Le but de cette étude était de développer et caractériser de nouveaux films antimicrobiens à base de chitosane et de divergicine M35 et d'évaluer leur potentiel pour le biopréservation des produits marins prêts à consommer (PMP AC). Dans un premier temps, nous avons démontré dans cette étude que le chitosane, dépendamment de son poids moléc~laire, peut exercer une activité antimicrobienne importante contre L. monocytogenes. Trois types de chitosane ayant des poids moléculaires de 2, 20 et 100KDa ont été choisis pour leur activité antibactérienne importante. Nous avons aussi démontré que le mécanisme d' action du chitosane dépendait de son poids moléculaire. La détermination des concentrations minimales inhibitrices du chitosane et de la divergicine contre L. monocytogenes a permis de mettre en évidence un effet additif de ces deux composés contre L. monocytogenes. Finalement, des films bioactifs à base de chitosane à 100 KDa et de di vergicine ont été développés et caractérisés. Ces films ont montré des propriétés mécaniques, physiques et biologiques intéressantes. L'étude de la libération de la divergicine a montré que cette dernière se libérait graduellement des films de chitosane et que l'incorporation de la divergicine dans les films de chitosane augmentait l'activité antimicrobienne de ce dernier. Les résultats par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier démontrent que l'incorporation de la divergicine n'a pas affecté la structure des films et que les spectres de la divergicine libérée obtenus ne différent du spectre de la bactériocine pure que par l'intensité des pics. Nous avons par la suite validé nos résultats sur du saumon fumé à froid (SFF) entreposé à 4°C et 8°C pendant 21 jours'. Nous avons pu démontrer que le film à base de chitosane et de divergicine présente une meilleure activité contre L. monocytogenes comparativement à l'application de la solution filmogène et que l'application du film résulte en une inhibition de L. monocytogenes durant toute la période de l'entreposage. L'utilisation du film a aussi permis d'obtenir une meilleure qualité microbiologique et de meilleures caractéristiques organoleptiques du SFF, de maintenir la concentration des bases azotées volatiles totales à un niveau inférieur à celui du SSF non traité et d'augmenter la fermeté des filets.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 novembre 2023) / Les dispositifs microfluidiques exploitent les propriétés chimiques et physiques des gaz et des liquides à l'échelle microscopique. Comparés aux systèmes à l'échelle macroscopique, les dispositifs microfluidiques offrent plusieurs avantages. Ils permettent l'utilisation de volumes plus petits de matériaux, réduisant ainsi les coûts d'application à l'échelle mondiale. Leur petite taille permet l'exécution simultanée de plusieurs procédures, ce qui réduit le temps d'expérimentation. De plus, les systèmes microfluidiques ont le potentiel d'augmenter considérablement le débit et peuvent être intégrés de manière transparente à d'autres systèmes pour permettre des tests d'automatisation. En plus de l'analyse, ils offrent également une plateforme intéressante pour les réactions chimiques. Les chercheurs ont synthétisé des particules, des fibres, des membranes et d'autres structures complexes via des dispositifs microfluidiques. Dans ce projet, nous avons exploité les techniques microfluidiques pour explorer les diverses applications de la membrane de chitosane en tant que matrice pH-sensible pour les études de systèmes de délivrance de médicaments (DDS) et en tant que matériau fonctionnel pour la mesure du débit. En utilisant des dispositifs microfluidiques pour préparer des membranes de chitosane intégrant des nanoparticules de silice, nous avons obtenu une programmabilité spatio-temporelle et des profils de libération complexes pour les nanocarriers dans les études DDS. De plus, nous avons démontré le potentiel d'un dispositif microfluidique en forme de X avec une membrane de chitosane biréfringente en tant que capteur de débit, permettant le calcul du débit en fonction des variations d'intensité. De plus, en incorporant des cristaux à réflexion totale atténuée (ATR) à simple rebondissement dans des dispositifs microfluidiques, nous avons permis des tests in situ par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Cela a permis la caractérisation des changements de liquide, des expériences parallèles et de l'écoulement laminaire focalisé. L'intégration de cristaux ATR dans un dispositif microfluidique de réacteur a facilité l'étude de la cinétique des réactions avec une résolution temporelle remarquable, permettant une compréhension complète des réactions diverses par l'analyse ATR-FTIR. De plus, notre méthodologie a fourni un moyen systématique d'évaluer les composants de mélange microfluidique dans des conditions d'écoulement variables. Dans l'ensemble, ce projet démontre le potentiel des techniques microfluidiques pour faire progresser les systèmes de délivrance de médicaments, la détection de débit, l'analyse spectroscopique et les études de cinétique des réactions. / Microfluidic devices exploit the chemical and physical properties of gases and liquids at a microscale. Compared to macro-scale systems, microfluidic devices provide several advantages. They enable the use of smaller volumes of materials, hence lowering application costs globally. Its small size allows for simultaneous execution of several procedures, cutting down on experimentation time. Furthermore, microfluidic systems have the potential to significantly increase throughput and can be seamlessly integrated with other systems to enable automation testing. In addition to analysis, it also provides a good platform for chemical reactions. Researchers synthesized particles, fibers, membranes, and other complex structures via microfluidic devices. In this project, we leveraged microfluidic techniques to explore the diverse applications of chitosan membrane as a pH-sensitive matrix for drug delivery system (DDS) studies and as a functional material for measuring flow rate. By utilizing microfluidic devices to prepare chitosan membranes embedded with silica nanoparticles, we achieved spatiotemporal programmability and complex release profiles for nanocarriers in DDS studies. Additionally, we demonstrated the potential of an X-shaped microfluidic device with a birefringent chitosan membrane as a flow sensor, enabling flow rate calculations based on intensity changes. Furthermore, by incorporating single-bounce attenuated total reflection (ATR) crystals into microfluidic devices, we enabled in situ Fourier-transform infrared (FTIR) testing. This allowed for the characterization of liquid changes, parallel experiments, and focusing laminar flow. The integration of ATR crystals into a microfluidic reactor device facilitated the investigation of reaction kinetics with remarkable time resolution, achieving a comprehensive understanding of diverse reactions through ATR-FTIR analysis. Moreover, our methodology provided a systematic means of assessing microfluidic mixing components under varying flow conditions. Overall, this project demonstrates the potential of microfluidic techniques in advancing drug delivery systems, flow sensing, spectroscopic analysis, and reaction kinetics studies.

Les objectifs de la présente thèse étaient d'établir les conditions optimales de solubilisation du chitosane, de l'inhibition de l'activité hydrolytique de la chitosanase, et de la déminéralisation des oligomères par un système intégré d'électrodialyse avec membranes bipolaires (ÉDMBP) à 3 compartiments. Lors de l'électroacidification du chitosane, la configuration bipolaire / anionique et une alimentation du chitosane en plusieurs étapes ont mené à un rendement de solubilisation de 91% en 60 minutes en utilisant une intensité de 20 mA/cm2 . Un colmatage des cadres séparateurs et des membranes monopolaires a été constaté pendant le procédé de solubilisation du chitosane. Cette limitation était due à la précipitation de chitosane à pH alcalin. Le phénomène de dissociation des molécules d'eau à l'interface des membranes monopolaires a été identifié comme étant responsable de l'insolubilisation du chitosane en présence d'ions hydroxyles. La réduction du colmatage de chitosane a été réalisée par l'emploi d'une solution de HC1 dans le compartiment de basification ou par l'utilisation d'une densité de courant de 4 mA/cm2 ne dépassant pas le courant limite. Dans ces conditions, un rendement de solubilisation de 98 % a été atteint à la fin du traitement d'électroacidification. Les études portant sur la stabilité et l'activité de l'enzyme chitosanase ont montré que celleci était stable pour les pH allant de 3 à 8 pendant au moins 7 h. L'électrobasification a été utilisée pour contrôler la cinétique d'hydrolyse du chitosane par la chitosanase. Il a été démontré que l'activité catalytique de la chitosanase en présence de chitosane diminuait après ajustement du pH par électrobasification. La vitesse de réaction a été réduite de 50 % après ajustement du pH de 5.5 à pH 6, tandis que la réaction a été complètement inhibée pour des valeurs supérieures à pH 7. La diminution de la vitesse de réaction a été attribuée à l'insolubilisation du substrat de chitosane et à la dénaturation de la chitosanase à pH alcalins. La déminéralisation des oligomères de chitosane a été réalisée dans le compartiment central de diluât du système d'ÉDMBP. Un taux de déminéralisation de 53 % a été atteint au bout de 60 minutes de traitement. Le système intégré d'ÉDMBP a permis de rationaliser la production d'oligomères de chitosane de haute pureté en proposant un procédé global qui réalise simultanément la solubilisation du chitosane, l'inhibition de l'activité hydrolytique de la chitosanase, et la déminéralisation des oligomères.

Le risque de colonisation bactérienne sur des surfaces abiotiques pose des défis importants dans plusieurs domaines de la science. Dans cette optique, des revêtements anti-bactériens ont été développés à l'aide de différents matériaux. La modification de surface des polymères améliore ses propriétés, ce qui facilite le développement de matériaux ayant des réponses biologiques optimales adaptées ou adaptables à l'environnement dans lequel ils sont implantés. Le chitosane est un biopolymère avec activité anti-microbienne inhérente qui peut être utilisé dans une grande variété d'applications de soins de santé et de l'industrie, ce qui rend particulièrement intéressant pour le développement et l'application de nouveaux matériaux fonctionnalisés, ou avec des propriétés antibactériennes. Ce polymère est utilisé pour une grande variété d'applications dans les soins de santé et l'industrie, ce qui le rend particulièrement intéressant pour le développement et l'application de nouveaux matériaux fonctionnalisés. Dans cette étude, différents types de chitosane ont été caractérisés en fonction de leur degré de déacétylation (DDA) et de leur poids moléculaire (Mw) par des techniques telles que la Résonance Magnétique Nucléaire (¹³C-RMN) et la Chromatographie d'exclusion par taille (SEC). Les résultats obtenus à partir de ces analyses révèlent de l'importance d’une caractérisation complète des biopolymères, puisque leurs propriétés peuvent varier en fonction des méthodes de production, ce qui peut influencer par la suite son utilisation et l’application. Ensuite, la méthodologie utilisée pour la modification de traitement et la surface en utilisant des techniques de plasma pour la fonctionnalisation de surfaces et le greffage de molécules a été validée. Dans un premier temps, les films en PTFE (polytétrafluoroéthylène) ont été utilisés pour vérifier l'efficacité de la méthodologie proposée pour le traitement et la modification des surfaces. Trois bras d'ancrages l'anhydride glutarique (GA), le poly (éthylène glycol) bis (carboxyméthyl) (PEGb) et le poly (anhydride éthylène-alt-maléique) (PA) ayant des caractéristiques différentes ont été utilisés dans le but de créer des liens covalents entre le recouvrement de chitosane et des surfaces aminées PTFE. Chaque étape du traitement de surface a été vérifiée par Spectrométrie Photoélectronique par Rayons-X (XPS), avec les changements de la composition chimique, ainsi que par des mesures d'angle de contact et par colorimétrie. Les changements topographiques et de rugosité après le greffage ont également été observés par la Microscopie Électronique à Balayage (MEB) et par la profilométrie. Ces résultats ont démontré que le type de bras d'ancrage a une plus grande influence sur le processus de production des revêtements que le poids moléculaire des différents types de chitosane. Pour vérifier la réponse antibactérienne des différents types de revêtements obtenus, les tests ont d'abord été réalisés avec Xylella fastidiosa et ont révélé le potentiel de ces substrats recouverts de chitosane. Des tests utilisant des bactéries pathogènes telles que Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus ont été réalisés, confirment l'activité antibactérienne des échantillons de PTFE-plasma-PA-CHIMW. Ces résultats ont amené l'application de cette méthodologie sur une surface de PET (polytéréphtalate d’éthylène), un polymère largement utilisé dans le domaine des textiles conventionnels ainsi que dans la production de biomatériaux hospitaliers. Ainsi, les méthodologies par plasma et par greffage développées dans cette étude pour la production de revêtements de chitosane, peuvent être appliquées à la production de surfaces pour lesquelles l'activité antibactérienne est souhaitée. / The risk of bacterial colonization on abiotic surfaces poses important challenges in various fields of science. In this scenario, antibacterial coatings were developed, using a large number of materials. The surface modification of polymeric materials allows to improve surface properties, facilitating the development of optimized materials with biological responses adapted or adaptable to the environment in which they will be implanted. Chitosan is a biopolymer with inherent antimicrobial activity which can be used in a wide variety of health care and industrial applications, making it particularly interesting for the development and application of novel functionalized materials, i.e. antibacterial properties. In this study, different types of chitosan were characterized according to their degree of deacetylation (DDA) and molecular weight (Mw), using Nuclear Magnetic Resonance (¹³C NMR) and Size Exclusion Chromatography (SEC), among others. The results obtained through these analyses revealed the great importance of the characterization of biopolymers since their properties can vary according to the production methods, which can influence its use as an application. Afterward, the methodology applied for the treatment and modification of surfaces using plasma, for the surface functionalization and grafting of molecules was validated. Initially, PTFE (poly(tetrafluoroethylene)) films were used to verify the efficiency of the proposed methodology for the treatment and surface modification. Three spacer molecules glutaric anhydride (GA), poly (ethylene glycol) bis (carboxymethyl) (PEGb) and poly (ethylene-alt-maleic anhydride) (PA), with different characteristics were used to covalently attach the chitosan coating to the aminated PTFE surfaces. Each step of the surface treatment was verified by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), through changes in chemical composition, by contact angle measurements and by colorimetry. The topographic and roughness changes after grafting were also observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and profilometry. These results demonstrated that the type of anchors has a greater influence on the coating process than the molecular weight of the different types of chitosan. To verify the antibacterial response of the different types of coatings obtained, tests were initially carried out using Xylella fastidiosa and revealed the potentiality of the substrates covered with chitosan. Tests using pathogenic bacteria such as Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus were performed confirming the antibacterial behavior of PTFE-plasma-PA-CHIMW samples. These results encouraged the application of this methodology in PET (polyethylene terephthalate) substrate, a polymer widely used in the field of conventional textiles as well as in the production of hospital textiles and biomaterials. Thus, the plasma-grafting methodology developed in this study, for the production of chitosan coatings, can be applied to the production of surfaces where antibacterial activity is desired. / O risco da colonização bacteriana em superfícies abióticas impõe desafios importantes para os diversos campos da ciência. Neste cenário, revestimentos antibacterianos têm sido desenvolvidos, usando um grande número de diferentes materiais. A modificação da superfície de polímeros permite melhorar as suas propriedades, com vistas ao desenvolvimento de materiais com respostas biológicas adaptadas ou adaptáveis ao ambiente onde serão implantados. A quitosana é um biopolímero com atividade antimicrobiana o qual pode ser utilizado numa ampla variedade de aplicações de cuidados de saúde e industriais, tornando-a particularmente interessante para o desenvolvimento e aplicação de novos materiais funcionalizados, ou seja, com propriedades antibacterianas. Neste estudo, diferentes tipos de quitosana foram caracterizadas de acordo com o seu grau de desacetilação (DDA) e massa molar (Mw), através de técnicas como ressonância magnética nuclear (¹³C RMN) e cromatografia de exclusão de tamanho (SEC), entre outras. Os resultados obtidos através dessas análises revelaram a grande importância da caracterização de biopolímeros, uma vez que suas propriedades podem variar de acordo com os métodos de produção, o que pode influenciar no seu uso como aplicação. Em seguida, a metodologia aplicada para o tratamento e modificação de superfícies empregando as técnicas de plasma, para a funcionalização de superfícies e o grafting para a imobilização do recobrimento de quitosana foi validada. Inicialmente, filmes de PTFE (politetrafluoretileno) foram utilizados para verificar a eficácia da metodologia proposta para o tratamento e modificação de superfície. Três moléculas “ancoradoras” com diferentes características anidrido glutárico (GA), poli(etileno glicol) bis(carboximetil) (PEGb) e poli(anidrido etileno-alt-maleico) (PA), foram utilizadas visando ligar covalentemente o recobrimento de quitosana às superfícies de PTFE aminadas. Cada etapa do tratamento da superfície foi verificada por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS), por medições de ângulo de contato e colorimetria sendo evidenciada as mudanças na composição química da superfície e sua molhabilidade. As alterações topográficas e de rugosidade após o grafting também foram observadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e perfilometria. Esses resultados demonstraram que o tipo de molécula ancoradora tem uma influência primária no processo de produção dos recobrimentos seguido pela massa molecular dos diferentes tipos de quitosana. Para verificar a resposta antibacteriana dos diferentes tipos de recobrimentos obtidos, testes foram inicialmente realizados empregando a Xylella fastidiosa e revelaram a potencialidade dos substratos recobertos com quitosana. Assim, testes utilizando bactérias patogênicas como, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus foram realizados confirmando o comportamento antibacteriano das amostras PTFE-plasma-PA-CHIMW. Esses resultados encorajaram a aplicação desta metodologia em um substrato de PET (polietileno tereftalato), um polímero muito usado no ramo de têxteis convencionais como também na produção de têxteis hospitalares e biomateriais, demonstrando assim, que a metodologia de plasma-grafting aplicada neste estudo, para a produção de recobrimentos de quitosana, pode ser usada para a produção de superfícies onde a atividade antibacteriana é desejada, ou seja, esses revestimentos podem fornecer uma barreira adicional e complementar à transmissão de patógenos, enquanto podem atuar combinados com procedimentos normais de limpeza e desinfecção.

La tomate est susceptible aux attaques de plusieurs agents phytopathogènes. Pour lutter contre ces agents phytopathogènes, des conservateurs chimiques sont utilisés pendant l’entreposage mais ils sont néfastes pour la santé humaine et l’environnement. Le chitosane, produit naturel respectueux de l’environnement et sans danger pour la santé humaine, est connu pour son effet antimicrobien. Toutefois, son efficacité est moindre contre les champignons Zygomycètes et pourrait être améliorée par chloration. Le but de ce projet était de vérifier l’amélioration du potentiel antimicrobien de polychloro-chitosane en vue de son emploi pour la conservation post-récolte de la tomate. Les effets antimicrobiens de quatre doses (1000, 2000, 3000 et 4000 ppm) de polychloro-chitosane et de chitosane natif ont été évalués in vitro contre les phytopathogènes suivants: Mucor sp., Sclerotinia sclerotiorum, Botrytis cinerea, Rhizoctonia sp., Geotrichum candidum, Colletotrichum coccodes, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Lactobacillus plantarum, Pseudomonas cichorii, Pseudomonas syringae et Xanthomonas campestris. Exprimés en facteur d’amélioration (FA), ces effets sont notés excellents (FA˃3.5), très bons (FA situé entre 3.5 à 2.5), bons (FA situé entre < 2.5 à 1.5), faibles (FA situé entre < 2.5 à 1.5 uniquement à 3000 et 4000 ppm) et nuls (FA< 1.5). Les mêmes doses de polychloro-chitosane et de chitosane natif ont été testées pour le contrôle de la moisissure grise de la tomate. Selon l’organisme considéré, l’amélioration de l’activité antimicrobienne de chitosane polychloré s’est avérée excellente (Mucor sp.), très bonne (Rhizoctonia sp.), bonne (E. coli), faible (B. cinerea, P. cichorii, P. syringae, X. campestris) ou nulle (S. sclerotiorum, C. coccodes, G. candidum, B. subtilis et L. plantarum). Par ailleurs, le chitosane polychloré s’est révélé plus efficace que le chitosane natif pour le contrôle du développement de la moisissure grise. Les potentiels bioactif et bio-conservateur de polychloro-chitosane s’avèrent prometteurs mais ne sont pas satisfaisants. Cela est en partie attribuable à sa faible solubilité. Des travaux complémentaires s’avèrent nécessaires pour améliorer cette solubilité en modulant les niveaux de chloration et de désacétylation. / Tomato is susceptible to attacks by several phytopathogenic agents. Chemical preservatives are used during storage but are detrimental to human health and the environment. Chitosan, a natural product that is environmentally friendly and safe for human health, is known for its antimicrobial effect. However, this effect is low against Zygomycetes and could be improved by chlorination. The aim of this project was to verify the improvement of the antimicrobial potential of polychloro-chitosan for its use in the tomato postharvest preservation. The antimicrobial effects of four doses (1000, 2000, 3000 and 4000 ppm) of polychloro-chitosan and native chitosan were evaluated in vitro for the following phytopathogenics: Mucor sp, Sclerotinia sclerotiorum, Botrytis cinerea, Rhizoctonia sp, Geotrichum candidum, Colletotrichum coccodes, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Lactobacillus plantarum, Pseudomonas cichorii, Pseudomonas syringae and Xanthomonas campestris. Expressed as improvement factor (FA), these effects were rated excellent (FA˃3.5), very good (FA between 3.5 to 2.5), good (FA between ˂2.5 to 1.5), low (FA between ˂2.5 to 1.5 only in 3000 and 4000 ppm) and nil (FA < 1.5). The same doses of polychlorinated chitosan and native chitosan were tested for control of gray mold in tomato. According to the organism, improving the antimicrobial activity of polychlorinated chitosan has been excellent (Mucor sp.), very good (Rhizoctonia sp.), good (E. coli), low (B. cinerea, P. cichorii, P. syringae, X. campestris) or nil (S. sclerotiorum, C. coccodes, G. candidum, B. subtilis and L. plantarum). In addition, more tomatoes were preserved from gray mold by polychloro-chitosan than native chitosan. The bioactive and biopreservation potentials of polychloro-chitosan are promising but not satisfying. This is due in part to its low solubility. Further works are required to improve this solubility by modulating the levels of chlorination and deacetylation.

Le chitosane, poly[i3-(l->4)-2-amino-2-déoxy-D-glucopyranose], est un polysaccharide homogène et linéaire composé d'unités dérivées du glucose obtenu par déacétylation de la chitine, le deuxième biopolymère en abondance sur la planète. Le chitosane est reconnu pour ses propriétés antimicrobiennes, antifongiques, antitumorales, biodégradables, biocompatibles, bioresorbables et pour être non toxique, en plus de pouvoir se lier aux métaux. Bien que les applications potentielles du chitosane soient nombreuses dans des domaines comme les biomatériaux, l'environnement, la pharmaceutique et la catalyse, elles sont largement limitées par sa solubilité restreinte. Les principaux travaux réalisés en chimie de coordination avec le chitosane se limitent à la récupération de métaux dans les eaux usées et à déterminer la quantité de métaux récupérés par poids de polymère. Très peu d'études utilisent le potentiel de la chiralité intrinsèque de ce biopolymère comme support catalytique asymétrique en milieu homogène car il peut être difficile d'obtenir des complexes solubles. À cet effet, l'utilisation du groupement ionique JV-benzylsulfonate a permis d'obtenir un dérivé ionique (1) soluble à tout pH dans l'eau. L'estérification sélective en position 6-0 du /V-phtaloylchitosane avec un groupement encombré, le pivaloyle, a été réalisée en conditions douces. La sélectivité de cette réaction a également été mise en évidence par spectroscopie RMN !H à l'aide d'une seconde estérification non-sélective en position 3-0. La déprotection sélective de l'aminé du dérivé estérifié en 6-0 a mené à un dérivé (4) comportant une amine primaire et une solubilité surprenante dans le methanol. La solubilité de ces deux dérivés, 1 et 4, a permis de les utiliser pour former des complexes polysaccharidiques avec le platine, le rhodium et le ruthénium. La formation de nanoparticules de platine a été observée à l'aide de la MEB. La solubilité de certains des complexes obtenus, 1-Ru, 1-Rh et 4-Ru, a permis de réaliser des spectres RMN *H et l C en solution. La formation de complexes modèles à partir du cyclohexylamine-iV-benzylsulfonate (11), semblable au /V-benzylsulfonatchitosane (1), a permis d'obtenir certains complexes modèles de rhodium et de ruthénium. En plus de la RMN, la taille des composés métalliques modèles a permis l'utilisation de la spectroscopie de masse par infusion afin d'obtenir davantage d'informations sur ces composés. Malgré l'ensemble des données spectrales, le mode de coordination des dérivés métalliques de chitosane n'a pu être clairement identifié. Par contre, il semble que la présence du groupement sulfonate 11 mène à des complexes comportant plusieurs modes de coordination, tel que démontré par la présence de multiples signaux en spectroscopie RMN. L'activité catalytique des trois complexes solubles obtenus a été évaluée pour l'hydrogénation de cétones en milieu homogène. Le complexe de ruthénium 1-Ru a démontré sa capacité à dépolymériser le chitosane contrairement à l'hydrogénation envisagée. Par contre, il a été établi que le complexe de ruthénium 4-Ru catalyse l'ATH de l'acétophénone avec un rendement de plus de 70% avec un ratio de 86:14 en faveur de l'énantiomère S du phényléthanol, énantiosélectivité attribuable à la chiralité intrinsèque du chitosane. La limitation du dérivé de chitosane 4 comme support est l'instabilité du groupement ester en milieu basique. La précipitation du catalyseur polysaccharidique, suite à la dégradation de l'ester, semble entraîner prématurément sa désactivation. Des résultats préliminaires ont également démontré le potentiel futur en remplaçant le centre de ruthénium par le fer.

Une des meilleures alternatives actuellement pour réduire les déchets d’emballage est le recours aux polymères biodégradables. C’est dans cette optique qu’on a essayé dans le cadre de ce travail d’élaborer un film d’emballage à base d’acide polylactique (PLA) et de chitosane (CS) vu leurs propriétés complémentaires et l’activité bactériostatique du CS. Le PLA et le CS ont été compatibilisés avec le polycaprolactone et plastifiés avec le Polyéthylène glycol, selon deux procédés, le mélange en solution (casting) et par voie fondue au mélangeur interne. La caractérisation des films par spectroscopie IR-TF, DSC et MEB, a révélé que les films obtenus par la méthode casting avait de meilleures propriétés. En effet, l’ajout du PCL et du PEG a pu améliorer les propriétés mécaniques et la perméabilité à la vapeur d’eau et à l’oxygène des films du CS/PLA. / One of the best alternatives to reduce current packaging waste is the use of biodegradable polymers. It is in this context that we have tried, in this work, to develop a packaging film based on polylactic acid (PLA) and chitosane (CS) given their complementary properties and the bacteriostatic activity of CS. PLA and CS were compatiblized with polycaprolactone and plasticized with polyethylene glycol by two methods, the solution mixture (casting) and by hot melting in the internal mixer. Characterization of films by FTIR spectroscopy, DSC and SEM showed that the films obtained by casting method exhibited better properties. Indeed, the addition of PCL and PEG improved the mechanical properties and the water vapor and oxygen permeability of the CS/PLA films.

Les assemblages colloïdaux représentent une nouvelle piste très prometteuse dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. Idéalement, ce type d'assemblage permet l'obtention de matériaux injectables et gélifiants sur le site lésionnel, favorisant par la suite le développement de néo-tissus viables. Ce travail porte sur la formation de tels assemblages à base de chitosane et de poly(acide lactique) (PLA). Deux types d'assemblages ont été conçus et étudiés dans ce travail. Dans une première approche, le mélange de particules anioniques de poly (acide lactique) (PLA) avec du chitosane en solution faiblement acide conduit à la formation de « gels composites », résultant des interactions colloïde-polymère. Des analyses rhéologiques et de diffusion des rayons X aux petits angles ont permit de mettre en évidence le mode de formation et l'influence de plusieurs paramètres sur les propriétés finales de ces gels. Notamment, ils présentent des propriétés rhéofluidifiantes et un caractère réversible, c'est-à-dire que le gel peut se reformer après déstructuration mécanique. Le second type d'assemblage résulte du mélange de particules anioniques de PLA et de nanogels cationiques de chitosane, conduisant à la formation de « gels colloïdaux », par interactions colloïde-colloïde. L'influence de plusieurs facteurs sur la formation et les propriétés de ces gels a également été étudiée par mesures rhéologiques. Notre étude s'est notamment orientée sur la caractérisation et la stabilité des hydrogels physiques de chitosane sous forme colloïdale, ainsi que sur l'optimisation de leur cohésion / Colloidal assemblies may be a promising pathway to obtain injectable scaffolds favoring the development of neo-tissue in regenerative medicine. This work investigates the formation of such assemblies composed of chitosan, soluble or in suspension (nano-hydrogel), and poly(lactic acid) (PLA) nanoparticles. Two types of assemblies are studied. As a first approach, mixing negatively charged PLA particles and chitosan solution leads to the formation of “composite gels”, based on colloidpolymer interactions. Rheological and Small Angle X-Ray Scattering measurements highlighted the formation process and the influence of various parameters on final properties of these gels, which features shear-thinning and reversibility behavior, that is, the capacity to gel again after yielding. PLA nanoparticles could also be mixed with cationic chitosan nanoparticles, which are crosslinker free nano-hydrogels, leading to the formation of “colloidal gels”, based on colloid-colloid interactions. Influence of various parameters on gel synthesis and properties are investigated through rheological measurements. The study also focuses on the characterization and control of the morphological and cohesion properties of chitosan nanogel

La reparation de defauts osseux par les techniques de l’ingenierie tissulaire osseuse (ITO) est consideree comme une alternative aux greffes conventionnelles. L’objectif de ce projet de these fut de developper des materiaux destines a servir de scaffolds pour le comblement et la regeneration osseuse, ces derniers etant sous la forme d’hydrogels injectables d’une part, et d’eponges, d’autre part. Ces deux types de materiaux ont ete obtenus par melange de chitosane (CHT, cationique), et de polymere de cyclodextrine reticule par l’acide citrique (PCD, anionique), interagissant via des liaisons ioniques et formant des complexes polyélectrolytes. La premiere partie de la these a ete consacree au developpement et caracterisation d’une eponge CHT/PCDs qui a ete chargee avec le facteur de croissance de l’endothelium vasculaire (VEFG) dans le but de favoriser sa vascularisation. Le second volet de la these a eu pour objectif d’optimiser la formulation d’un hydrogel injectable destine a la chirurgie mini-invasive, compose de CHT et de PCD sous sa forme soluble (PCDs) et insoluble (PCDi) [CHT/PCDi/PCDs]. L'etude a ete concentree sur l’optimisation et la caracterisation des proprietes rheologiques de l’hydrogel. Enfin, une etude prospective sur le developpement de l'hydrogel/eponge composite en ajoutant une phase minerale - l'hydroxyapatite (HAp) dans la formulation a ete realisee afin d'ameliorer les proprietes mecaniques et osteoconductrices.L’eponges CHT/PCDs a ratio 3 :3 a ete obtenue par lyophilisation des hydrogels et a subi un traitement thermique (TT) afin d’ameliorer leur stabilite par la formation des liaisons covalentes. L’eponge CHT/PCDs avec un TT a 160°C a montre des proprietes de gonflement eleve (~600%) et une biodegradation ralenti induite par le lysozyme (~12% perte masse dans un mois). Sa microstructure, ses proprietes mecaniques de compression et sa cytocompatibilite avec deux types de cellules (pre-osteoblastes (MC3T3-E1) et endotheliales primaires (HUVECs) ont ete etudiees. Une porosite elevee (~87%) avec des pores interconnectes a ete observee par microtomographie de rayons X, ainsi qu’une bonne adhesion et colonisation cellulaire au sein de l’eponge par microscopie electronique a balayage (MEB). Le VEGF a ete incorpore dans l’eponge, et son profil de liberation a ete suivi, ainsi que la bio-activite du VEGF libere. La liberation du VEGF a ete rapide pendant les trois premiers jours, puis ralenti jusqu'a devenir non-detectable par la methode ELISA jusqu’a 7 jours. Le VEGF libere pendant les deux premiers jours a montre un effet pro-proliferation et pro-migration significatif sur les HUVECs.Les hydrogels injectables de CHT/PCDi/PCDs a differents ratios ont ete optimises et caracterises en fonction de leurs proprietes rheologiques, leur injectabilite, et leur cytotoxicite. L’impact de l’ajoute du PCDi dans l’hydrogel a ete clairement observe par analyses rheologiques Ainsi, l'hydrogel CHT/PCD, compose a parts egales de PCDi et de PCDs, a demontre le meilleur compromis entre stabilite structurelle, proprietes rheofluidifiantes et autoreparantes, et injectabilite. En plus, l’hydrogel a montre une excellente cytocompatibilite vis-avis les cellules pre-osteoblastes MC3T3-E1.Bases sur la formulation optimisee, l’HAp a ete incorporee a differentes concentrations dans l’hydrogel. L’ajout de la phase minerale n’a pas perturbe la formation ni la stabilite structurelle des hydrogels, mais a ameliore les proprietes viscoelastiques. Les eponges composites, elaborees par lyophilisation de ces hydrogels, ont montre que les particules de HAp etaient dispersees de maniere homogene dans la structure macroporeuse de l'eponge. Ces resultats encourageants ont montre qu'il etait possible de fournir un hydrogel injectable ou une eponge composite comme scaffold pour l’ITO [...] / Repair of bone defects by bone tissue engineering (BTE) methods is considered as an alternative to conventional grafts. The aim of this PhD project was to develop two types of BTE scaffolds for bone regeneration: one is in the form of injectable hydrogel, and the other is in the form of sponge. Both scaffolds based on the formation of polyelectrolyte complexes by mixing chitosan (CHT, cationic) and polymer of cyclodextrin (PCD, anionic). Besides developing the sponge scaffold, the vascularization of 3D scaffold (a challenge of BTE) was specially investigated in the first part of the work, for which vascular endothelial growth factor (VEFG) was loaded on the CHT/PCDs sponge to promote the vascularization. The second part of the thesis was dedicated to the elaboration of an injectable CHT/PCD hydrogel, which was intended for minimally invasive surgery. The formulation optimization of hydrogel was performed by tuning the composition ratios of two PCD components: soluble-form PCD (PCDs) and insoluble-form PCD (PCDi), in order to better reach the specific requirement (e.g. rheological properties) of injectable hydrogel for regenerative medicine. Finally, a prospective study on developing the composite hydrogel/sponge by adding a mineral phase - hydroxyapatite (HAp) in the formulation was realized to improve the mechanical and osteoconductive properties.CHT/PCDs sponges were obtained by freeze-drying the hydrogels CHT/PCDs 3:3. The thermal treatment (TT) at different temperatures was further applied on the sponge to improve the mechanical stability. The CHT/PCDs sponge treated at 160°C was opted for further study thanks to high swelling capacity (~ 600%) and moderate lysozyme-induced biodegradation rate in vitro (~ 12% mass loss 21 days). This sponge of choice was further evaluated for the microstructure, the mechanical property (compressive strength) and the cytocompatibility with pre-osteoblasts (MC3T3-E1) and endothelial cells (HUVEC). Results of X-ray microtomography showed a high porosity (~87%) in the sponge with interconnected pores. Good cell adhesion and in-growth (colonization) in the sponge were observed by scanning electron microscopy (SEM). After loading VEGF on the sponge, the release profile of VEGF and the bioactivity of released VEGF were thoroughly studied. It showed that the release of VEGF was rapid (burst) during the first two days, then slowed down up to non-detectable by ELISA method after 7 days. The released VEGF during the first two days showed a significant pro-proliferation and pro-migration effect on HUVECs.For the injectable CHT/PCDi/PCDs hydrogels, optimization of composition ratio was based on evaluating their rheological properties, injectability, and cytotoxicity. The beneficial effect of combining both PCDi and PCDs in the formula of the hydrogel was clearly observed on the properties of hydrogel. Namely, the CHT/PCD hydrogel, composed of equal quantity of PCDi and PCDs, demonstrated the best compromise between structural stability, shearthinning and self-healing properties, and injectability. An excellent cytocompatibility with preosteoblast cells (MC3T3-E1) was also confirmed for the hydrogel with this composition.Based on the optimized formulation, HAp was incorporated at different concentrations, which didn’t disturb the formation or the structural stability of the hydrogels, but improved the viscoelastic properties. The composite sponges, elaborated by lyophilization of these hydrogels, showed that the HAp particles homogeneously dispersed within the macroporous structure of the sponge. These encouraging results showed the feasibility of providing an injectable hydrogel or a composite sponge for BTE scaffold [...]

Afin de protéger les denrées alimentaires, l’industrie d’emballage enduit sur un film une couche très fine de polymère pour augmenter ses propriétés barrière aux gaz. Le problème majeur de ces enduits, généralement faits de poly (chlorure de vinylidène), vient de leur production de gaz toxiques à l’incinération. Les restrictions environnementales mondiales évoluent rapidement et sont de plus en plus strictes. De ce fait, des bioplastiques sont envisagés comme alternative. Dans ce contexte, l’objectif de la présente thèse est d'étudier le revêtement de films poly(téréphtalate d’éthylène) avec un polysaccharide, le chitosane. Ce dernier possède de bonnes propriétés barrières au gaz à sec. Cependant, son application dans l’emballage est limitée à cause de son caractère hydrophile. Le but de notre étude est donc d'améliorer les propriétés barrières à sec du chitosane par l’ajout de nano-charges d’argile et sa résistance à l’humidité par greffage de l’acide palmitique à la chaine du chitosane. L'efficacité d'incorporation de la vermiculite a été confirmée par DLS, DVS et DRX. Un facteur d'amélioration de la barrière (BiF) d’environ 100 pour l'hélium et de plus de 10 pour le dioxygène avec l'addition de 50% de vermiculite a été obtenu à sec. Le greffage de l’acide palmitique a été confirmé par spectroscopie IR-TF, ATG, DSC et RMN. Les résultats de mesures de la perméabilité hélium montrent une amélioration de facteur de la barrière (BIF) de 2 d’une couche de chitosane-g-acide palmitique et vermiculite à 60% en poids par rapport au PET non revêtu à 98% HR. / In order to protect food, the packaging industry performs a film coating with a very thin polymer layer to increase its gas barrier properties. The major problem of these coatings is that they are generally made of poly(vinylidene chloride) which leads to a toxic gas production during incineration. In view of the rapid change of the global environmental restrictions that become quite stringent, bioplastics seem promising alternatives. In this context, this thesis deals with a fundamental study of poly(ethylene terephthalate) films coated with a polysaccharide: chitosan. Chitosan offers good barrier properties in dry conditions. However, its application in the packaging is limited because of its hydrophilic character. Therefore, the main goal of our work is on one hand to enhance the dry barrier properties of the material through adding nanoclays and on the other hand to improve its resistance to moisture by incorporating palmitic acid by grafting it to the chitosane backbone. The incorporation efficiency of vermiculite was confirmed by DLS, DVS and XRD. A barrier improvement factor (BiF) of about 100 for helium and more than 10 for dioxygen with the addition of 50% vermiculite was obtained under dry conditions. The grafting of palmitic acid has been confirmed by FTIR spectroscopy, ATG, DSC and RMN. The results of helium permeability measurements showed an improvement of the barrier factor (BIF) of 2 in the case of a chitosan-grafted-palmitic acid layer with 60 weight% of vermiculite compared to the uncoated PET at 98% RH.