’hydrophobicité pour des insectes tels que les scarabées et les cigales
Electrohydrodynamic (EHD) methods enable to produce with one low cost set-up polymeric films/particles by electrospray or polymeric fibres by electrospinning. Particles or fibres produced by these methods can be very uniform in size. Therefore, electrospray and electrospinning of chitosan are appealing topics of re-search. Chitosan is a bio-based material possessing numerous qualities such as biocompati-bility, biodegradability, antibacterial activity and muco-adhesion. This thesis deals with EHD methods with a focus on chitosan electrospray whose applications are abundant in health (tissue engineering, drug delivery), food (nutrients en-capsulation, cling film), wastewater treatment and textiles. However electrospray has several limitations. First, effective electrospray depends of the grade of the chitosan, of the preparation of the solution and of used set-up. Second, particle-size distribution reported in literature are broad whereas applications such as drug delivery require monodisperse particle-size distributions. Then, the question is to know how to produce chitosan particles of monodisperse controlled size. To answer this question, a critical analysis of literature led to an experimental approach divided in four steps : (1) characterization of chitosan, (2) measurement of chitosan solution properties, (3) study of stability of electrospray process, (4) assessment of deposit morphology and particle-size distribution. Finally, as part of a biomimetic approach, imitation with chitosan of natural shapes has been studied. These shapes are part of structures that confer striking properties such as hygrochromic behavior and hydrophobicity to insects

Cette thèse représente un projet multidisciplinaire qui explore des aspects allant de l'ingénierie des solvants à la catalyse à l'aide de nanoparticules métalliques. Dans le cadre de ce projet, l’ingénierie des solvants a été appliquée à des solvants eutectiques profonds (SEP) biosourcés synthétisés à partir de tosylalaninate de choline et de glycérol afin diminuer leur viscosité en utilisant différentes quantités de dioxyde de carbone. Les rotors moléculaires ont été utilisés comme méthode innovante pour mesurer la viscosité, évitant ainsi l’utilisation d’une instrumentation coûteuse et donnant accès à la microviscosité du système. De plus, ce système a été appliqué à la synthèse de nanoparticules de palladium, jouant également un rôle de stabilisants, qui ont été entièrement caractérisées. Les nanoparticules de palladium bien dispersées ont été ensuite utilisées pour l'hydrogénation catalytique de liaisons C-C insaturées, de groupes nitro et carbonyle. Le CO2 dans ses états sub- ou supercritique a été utilisé pour améliorer l'efficacité des nanoparticules de palladium dans les réactions d'hydrogénation catalytique et subséquemment pour l'extraction du produit après la réaction de catalyse. Ce travail représente an effort pour intensifier un procédé dehydrogénation dans un milieu très visqueux, non volatile, biodégradable, biosourcé et non-toxique en utilisant du CO2 1) pour améliorer le transfert de matière et 2) pour extraire les produits de la réaction du milieu réactionnel
This Thesis represents a multi-disciplinary project where aspects going from solvent engineering to catalysis using metal-based nanoparticles, are explored. In this project, solvent engineering has been applied to bio-based deep eutectic solvents (DES) synthesized from choline tosylalaninate and glycerol in an effort to decrease the solvent viscosity by using different amounts of carbon dioxide. In this context, molecular rotors were used as an innovative method to measure the viscosity, avoiding the use of expensive instrumentation and giving the possibility to access to the microviscosity of the system. Furthermore, DES have been applied for the synthesis of palladium nanoparticles, also acting as stabilizers, which were fully characterized. The as-prepared palladium nanoparticles were then used for catalytic hydrogenations of unsaturated C-C bonds, and nitro and carbonyl groups. Sub and supercritical CO2 conditions have been applied to improve the efficiency of the palladium nanocatalysts in hydrogenation reactions and afterwards for the extraction of organic products. This work represents an effort to intensify a hydrogenation process in a highly viscous, non-volatile, biodegradable, and non-toxic DES by using CO2 in order to decrease mass transfer limitations and to extract products from the reaction media

Cette thèse s’intéresse à la synthèse biosourcée de métallophosphates poreux pour trouver des solutions à l’épuisement des réserves naturelles de sources de phosphore qui servent habituellement à l’élaboration des réactifs inorganiques phosphorés (ex. H3PO4). Ceux-ci sont notamment utilisés pour la synthèse des métallophosphates poreux. Ces derniers possèdent des propriétés importantes dans les domaines de la catalyse, de l’adsorption et de la séparation. Toutefois il existe d’autres domaines peu étudiés tels que le biomédical et l’environnement où ces matériaux sont aussi utilisés. Au cours de cette thèse, la synthèse de zincophosphates et d’aluminophosphates poreux biosourcés a été réalisée à partir de différentes biomolécules (la caséine et les nucléotides) par la voie hydrothermale. Plusieurs paramètres de synthèse ont été étudiés (pH, température de synthèse, concentration des réactifs, influence des conditions de calcination ...). Les solides ont été caractérisés à l’aide de différentes techniques instrumentales (DRX, MEB, RMN31P, manométrie de N2, spectrofluorimétrie ...). Les propriétés antibactériennes et cytotoxiques des zincophosphates éventuellement enrichis en nanoparticules d’argent synthétisées à partir de caséine ont été évaluées sur la souche bactérienne Escherichia coli K 12 et des cellules ostéoprogénitrices STRO1A+ respectivement. Ces travaux situés à l’interface de la chimie des matériaux et de la biologie permettent d’envisager l’application des nouveaux métallophosphates synthétisés dans les domaines émergents du biomédical et de l’environnement
This thesis work focuses on the biosourced synthesis of metal phosphates in order to find solutions to the depletion of the natural phosphorus resources that are usually used for the preparation of the phosphorus-containing inorganic reagents (i.e., H3PO4). Hydrothermal synthesis of metal phosphates involved them for example. Porous metal phosphates have important properties in catalysis, adsorption and separation fields. However, there are also less explored domains such as biomedical and environmental ones where they are further used. During this thesis, the synthesis of biosourced porous zinc phosphates and aluminum phosphates has been carried out using different biomolecules (casein and nucleotides) by hydrothermal method. Many synthesis parameters were studied (pH, synthesis temperature, reagents concentration, influence of calcination conditions ...). Solids were characterized using different techniques (XRD, SEM, 31P NMR, N2 adsorption, spectrofluorimetry ...). The antibacterial and cytotoxic properties of zinc phosphates optionally enriched in silver nanoparticles synthetized with casein were evaluated on the bacterial strain Escherichia coli K 12 and STRO1A+ osteoprogenitor cells respectively. This work at the interface of materials chemistry and biology makes possible to consider the application of the prepared new metal phosphates for emerging biomedical and environment fields

Les élastomères chargés sont des matériaux nanocomposites présentant un compromis de propriétés unique exploité notamment dans les bandes de roulement des pneumatiques. Ils comprennent une charge renforçante, silice ou noir de carbone, qui doit présenter un module élevé, des dimensions nanométriques, et avoir la capacité de se disperser et de former des liaisons fortes avec la matrice. La nanocellulose est caractérisée par une morphologie anisotrope avec une section de l'ordre de 10 nm, et une structure cristalline avec un module d'environ 150 GPa. L'objectif de la thèse est d'évaluer si ce substrat peut être employé comme charge renforçante. Les travaux se divisent ainsi en trois parties portant successivement sur l'obtention d'aérogels de haute surface spécifique, la modification de leur surface, puis leur emploi comme renfort. La mise au point d'un protocole de lyophilisation de suspensions de nanocellulose, et d'un procédé d'estérification par voie gaz des aérogels obtenus, a permis d'obtenir des charges avec une haute surface spécifique et une interface avec un agent hydrophobe ou un agent de couplage. Une attention particulière a été accordée à la topochimie de la réaction dont le suivi a été réalisée par RMN du solide. Ces charges ont ensuite été incorporées au sein d'un élastomère, puis les matériaux obtenus ont été caractérisés par MET et par des tests mécaniques. Dans le cas d'un aérogel de nanocellulose avec une haute surface spécifique et un agent de couplage, les propriétés des matériaux obtenus sont alors caractéristiques du comportement d'un élastomère chargé.

Ce mémoire de thèse traite de la synthèse et des applications de certaines familles de liquides ioniques (ILs), nouvellement explorées au sein du laboratoire. Quatre aspects ont été choisis et sont répartis dans autant de chapitres qui constituent ce mémoire. Les deux premiers chapitres abordent la préparation et l'utilisation de ILs en phases homogènes, préparés essentiellement à partir d'acides aminés. D'une part, de nouveaux liquides ioniques acides de Brønsted (BAILs) préparés à partir d'acides aminés ainsi qu'à partir de tétrazoles ont été développés. Leurs préparations, caractérisations et leurs applications dans des réactions de glycosylation en milieux aqueux sont présentées. D'autre part, de nouveaux ILs dérivés d'esters de la L-proline ont été synthétisés et étudiés dans le domaine de l'électrochimie. Les deux derniers chapitres traitent quant à eux de ILs, et dérivés de ILs, supportés. Dans la continuité des applications de ILs formés à partir de la L-Pro, la synthèse, la caractérisation ainsi que l'étude des propriétés électrochimiques de SILPs (Supported Ionic Liquids Phases) dérivés de sels d'imidazoliums ont été réalisées. Finalement, l'expérience acquise, notamment dans la préparation de ILs en phase hétérogène, nous a conduit à utiliser des ILs dérivés d'halogénures d'imidazoliums, majoritairement substitués par des dérivés saccharidiques. Ces ILs ont permis de synthétiser des carbènes N-Hétérocycliques (NHCs) de palladium supportés chiraux et de les appliquer en catalyse asymétrique
This PhD work deals with the synthesis and applications of some family of ILs, which is newly studied in the laboratory. Four areas of ILs chemistry were chosen giving rise to the four chapters of this report. Chapter 1 and 2 are devoted to the preparation and applications of ILs prepared from amino acids in homogenous phases. On the one hand, new Brønsted acid ionic liquids (BAILs) derived from amino acids and also from tetrazoles were developed. Their syntheses, characterizations and applications in aqueous glycosylation reactions are displayed. On the other hand, new ILs derived from L-Proline esters were synthesized and their electrochemical properties were studied. The last two chapters deal with ILs and supported ILs. Relying on our background experience in electrochemical studies of ILs made starting from L-Pro, the synthesis, characterization and applications in electrochemistry of SILPs (Supported Ionic Liquids Phases) derived from imidazolium salts were performed. Finally, with our experience in preparing supported ILs phases, we decided to use derivatives of imidazolium halides, mainly substituted by sugars. These ILs allowed to generate chiral N-heterocyclic carbene (NHCs) of palladium supported by silica nanoparticules and to study their applications in asymmetric catalysis

L’objectif de la catalyse hybride est d’exploiter les avantages des catalyseurs biologiques et chimiques afin d’accéder à de nouvelles voies de synthèse qui ne peuvent être réalisées indépendamment ou de réaliser des transformations qui ont montré de faibles rendements avec les approches conventionnelles. Le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) est une molécule plate-forme (ou building block) polyvalente pouvant être utilisée dans de nombreuses applications industrielles. En particulier, la synthèse de polymères aminés biosourcés représente une méthode prometteuse de valorisation de cette dernière. À ce jour, très peu d’études ont décrit la production de ces dérivés aminés et de leurs polymères. Trouver une méthodologie efficace pour transformer directement le HMF en acide 5-aminométhyl-2-furancarboxylique (AMFC) représente donc un défi important. Après avoir sélectionné le meilleur catalyseur d’oxydation pour la conversion du HMF en acide 5-aldéhyde-2-furancarboxylique et immobilisé une transaminase sur un support solide, nous avons pu mettre en œuvre le premier procédé catalytique hybride « one-pot/two-step » pour produire de l’AMFC (rendement de 77 %). Avec l'acide 2,5-furandicarboxylique (FDCA, rendement de 23 %) comme produit secondaire unique, cela représente la méthode de production catalytique directe d'AMFC la plus efficace à partir du HMF rapportée à ce jour. De plus, un procédé hybride "one-pot/one-step" pour une production intégrée d’AMFC à partir de HMF a également été mis au point avec un rendement maximal de 17%, cela représente une première avancée pour cette molécule plate-forme, et une première réalisation pour la catalyse hybride française. Finalement, la synthèse d’un matériel multi-catalytique hybride combinant des nanoparticules de palladium et une transaminase, sur un support EziGTMOPAL, a pu être réalisée et son application a permis d’aboutir à un rendement final de 8 % en AMFC. Finalement, ce concept a également été appliqué à la conversion d’un panel de molécules bio-sourcées, avec en particulier la transformation du myrténol en son équivalent aminé selon un procédé en "one-pot two-step" avec un rendement supérieur à 99 %
The objective of hybrid catalysis is to exploit the advantages of biological and chemical catalysts to access new synthetic routes that cannot be performed independently or to perform transformations that have shown low yields with conventional approaches. 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) is a versatile platform (or building block) molecule that can be used in many industrial applications. In particular, the synthesis of biosourced amino polymers represents a promising method for its valorization. To date, very few studies have described the production of these amino derivatives and their polymers. Finding an efficient methodology to directly convert HMF to 5-aminomethyl-2-furancarboxylic acid (AMFC) is therefore a significant challenge. After selecting the best oxidation catalyst for the conversion of HMF to 5-aldehyde-2-furancarboxylic acid and immobilizing a transaminase on a solid support, we were able to implement the first "one-pot two-step" hybrid catalytic process to produce FMCA (77% yield). With 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA, 23% yield) as the sole by-product, this represents the most efficient direct catalytic production method of FMCA from HMF reported to date. In addition, a hybrid "one-pot one-step" process for integrated production of FMCA from HMF was also developed with a maximum yield of 20%, this represents a first breakthrough for this platform molecule, and a first achievement for French hybrid catalysis. Finally, the synthesis of a hybrid multi-catalytic material combining palladium nanoparticles and a transaminase, on an EziGTMOPAL support, was achieved and its application led to a final yield of 10% in FMCA. Finally, this concept was also applied to the conversion of a panel of bio-sourced molecules, with in particular the transformation of myrtenol into its amino equivalent according to a "one-pot two-step" process with a yield higher than 99%

Les exigences en termes de qualité et de sécurité lors de la transformation et de la distribution des produits alimentaires nécessitent l'utilisation d'emballages adaptés pour éviter leur dégradation et prolonger leur durée de conservation ainsi que pour préserver leurs qualités organoleptiques dans le respect des contraintes de sécurité et écologiques. Cependant, actuellement, la plupart de ces emballages plastiques sont fabriqués à partir de dérivés pétrosourcés ce qui a des conséquences délétères sur l‘environnement augmentant la production de déchets et la pollution des écosystèmes. Une approche pour surmonter ce problème consiste à remplacer les plastiques conventionnels par des matériaux biosourcés qui peuvent être produits à partir de substances naturelles qui seront dégradées dans la nature. Parmi les divers biopolymères existants, le chitosan apparaît comme un bon candidat en raison de ses propriétés antimicrobiennes et filmogènes connues qui sont favorables à des fins d'emballage. Cependant, les propriétés mécaniques des films plastiques à base de chitosan ne sont pas suffisantes et il est souvent nécessaire d'y ajouter d'autres composants tels que la cellulose pour les améliorer. De plus, récemment, il a également été décrit que l'utilisation de ces biopolymères dans leurs nanoformes pourrait grandement améliorer leurs propriétés. Cependant, l'extraction de ces biopolymères et leur transformation en nanomatériaux impliquent des procédures qui ne respectent pas toujours les principes de la chimie et des procédés verts. Dans ce travail, nous proposons le développement de protocoles plus écoresponsables basés sur les micro-ondes et les ultrasons pour produire de la nanocellulose à partir de cellulose bactérienne ainsi que du chitosan à partir de la chitine. De plus des films bioplastiques à partir de chitosane et de cellulose sont préparés et l‘impact de l'utilisation de nanoformes de ces polymères sur les propriétés du film est évalués. Pour améliorer la résistance à l'eau du film, des émulsions à la cire d'abeille ont été aussi préparées et l'impact de leurs formulations sur les propriétés du film a été étudiée. Enfin, la dynamique d'impact des gouttelettes de cette dernière formulation a été évaluée pour étudier la potentialité de son utilisation pour une application par pulvérisation
The requirements in terms of quality and safety during the processing and distribution of food products require the use of suitable packaging to prevent their degradation and extend their shelf life as well as to preserve their organoleptic qualities while respecting safety and ecological constraints. However, currently, most of these packagings are made from oil-based plastic which has defective consequences on waste generation and ecosystem pollution. One approach to overcome this issue is to replace conventional plastics with bio-based materials which can be produced from natural substances and degraded in nature. Among the various existing biopolymers, chitosan appears to be a good candidate due to its known antimicrobial and filmforming properties which are favorable for packaging purposes. However, the mechanical properties of chitosan-based plastic films are not sufficient and it is often necessary to add other components such as cellulose to them to improve their mechanical properties. Moreover, recently it has also been described that the utilization of these biopolymers in their nanoforms could greatly enhance their properties. However, the extraction of these biopolymers and their transformation into nanomaterials involve procedures that do not always comply with the principles of green chemistry and processes. In this work, we propose the development of ecological protocols based on microwaves and ultrasound to produce nanocellulose from bacterial cellulose as well as chitosan from chitin. Furthermore, we prepared bioplastic films from chitosan and cellulose and evaluated the properties of the film when using nanoforms of these polymers. To improve the water resistanceof the film, emulsions with beeswax were prepared and the impact of their formulations on the properties of the film was studied. Finally, the impact dynamics of the droplets of the latter formulation was evaluated to study the potentiality of its use for application by spraying