Les interactions aux frontières entre matériaux (polymères, nanoparticules…) et environnements, notamment biologiques, sont au cœur des travaux menés dans ce thème.

1 - Structuration de biomatériaux

Cette activité concerne la conception et l’élaboration de biomatériaux (hydrogels thermosensibles injectables, mousses hydrogel, ciments) pour l’ingénierie tissulaire. Les principaux objectifs sont de déterminer leur structure, de mesurer leurs propriétés mécaniques, d’étudier les propriétés chimiques des interfaces et de comprendre les interactions matériau/cellules, afin d’optimiser leur caractéristiques chimiques et topologiques. Pour atteindre ces objectifs, des méthodes de caractérisation haute résolution sont développées à partir des microscopies à force atomique (AFM) et de la cryo-microscopie électronique (cryo-MET, cryo- FIB-MEB). Ces microscopies sont utilisées dans les modes imagerie et spectroscopie, en parallèle des spectroscopies vibrationnelles (Raman et IR), de DLS ou de Zétamétrie.

Pour en savoir plus : [Polysaccharide], [Hydrogels]

 Mots clés : Biomatériaux, Interactions matériau/cellules, hydrogels

 Personnes de l’IMN concernées : J. Le Bideau, P. Abellan, S. Cuenot, H. Terrisse, S. Quillard

2 - Interactions entre matériaux et fluides

Nous nous intéressons aux interactions entre nanoparticules et cellules végétales. Nos objectifs sont d’acquérir une connaissance accrue des propriétés (bio)physiques et physico-chimiques aux bio-interfaces, ainsi que de caractériser les propriétés mécaniques de cellules vivantes mises en contact avec des nanoparticules en vue de concevoir de nouveaux matériaux utilisables dans des applications en biologie (capteurs, marqueurs en imagerie…). Les travaux se déclinent en deux volets interconnectés: la synthèse, fonctionnalisation et caractérisation fine des nanoparticules hybrides en privilégiant des voies de synthèse « verte » et sans surfactant additionnel et l’étude de l’impact de la mise en contact de nanoparticules sur les membranes biologiques et l’étude des propriétés mécaniques de cellules en présence de nanoparticules.

Dans les travaux de thèse de T. Le Néel (2018 – 2021), des nanoparticules d’or ont été synthétisées, fonctionnalisées et leurs propriétés structurales, morphologiques et dimensions finement déterminées par des observations et mesures par microscopie électronique en transmission et spectroscopie Raman. Ces particules ont ensuite été utilisées pour évaluer l’impact de leur présence dans l’eau environnant les plantes aquatiques Egeria Densa.

Mots clés : Nanoparticules, cellules végétales, bio-interface, synthèse verte, propriétés mécaniques.

 Personnes de l’IMN concernées : P. Bertoncini, M. Bayle

3 - Additifs alimentaires inorganiques : caractérisation et devenir au cours de la digestion

Notre objectif est de caractériser différents additifs alimentaires, tels que le dioxyde de titane (E171), l’argent colloïdal et les phosphates de calcium (E341), qui sont actuellement présents sous forme de nanoparticules dans différentes formulations alimentaires (confiseries, laits infantiles), ou pharmaceutiques. Nous déterminons dans un premier temps les caractéristiques physico-chimiques de ces composés par un large panel de techniques (microscopie électronique, spectroscopies infrarouge, Raman, RMN du solide, XPS, diffraction des rayons X, UV-visible, etc.). Nous analysons dans un deuxième temps leurs propriétés aux interfaces avec les milieux biologiques, et identifions leurs interactions avec des molécules présentes dans le système digestif (protéines, enzymes) ou au niveau des parois cellulaires (phospholipides), grâce à des isothermes d’adsorption, par des mesures de potentiel zêta, et à l’aide d’outils spectroscopiques permettant de sonder la surface des particules.

Pour en savoir plus : [TiO2-Phospholipides], [Caractérisation E171]

 Mots clés : TiO2, argent colloïdal, phosphates de calcium

Personnes de l’IMN concernées : H. Terrisse, S. Quillard, B. Humbert

4 - L’espèce radicalaire à l’interface

The valorization of CO2 requires an understanding of its reaction intermediates at the solid/solution interface. One of these intermediates is the Carbonate Radical (CO3°-), a radical species induced when the carbonate ion (HCO3-/CO32-) in aqueous solution is exposed to an energy source sufficiently intense to cause the O-H bond of the water molecule to be broken via reaction with the hydroxyl radical (OH°). This carbonate radical has already been mentioned in the literature in experiments involving natural or induced photolysis, electrolysis, sonolysis and radiolysis. However, no data on its production/consumption kinetics or its lifetime at the solid/solution interface are available in the literature. Yet these parameters are key to understanding the interactions between the radical and the surface under study. This project will focus on the interaction between this radical and the surface of large families of “model” materials involved in various fields of interest (Energy, Geoscience, Health). The idea is to develop a cross-disciplinary project aimed at identifying, characterizing and quantifying these radical species at the solid/solution interface using the time-resolved pulsed UV photolysis (TAS) technique. The first stage of the project concerns the carbonate radical CO3°-, but other radical species of interest may be considered at a later stage (CO2°-, OH°, O2°-, SO4°-) depending on the absorption range accessible via the experiment developed in this project.

Expertises : Transient Absorption Spectroscopy (TAS)

Mots clés : Radical, Temps de Vie, Surface

Collaborations académiques : ISTerre (Laurent Truche, UMR 5275, Université Grenoble-Alpes)

Personnes de l’IMN concernées : Johan Vandenborre, Bernard Humbert, Jean-Yves Mevellec, Maxime Bayle, Hélène Terrisse, Jean Le Bideau, Rim Ettouri, Clément Maheu, Chris Ewels

Projet de recherche en cours : RADICO

Publications :

  • (1) Lefeuvre, N.; Truche, L.; Donzé, F.-V.; Vandenborre, J.; Gaucher, E. C.; Magnin, V. The Contribution of Mechanoradical Reactions to Crustal Hydrogen Generation. Earth and Planetary Science Letters 2025, 660, 119363. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119363.
  • (2) Terfas, S.; Blain, G.; Craff, E.; Koumeir, C.; Haddad, F.; Poirier, F.; Delpon, G.; Vandenborre, J. Oxygen Dependence on Hydrated Electron Yields: Pulsed Radiolysis Studies Using Proton Beams. J. Phys. Chem. A 2025, 129 (22), 4861–4869. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.5c00629.

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