Institut Charles Sadron PECMAT
Recherche
Les activités scientifiques menées au sein du groupe PECMAT s'articulent autour des cinq principaux axes de recherche suivants :
Axe 1: Nouveaux concepts en ingénierie moléculaire, supramoléculaire et macromoléculaire aux interfaces
Axe 2: Multimatériaux et matériaux anisotropes
Axe 3: Complexes de Polyelectrolytes , structures and dynamiques
Axe 4: Dynamiques des auto-assemblages de copolymères
Axe 5: Nouveaux blocs fonctionnels de nanotubes de carbone
Axe 1 : Nouveaux concepts en ingénierie moléculaire, supramoléculaire et macromoléculaire aux interfaces
De nos jours, les processus ascendants (bottom-up) d’organisation de la matière constituent un moyen bien établi pour architecturer à l’échelle nanométrique et concevoir des surfaces microstructurées trouvant ainsi un nombre croissant d'applications dans divers domaines. Pour aller encore plus loin, nous développons des stratégies originales pour modifier la surface de différents types de substrats (surfaces planes, électrodes, élastomères, matériaux poreux) afin d’établir de nouveaux concepts dans le domaine des biocapteurs, de la catalyse, de la conception de matériaux intelligents (mécano-sensible ou mécano-répondant) et dans les biomatériaux.
Quatre aspects sont ainsi développés :
(i) Autoconstruction de films de polymères par électrochimie.
Le concept d'auto-construction morphogénique de films est basé sur la présence sous forme de gradient d'une molécule jouant le rôle de morphogènes. Le morphogène permettant la réaction ou l’interaction entre deux macromolécules. Notre objectif ici est de développer de nouveaux outils chimiques permettant de générer des films polymères microstructurés exclusivement sur une surface en utilisant l’électrochimie. Les microstructures obtenues doivent être totalement nouvelles par rapport aux gradients morphogéniques utilisés.
Contact : Fouzia Boulmedais
(ii) Hydrogel à auto-assemblage autonome résolu localement et spatialement.
Une autre stratégie, plus proche de la biologie, consistant à utiliser l'auto-assemblage assisté par enzyme (EASA), est développée afin d'auto-organiser des structures fibrillaires peptidiques exclusivement à partir de la surface. Ce concept sans stimuli repose sur l'utilisation d'enzymes (le «moteur de réaction») confinées dans un film nanométrique recouvert d'une couche initiatrice.
Contact : Loïc Jierry
(iii) Mécanochimie douce.
Dans la nature, les forces induisent des changements de conformation des protéines conduisant à une exposition ou à une modification de leurs activités ou propriétés. Ainsi, un signal mécanique est converti en un signal chimique. Notre objectif est de développer des systèmes chimio-réactifs qui permettent de déclencher ou de contrôler des processus chimiques par des changements de conformation macromoléculaires induits par des forces mécaniques. À cette fin, des macromolécules sensibles sont synthétisées pour développer des matériaux avec des macromolécules à site cryptique et des enzymes artificielles dont l’activité catalytique peut être ajustée (activée/désactivée) lorsqu’elles sont étirées.
Contact : Loïc Jierry
(iv) Biomatériaux : l’interface chimie-biologie.
Une partie de nos travaux de recherche, en collaboration avec l’UMR 1121 INSERM, l’UMR 7199 CNRS et l’EA4691 CNRS, est consacrée au développement de revêtements ou d’architectures à base de polyélectrolytes destinées au développement de revêtements antibactériens et anti-inflammatoire. Dans le domaine des biomatériaux, un des enjeux lors de l’implantation d’un implant est d’éviter la contamination bactérienne qui peut engendrer une septicémie au patient. Dans ce but, nous développons des revêtements anti-adhérents vis-à-vis des bactéries mais aussi bactéricides.
Contact : Fouzia Boulmedais
Axe 2 : Multimatériaux et matériaux anisotropes
Inspirés par la nature et basés sur notre expertise de longue date dans les films assemblés couche-par-couche (LbL) et sur notre récente percée dans la création de films avec une anisotropie dans le plan sur de grandes surfaces, nous focalisons nos activités de recherche sur les multimatériaux et les matériaux anisotropes. Nous préparons, étudions et optimisons différentes architectures multicomposites en fonction de leur composition, de leur architecture nanométrique (espacement dans le plan et hors plan, orientation, etc ...) et de leurs propriétés anisotropes. En particulier, nous nous intéressons aux propriétés optiques ou électroniques des nano-objets métalliques (Au, Ag) ou semi-conducteurs (ZnO, TiO2) et aux propriétés mécaniques des nano-celluloses et des plaquettes minérales. Pour tous ces systèmes hybrides, nous étudions la relation étroite entre l'architecture de l'assemblage (en particulier l'anisotropie dans le plan des nano-objets 1D induite par la pulvérisation à incidence rasante) et les propriétés résultantes. La construction étape par étape de structures complexes (par exemple de couches minces chirales préparées à partir de nano-objets 1D non chiraux) obtenues en combinant différentes approches “bottom-up” permet de caractériser leurs propriétés de l’échelle nanométrique à l’échelle mésoscopique et dans une certaine mesure jusqu'à l'échelle macroscopique.
Contacts : Gero Decher, Olivier Félix, David Martel, Matthias Pauly
Axe 3 : Complexes de Polyelectrolytes , structures and dynamiques
Structure et dynamique des complexes polyélectrolytes – tensioactifs de charge opposée. Cette thématique concerne les associations PEs/surfactants. Elle vise à déterminer les propriétés structurales des complexes, mais aussi, à apporter un nouvel éclairage sur les processus dynamiques mis en jeu. Cela concerne la dynamique à l’échelle moléculaire et colloïdale (agrégats micellaires), mais aussi, celle reliée à l’assemblage et au désassemblage de ces entités (cinétique de formation & dissolution).
Contact : Jérôme Combet
Axe 4 : Dynamiques des auto-assemblages de copolymères
Cet axe comporte deux thèmes de recherche :
(i) Cinétique de micellisation de copolymères.
Après un saut de température dans un solvant sélectif de l’un des blocs, l’incorporation des unimères dans les micelles et l’équilibration de la distribution des tailles de micelles peuvent nécessiter plusieurs jours et les temps caractéristiques dépendent fortement de l’écart à la température critique de micellisation. Ces phénomènes ne sont pas bien caractérisés et compris. Nous utilisons la diffusion de lumière statique et dynamique pour suivre les cinétiques de micellisation en continu grâce à un développement original permettant une acquisition et un traitement automatique des données.
(ii) Copolymères aux interfaces liquide-liquide.
Des particules figées loin de leur forme d’équilibre peuvent se former lors de l’évaporation du solvant d’une émulsion huile/eau. Récemment nous avons proposé un mécanisme original pour expliquer les morphologies obtenues. Ce mécanisme implique la compétition entre une émulsification spontanée rapide de l’eau dans l’huile et un enrichissement progressif des interfaces par la diffusion des copolymères. Cette compétition permet de varier la morphologie des particules en jouant sur des paramètres comme la composition des copolymères et la vitesse d’évaporation du solvant. Nous pouvons ainsi obtenir une variété de morphologies et de fonctionnalisations présentant un intérêt pour des applications très diverses.
Contact : François Schosseler
Axe 5 : Nouveaux blocs fonctionnels de nanotubes de carbone
Nous étions la pertinence de nanotubes de carbone à double-paroi (DWNT) fonctionnalisés avec des macromolecules pho-actives pi-conjuguées pour développer des nanostructures innovantes. Cette approche combine de manière synergique les propriétés remarquables des nanotubes de carbone (principalement transport électrique et thermique) aux chctéristiques des polymères pi-conjugués qui seront synthétisés et attachés de manière covalente à la couche sacrificielle externe du DWNT tandis que la couche interne sera préservée. Le transfère photo-induit entre les nanotubes et les systèmes pi-conjugués seront étudiés par spectroscopies.