Conception de matériaux biohybrides photosynthétiques par immobilisation de biosystèmes végétaux au sein de matrices silicées

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

Après plusieurs milliards d’années d’évolution, la nature a pu assembler de simples atomes en de magnifiques édifices supramoléculaires dotés de multiples fonctions conduisant à une véritable machinerie moléculaire : la cellule. L’intégration de ces fonctions au sein de nouveaux dispositifs pourrait conduire à une percée technologique dans de nombreux domaines (environnement, énergie, santé). Toutefois, bien que présentant un degré de sophistication extraordinaire, auquel aucun système artificiel n’est comparable, les systèmes vivants sont fragiles. Ces dernières années, de nombreuses recherches ont montré que l’immobilisation de biomolécules, d’enzymes ou de microorganismes au sein de diverses matrices artificielles permet de protéger ces biostructures et de créer de nouveaux biocomposites fonctionnels. Ce secteur de recherche en plein essor pourrait, dès lors, conduire, dans un futur proche, à la création de nouvelles technologies prometteuses telles que des senseurs cellulaires, des systèmes de dépollution, des bioréacteurs ou encore à la mise au point d’organes artificiels. L’objectif général de cette thèse consiste en une étude fondamentale portant sur l’élaboration de matériaux bio-hybrides fonctionnels stables par immobilisation d’organites ou de cellules photosynthétiques modèles au sein de matrices silicées en vue de développer un photo-bioréacteur. La première partie de ce travail est dédiée à la mise au point de méthodes d’immobilisation propices à l’incorporation in situ d’entités biologiques fragiles (thylakoïdes, chloroplastes, cellules) au sein de supports silicés poreux. Différents précurseurs inorganiques et variables de synthèse ont été étudiés afin de déterminer leur effets sur les propriétés morphologiques, texturales, structurales et rhéologiques des matrices silicées. Particulièrement, l’activité photosynthétique des membranes thylakoïdales encapsulées a été investiguée et corrélée aux propriétés du support. Cette étude a conduit au développement d’une voie propice de synthèse biocompatible, laquelle a permis de prolonger jusqu’à 40 jours l’activité enzymatique des thylakoïdes. Cette longévité est exceptionnelle, étant donné que plus aucune activité n’est détectable après environ 3 jours pour ces biostructures isolées en simple suspension. La seconde partie porte sur la réalisation d’un photobioréacteur solide via l’immobilisation in situ ou post-synthèse de cellules végétales (Arabidopsis thaliana). Dans cette optique, l’activité cellulaire et les interactions matrice-cellules ont été étudiées grâce à diverses techniques. Un contrôle de la chimie de surface du réseau silicé s’est avéré crucial pour éviter une minéralisation des parois cellulaires et maintenir in fine la viabilité cellulaire. De même, la porosité de la matrice est un facteur clé. Elle permet de moduler la croissance et le confinement des cellules au sein même du matériau. Encapsulées dans une matrice silicée organomodifiée, les cellules photoautotrophes sont capables de secréter des molécules organiques au départ du dioxyde de carbone tout en convertissant l’eau en dioxygène durant plus de 30 jours. Ces résultats concrétisent effectivement la notion de matériaux bio-hybrides fonctionnels capables de photosynthétiser.
Date de réussite17 mai 2010
langueFrançais
Institution diplomante
  • Université de Namur
SuperviseurStéphane Vincent (Jury), Alexandre Leonard (Jury), Alain Krief (Jury), Pierre Van Cutsem (Promoteur), Steve Lanners (Président), Jacques Livage (Jury) & Bao Lian Su (Promoteur)

mots-clés

  • Encapsulation
  • Matériaux hybrides
  • Silice
  • Cellule
  • Bioréacteur
  • Biominéralisation
  • interface cellulaire

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Conception de matériaux biohybrides photosynthétiques par immobilisation de biosystèmes végétaux au sein de matrices silicées
Meunier, C. (Auteur). 17 mai 2010

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences