Auteur/autrice : ABx

Seize laboratoires de SLAMM se sont regroupés pour soumettre une proposition commune de Block Allocation Group (BAG) sur la ligne SWING du Synchrotron Soleil. Notre proposition a été acceptée et 8 jours pleins de temps de faisceau nous ont été alloués pour l’année 2022.

La proposition intitulée « Soft Matter applications: multi-scale structural studies of nanocomposites, colloidal complexes, gels and lipid assemblies » a pour objectifs de sonder les propriétés structurelles de systèmes de la matière molle dans les domaines des polymères, des colloïdes, de la science des aliments, et des biomatériaux.

Notre proposition BAG commune à 24 équipes permet une utilisation plus rationnelle du temps de faisceau synchrotron et le partage de l’allocation de temps de faisceau tout au long d’une année afin de répéter et/ou compléter les expériences. Considérer la proposition dans son ensemble au sein de la communauté de SLAMM offre la possibilité, au travers de séminaires de discussions internes et à la demande, d’apporter un soutien de collègues experts à des collègues débutants ou moins expérimentés pour aider au traitement et à la modélisation des données.

Deux campagnes d’expériences ont eu lieu en avril et juin dernier, et deux autres sont prévues à l’automne. Des systèmes aussi variés que des biogels, des protéines, polysaccharides en solution, des nanoparticules lipidiques, des matériaux polymériques hybrides (nanoparticule-polymère) sont mesurés dans différentes conditions expérimentales et environnement échantillons.
Nous espérons pouvoir vous donner bientôt un aperçu des principaux résultats obtenus dans le cadre du BAG.

Un grand merci à l’équipe qui coordonne le BAG: Denis Renard (BIA, Nantes, coordinateur du BAG), Martine Meireles (LGC, Toulouse, co-cordinatrice du BAG), et Amélie Banc (L2C, Montpellier), François Boué (LLB, Saclay), Barbara Lonetti (IMRCP, Toulouse), et Christelle Lopez (BIA, Nantes) co-responsables des quatre thématiques du BAG.

– Bobine de gel supramoléculaire saccharidique obtenue par filage en voie humide, additionnée d’un colorant fluorescent vert –

Certaines molécules amphiphiles de faible masse molaire, au lieu de former de simples micelles sphériques, sont capables de s’assembler en fibres supramoléculaires de grande longueur dans l’eau. Ces fibres emprisonnent l’eau et forment ainsi ce qu’on appelle un gel supramoléculaire. Dans la perspective de développer des gels supramoléculaires biocompatibles utilisables comme support pour la culture cellulaire, une série de petites molécules dérivées de sucres a été synthétisée et leur gélification a été étudiée par deux méthodes. La première méthode, classique, consiste à dissoudre la molécule dans l’eau à chaud. Puis, en abaissant la température, à l’instar d’une cristallisation, les molécules s’auto-assemblent spontanément en fibres, formant ainsi le gel. Une seconde méthode consiste à dissoudre le gélifiant dans un bon solvant, le diméthylsulfoxyde et à injecter cette solution dans un bain d’eau sous forme d’un jet continu. Au contact de l’eau, qui diffuse au sein du jet de diméthylsulfoxyde, les molécules s’auto-assemblent en fibres supramoléculaires, conduisant à la formation d’un filament continu de gel. La microstructure de ces gels est particulièrement homogène et organisée, indiquant que ce procédé conduit à un très bon contrôle de l’auto-assemblage. Cette méthode permet de former ce type de gels délicats par injection, ce qui ouvre des perspectives notamment pour l’impression 3D.

Wet spinning of a library of carbohydrate low molecular weight gels
D. Bordignon, B. Lonetti, C. Coudret, P. Roblin, P. Joseph, L. Malaquin, A. Chalard, J. Fitremann
Journal of Colloid and Interface Science, vol.603, p.333-343, 2021
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.06.058

– A gauche, schématisation du mélange acide poly(méthacrylique) dont la conformation change en fonction du pH avec des particule de silice dont la surface peut être modulée. A droite, intensité diffusée par 3 mélanges PMAA/silice non fonctionnalisée à 3 différents pH –

L’adsorption de polymères, et plus particulièrement de polyélectrolytes à la surface de nanoparticules permet de moduler la stabilité colloïdale et la dispersion des particules en modifiant les interactions de surface. Ces processus revêtent une grande importance dans de nombreux procédés industriels allant de la fabrication du papier, aux traitements des eaux usées en passant par le biomédical.

Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les interactions entre un polyacide, l’acide poly(méthacrylique) (PMAA) et des nanoparticules dont la surface avait ou non été fonctionnalisée avec des amines. Ce système nous a permis de moduler à la fois la charge du polymère, de neutre à pH 3 à chargé négativement à pH 9, et la charge de surface de la silice dont le potentiel Zeta pouvait être positif en présence d’amine ou négatif lorsque celle-ci n’était pas fonctionnalisée. La modification du pH module bien évidement non seulement la charge du polymère mais également sa conformation puisque le PMAA passe d’une conformation de chaîne assez compact à une chaine très étendue de pH3 à pH9.

Les isothermes d’adsorption ont mis en évidence de plus fortes adsorptions à pH = 3, lorsque la chaîne de PMAA adopte une conformation compacte et que le PMAA est neutre. Dans ce cas, plus la surface de la silice est hydrophobe, plus l’adsorption est élevée. A des valeurs de pH plus élevées, lorsque la chaîne et la silice sont chargées, les interactions électrostatiques sont la principale force motrice des interactions PMAA/nanoparticules.

Nous avons cherché à corréler ces différences d’adsorption aux différences de dispersion en solution aqueuse dans le cas où la surface est saturée de polymère. Nous avons ainsi pu monter grâce à des expériences de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) que plus les interactions polymère/surface sont fortes, plus les agrégats de silice sont compacts.

Adsorption of poly(methacrylic acid) onto differently charged silica nanoparticles and its consequences on particles clustering
C. Robin, C. Lorthioir, A. Ermana, J. Perez, A. Fall, G. Ovarlez, C. Amiel, C. Le Cœur
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol.638, 128287, 2022
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128287