Structure et propriétés des glycomatériaux

Les recherches développées dans cette équipe concernent les polysaccharides à l'état solide semi cristallin (cellulose, amidon, chitine, etc.): leur morphologie, leur structure et leurs propriétés intrinsèques, leur organisation au sein des édifices naturels ainsi que leur potentiel applicatif en vue de concevoir de nouveaux matériaux via leur fonctionnalisation et/ou leur auto-assemblage et/ou le développement de nouveaux procédés.

 

La raréfaction des ressources fossiles combinée aux conséquences environnementales dramatiques des matériaux dérivés du pétrole a fortement accéléré l’intérêt porté au développement de nouveaux matériaux biosourcés. La recherche dans ce domaine est un enjeu sociétal majeur pour accompagner les transitions en cours dans le cadre de l’exploitation des ressources fossiles et les conséquences de leur épuisement à venir.

Plusieurs polysaccharides sont à la base de l’architecture de très nombreux organismes (plantes terrestres, algues, champignons, crustacés, insectes, etc.) au sein desquels ils se présentent souvent sous forme d’objets semicristallins dont au moins l’une des dimensions est nanométrique. Les micro/nanocristaux de cellulose ou de chitine qu’il est possible d’extraire de la biomasse sont de taille variable. Ils possèdent des qualités attractives (abondance naturelle, renouvelabilité, biocompatibilté et biodégradabilité) et des caractéristiques physiques et chimiques uniques (légèreté, chiralité, anisométrie marquée de forme et de propriétés). Ces cristaux sont à l'origine des propriétés mécaniques des organismes qui les synthétisent, mais après extraction, ce sont également des briques élémentaires de choix pour la création d’une nouvelle génération de matériaux avancés compatibles avec les concepts de développement durable. On les retrouve sous des formes et des appellations très variées (nanocristaux, nanofibrilles, microfibrilles, whiskers, etc.. Ils font l’objet d’un engouement récent de la part des chercheurs académiques mais également des industriels, comme en atteste l’accroissement considérable de publications et de brevets dans le domaine ces dix dernières années. Ces objets, leur extraction, leur caractérisation et leur modification physique ou chimique, dans leur environnement natif ou transformé en matériaux variés (aérogels, nanocomposites, complexes en suspension, films minces, etc.), sont au cœur des recherches de l’équipe SPG.

Quelques objets au cœur des recherches de l’équipe SPG : nanofibrilles (à gauche) et nanocristaux (au centre) de cellulose de bois, nanocristaux de cellulose de tunicier (à droite) (MET - coloration négative)

La compréhension de la biosynthèse et de la structuration au sein des édifices naturels ainsi que le développement rationnel de tels matériaux à base de (ou contenant des) nanocristaux de polysaccharides nécessite cependant d’approfondir notre connaissance fondamentale de leur structure à différentes échelles. L'objectif de l’équipe est donc d’établir des relations structure-propriétés selon une stratégie multiéchelle en étudiant la structure, la morphologie et l’organisation de ces nanocristaux aux échelles atomique, moléculaire, supramoléculaire ou colloïdale, et macroscopique.

Les différentes échelles spatiales couvertes par les travaux du groupe SPG.

Nos travaux de recherche se fondent sur des outils et concepts de champs scientifiques variés incluant la cristallographie, la biophysique, la science de la matière molle et des matériaux, la science des colloïdes et des polymères, combinés à de nombreuses techniques avancées d’imagerie, de spectroscopie, d’analyse thermomécanique et de modélisation: RMN du solide, spectroscopie infrarouge, diffusion et diffraction des rayonnements (en particulier sur les grands instruments), microscopies électroniques et à champ proche, modélisation atomistique et gros grains. Ces approches se déclinent en thématiques qui concernent des communautés du domaine des polymères et de la matière molle, mais aussi de la biochimie et de la biologie de ces matériaux.

 

Faits marquants de l'équipe SPG

2015 : remise du prix Marcus Wallenberg à Yoshiharu Nishiyama par le roi de Suède.
2019 : rencontre avec Naruhito, nouvel empereur du Japon (photo: Dauphiné Libéré)
1e école d'hiver Nanocellulose décembre 2019 - Col du Lautaret
Les participants du Cermav à la 1e école d'hiver Nanocellulose décembre 2019 - Col du Lautaret

Couvertures de revues

Liste des publications (5 dernières années)

Les membres actuels :

Voir aussi dans «Les Equipes»

Auto-assemblage des Glycopolymères L'équipe "Auto-assemblage des Glycopolymères" s'intéresse à la préparation de glycoconjugués ou de glycopolymères à architectures variées, par une chimie directe et sélective, pour l'étude de leur auto-assemblage en solution (glyco-nanoparticules) ou à l'état solide (glyco-films minces nanostructurés, glyco-fibres electrofilées, glyco-surfaces) en vue d'applications diverses: Reconnaissance moléculaire, Biomédicale, Nano-électronique, Nanolithographie, Biocapteurs, Filtration,... . Chimie et Biotechnologie des Oligosaccharides Les recherches de l'équipe CBO portent sur le développement d’outils chimiques et enzymatiques pour la production de glycanes (oligo-, polysaccharides) et de glycoconjugués Glycobiologie moléculaire et structurale L’équipe GlycoBiologie Moléculaire et Structurale (GBMS) étudie les relations structure-fonction des protéines avec des molécules glucidiques complexes (oligosaccharides, glycoconjugués et polysaccharides). Sa recherche est à l'interface Chimie-Biologie avec une expertise pluridisciplinaire en bioinformatique, biologie moléculaire, biochimie et enzymologie, cristallographie des protéines au rayons X, analyse des interactions protéines-carbohydrates et méthodes de modélisation moléculaire. Son activité de recherche est menée selon les axes principaux suivants : -La biosynthèse des glucides complexes par les glycosyltransférases (GTs). -La dégradation des polysaccharides complexes par les Polysaccharide Utilisation Loci (PULs). -La reconnaissance des glycoconjugués par les lectines. -L’analyse structurale d'oligo- et polysaccharides.