Méthodes envisagées pour l'amélioration du contraste et de la résolution spatiale

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Introduction Générale

Les polymères amphiphiles se caractérisent par des propriétés physicochimiques très différentes comparées aux polymères purement hydrophiles, dues au greffage de chaînons hydrophobes sur leur squelette hydrophile. En effet, en solution aqueuse, les groupements hydrophobes s’associent via des interactions inter et/ou intramoléculaires au sein de microdomaines. De ce fait, les polymères amphiphiles appartiennent à la classe des polymères associatifs. Cette organisation particulière de leurs chaines en solution aqueuse se traduit par des propriétés viscosifiantes et épaississantes inédites dès lors qu’ils sont introduits en quantité suffisante.
Du fait de leur caractère amphiphile, ces polymères modifiés présentent un fort potentiel en tant qu’agent stabilisant dans le domaine de la formulation. Cette spécificité apparaît d’autant plus prometteuse que l’utilisation de tensioactifs de faible poids moléculaire, classiquement utilisés pour disperser et stabiliser les gouttelettes d’huile, s’avère de plus en plus controversée due à des considérations toxicologiques et environnementales.
La majorité des modifications visant à apporter un caractère amphiphile décrites dans la littérature concernent des polymères linéaires qui adoptent une conformation de type pelote flexible en solution. Peu d’études s’intéressent à conférer ce type de propriétés à des polymères plus complexes en termes de structure et/ou de conformation, comme le xanthane. Le xanthane est un hétéropolysaccharide anionique hydrophile obtenu par fermentation de sucre en présence d’une bactérie. Il est connu pour ses propriétés épaississantes importantes ainsi que pour son caractère fortement rhéofluidifiant. De plus, le xanthane a la particularité d’adopter deux conformations distinctes en solution : l’une sous forme ordonnée hélicoïdale semi-rigide à basse température et force ionique élevée, et l’autre sous forme désordonnée de type pelote flexible à haute température et/ou très faible force ionique. La transition conformationnelle ordre-désordre est réversible et s’accompagne d’une modification des propriétés rhéologiques du polymère en solution.
L’objectif principal de cette thèse consiste à déterminer l’impact de la conformation adoptée par le xanthane pendant le processus de greffage des groupements alkyles, sur ses propriétés associatives en solution aqueuse ainsi que sur ses propriétés stabilisantes en émulsion.
Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse se sont articulés selon trois grands axes. Le premier axe consiste à développer un protocole opératoire permettant de greffer des chaînes hydrophobes sur les fonctions acide carboxylique du xanthane sous forme désordonnée. Le deuxième se focalise sur la caractérisation des propriétés en solution de ces nouveaux polymères, notamment rhéologiques. Le but est de pouvoir les comparer à celles des polymères modifiés sous
forme ordonnée et de conclure sur l’influence de la rigidité de la chaine sur les propriétés associatives. Puis, dans un troisième axe, les xanthanes amphiphiles modifiés sous forme ordonnée et sous forme désordonnée ont été utilisés pour la préparation d’émulsions Huile dans Eau (H/E) afin de tester leur capacité à la stabilisation de celles-ci.
Ce manuscrit est composé de trois chapitres :
1- Etude bibliographique
Le premier chapitre est consacré à l’étude bibliographique et se compose de 3 parties. Tout d’abord, la première partie présente le xanthane, le polysaccharide choisi pour cette étude, ses différentes conformations ainsi que ses propriétés en solution aqueuse. Puis, une deuxième partie s’intéresse aux polymères amphiphiles, en se focalisant sur leur comportement rhéologique en solution aqueuse. Différents exemples de modification chimique du xanthane ayant pour but de lui conférer des propriétés amphiphiles sont décrits dans cette partie. Enfin, la dernière partie présente des concepts généraux concernant les émulsions. Notre intérêt sera focalisé sur les mécanismes de déstabilisation des émulsions, sur les différentes techniques permettant de les mettre en évidence ainsi que sur la description des différentes stratégies disponibles afin d’obtenir des émulsions stables dans le temps.
2- Matériel et méthodes
Le deuxième chapitre est dédié aux protocoles de modification chimique du xanthane sous forme désordonnée et sous forme ordonnée ainsi qu’au protocole de formulation. Les différentes techniques de caractérisation développées au cours de cette thèse seront présentées que ce soit pour le xanthane modifié hydrophobiquement en solution (RMN, dichroïsme circulaire et rhéologie) ou en émulsions (granulométrie, microscopie et rhéologie).
3- Résultats et discussion
Le troisième chapitre décrit les principaux résultats obtenus et s’appuie notamment sur trois articles publiés ou en cours d’évaluation.
La première partie compare le comportement des xanthane modifiés hydrophobiquement sous forme ordonnée et désordonnée en solution. Plus particulièrement, on cherche à mettre en évidence la relation entre organisation des chaines amphiphiles en solutions et propriétés observées. Cette partie s’appuie sur la publication intitulée « Chemical modification of xanthan in the ordered and disordered states: an open route for tuning the physico-chemical properties » publiée dans le journal Carbohydrate Polymers1.
La deuxième partie s’intéresse à l’application des xanthanes amphiphiles à la stabilisation des émulsions. Dans un premier temps, nous avons étudié leur pouvoir émulsifiant et stabilisant, ainsi que les phénomènes régissant la stabilisation/déstabilisation des émulsions contenant du xanthane modifié sous forme ordonnée. Les résultats obtenus dans cette partie sont présentés dans la publication intitulée « Hydrophobically modified xanthan: thickening and surface active agent for highly stable oil in water emulsions » acceptée dans Carbohydrate Polymers2.
Puis, dans un deuxième temps et dans la continuité des travaux présentés dans cette thèse, nous avons déterminé l’impact de la rigidité du squelette ainsi que de la longueur de la chaine alkyle greffée sur les propriétés stabilisantes en émulsion. Cette partie, intitulée «Oil in water emulsion stabilized by hydrophobically modified xanthan: impact of the grafted chain length and the backbone stiffness», a été soumise pour publication.
Une étude complémentaire regroupe des résultats préliminaires qui ont permis d’approfondir la compréhension des phénomènes régissant la formation, la stabilisation et la déstabilisation des émulsions contenant du xanthane modifié.
Pour finir, les conclusions principales de ces travaux de thèse seront présentées ainsi que quelques perspectives.

Table des matières

Introduction générale
1 Imagerie de uorescence en milieu diusant
1.1 Interaction entre la lumière et les tissus
1.1.1 Absorption
1.1.2 Diusion
1.1.3 Equation de transfert radiatif
1.1.4 Approximation de la diusion
1.1.5 Fluorescence
1.2 Code Monte-Carlo
1.2.1 Description et implémentation
1.2.2 Illustration sur un exemple
1.3 Imagerie moléculaire
1.3.1 Généralités et description de la méthode
1.3.2 Marqueurs
1.4 Signaux parasites et méthodes d’élimination existantes
1.4.1 Autouorescence
1.4.2 Fluorescence non spécique
1.4.3 Fuites d’excitation
1.4.4 Absorption du milieu
1.5 Problématique posée et solution proposée
2 Méthodes envisagées pour l’amélioration du contraste et de la résolution
spatiale
2.1 Etude préliminaire
2.2 Formation de l’image en illumination uniforme
2.3 Méthode de détection localisée
2.3.1 Théorie et simulation
2.3.2 Détection localisée simple
2.3.3 Détection localisée avec soustraction du voisinage
2.4 Méthode d’illumination structurée
2.4.1 Principe de la méthode
2.4.2 Eets de bord observés
2.5 Méthode tirant parti du lien entre les signaux d’excitation et d’autouorescence
2.5.1 Hypothèse
2.5.2 Simulation
2.5.3 Vérication expérimentale
2.6 Conclusion
3 Système d’acquisition et supports d’étude
3.1 Montage optique utilisé
3.2 Expériences sur fantômes
3.3 Validation in vivo sur petit animal
3.4 Proposition d’amélioration du montage pour une implémentation en temps r
4 Etude de l’amélioration du contraste et de la résolution sur fantômes
validation in vivo sur petit animal
4.1 Résultats préliminaires
4.2 Amélioration du contraste : inclusion unique à diérentes profondeurs
4.2.1 Dicultés rencontrées en illumination uniforme
4.2.2 Fantômes avec une faible autouorescence
4.2.3 Fantômes avec une forte autouorescence
4.3 Amélioration de la résolution spatiale : étude sur fantômes complexes
4.3.1 Dicultés rencontrées en illumination uniforme
4.3.2 Fantômes avec une faible autouorescence
4.3.3 Fantômes avec une forte autouorescence
4.4 Sensibilité à la profondeur
4.5 Utilisation séquentielle des méthodes pour améliorer leurs résultats
4.6 Récapitulatif des résultats
4.7 Validation in vivo des méthodes : étude sur petit animal
4.7.1 Cas simple avec un capillaire en sous-cutané
4.7.2 Cas avec deux capillaires en sous-cutané à deux concentrations dié-
rentes : eet d’écran
4.7.3 Cas intermédiaire avec un capillaire au niveau de l’abdomen
4.7.4 Cas complexe avec un capillaire au niveau du thorax
4.7.5 Variation de la profondeur considérée dans un cas pratique
4.7.6 Conclusions sur ces résultats in vivo
4.8 Correction des hétérogénéités d’absorption
Conclusion et perspectives
Bibliographie
Annexes
A Détails des calculs des solutions de l’approximation de la diusion en géométries
planaires et cylindriques
A.1 Géométrie planaire
A.2 Géométrie cylindrique
B Liste des publications et communications
B.1 Revues à comité de lecture
B.2 Congrès internationaux
B.3 Congrès nationaux