MESR EX : Oléogels mixtes moléculaires-macromoléculaires : de la coexistence simple aux réseaux covalents dynamiques // Mixed molecular-macromolecular oleogels: from simple coexistence to dynamic covalent networks

Dans le cadre d'applications biomédicales, ce sont les hydrogels qui sont majoritairement plébiscités dans la littérature. Toutefois, d'autres fluides que l'eau, sans danger pour l'homme et l'environnement, pourraient être utilisés dans la formulation de gels. C'est notamment le cas de nombreuses huiles qui sont déjà utilisées comme excipients, émollients ou épaississants dans la formulation de produits pharmaceutiques et agro-alimentaires . Il serait donc possible d'encapsuler, au sein d'un oléogel, des principes actifs hydrophobes. Outre leur biocompatibilité, les huiles naturelles sont des fluides non volatils qui, comparés aux hydrogels, assureraient une bonne stabilité du gel en empêchant toute évaporation.
Les travaux antérieurs que nous avons menés sur les organogels aqueux hybrides, moléculaires/macromoléculaires, ont été prometteurs, et ont ouvert la voie à l'élaboration de nouveaux matériaux . En effet, l'utilisation conjointe d'un gélifiant moléculaire à base d'acides aminés amphiphiles et d'une macromolécule au sein de ces matériaux permet un ajustement plus fin des propriétés physico-chimiques des gels, et permettrait par exemple un meilleur contrôle de la libération des médicaments.
Dans la continuité de ces travaux, la thèse aura pour objectif de développer de nouveaux oléogels bio-inspirés. Ainsi, dans un premier temps, une cartographie complète de la gélification des huiles biocompatibles avec nos gélifiants sera établie. Les fluides visés sont le glycérol, les miglyols (triglycérides) ou encore des huiles naturelles (alimentaires et cosmétiques).
Le second volet de la thèse consistera à étudier l'évolution des propriétés physico-chimiques des gels, notamment les propriétés rhéologiques, lorsque du dextrane est incorporé lors de la formulation. Pour mener à bien cette étape, des modifications chimiques du dextrane seront éventuellement envisagées. En effet, ce dernier n'est pas soluble dans toutes les huiles, et sa fonctionnalisation par des groupes spécifiques sera nécessaire afin d'en augmenter son incorporation et de favoriser la formation de gels.
Les gels supramoléculaires sont utilisés pour des applications ciblées et, dans cette optique, la maîtrise de leurs propriétés thermo-mécaniques est essentielle. Cette dernière passe par la connaissance de leurs propriétés rhéologiques en lien avec leur microstructure. Parmi les différentes techniques rhéologiques envisageables, cette étude s'appuiera, en particulier, sur la spectroscopie mécanique qui permettra l'étude et le suivi des cinétiques de gélification. Au cours de ce processus, la formation séquentielle du gel est complexe et est contrôlée, notamment, par le solvant et la température via les interactions de van der Waals. Le couplage de la spectroscopie mécanique avec différentes techniques de caractérisation physico-chimiques (spectroscopies, imagerie…) devrait alors permettre d'établir des relations propriétés-structure entre les échelles macroscopique, mésoscopique et moléculaires des systèmes étudiés.
Les différentes expériences à réaliser seront organisées sur la base de plans d'expériences afin d'optimiser le nombre de tests à réaliser. Les surfaces de réponse, associées aux plans d'expériences considérés permettront une analyse quantitative les effets et interactions des différents facteurs physico-chimiques mis en jeu (nature et concentrations des constituants, température de gélification…) en relation avec les propriétés rhéologiques des gels obtenus.
In fine, une approche de type modélisation rhéologique structurelle sera mise en œuvre afin de dégager une vision multi-échelle des gels formulés en vue de la maitrise leurs propriétés d'usage qui sera essentielle si des applications industrielles sont envisagées.
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In biomedical applications, hydrogels are the most widely used materials in the literature. However, fluids other than water, safe for humans and the environment, could be used in gel formulations. This is particularly true of many oils already used as excipients, emollients, or thickeners in pharmaceutical and food formulations. It would therefore be possible to encapsulate hydrophobic active ingredients within an oleogel. In addition to their biocompatibility, natural oils are non-volatile fluids which, compared to hydrogels, would ensure good gel stability by preventing evaporation. Our previous work on hybrid aqueous molecular/macromolecular organogels has been promising and has paved the way for the development of new materials. Indeed, the combined use of a molecular gelling agent based on amphiphilic amino acids and a macromolecule within these materials allows for finer adjustment of the gels' physicochemical properties, potentially leading to better control of drug release.

Building on this work, the thesis will aim to develop new bio-inspired oleogels. Initially, a comprehensive mapping of the gelation of oils biocompatible with our gelling agents will be established. The targeted fluids include glycerol, miglyols (triglycerides), and natural oils (food and cosmetic).

The second part of the thesis will focus on studying the evolution of the gels' physicochemical properties, particularly their rheological properties, when dextran is incorporated during formulation. To achieve this, chemical modifications of the dextran may be considered. Indeed, it is not soluble in all oils, and its functionalization by specific groups will be necessary in order to increase its incorporation and promote the formation of gels.

Supramolecular gels are used for targeted applications, and in this context, controlling their thermo-mechanical properties is essential. This control relies on understanding their rheological properties in relation to their microstructure. Among the various rheological techniques available, this study will focus particularly on mechanical spectroscopy, which will allow for the study and monitoring of gelation kinetics. During this process, the sequential formation of the gel is complex and is controlled, notably, by the solvent and temperature via van der Waals interactions. Coupling mechanical spectroscopy with various physico-chemical characterization techniques (spectroscopy, imaging, etc.) should then allow us to establish property-structure relationships between the macroscopic, mesoscopic, and molecular scales of the systems studied.
The various experiments will be organized based on experimental designs to optimize the number of tests performed. Response surfaces, combined with the experimental designs considered, will allow for a quantitative analysis of the effects and interactions of the various physicochemical factors involved (nature and concentrations of constituents, gelation temperature, etc.) in relation to the rheological properties of the resulting gels.

Ultimately, a structural rheological modeling approach will be implemented to develop a multi-scale view of the formulated gels, with a view to controlling their performance properties, which will be essential if industrial applications are envisioned.
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Début de la thèse : 01/11/2026

Enseignement supérieur

Université de Lorraine

608 SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE

des compétences en chimie et physico-chimie. Des compétences en rhéologie et formulation seront appréciées.
background in chemistry and phyci-chemistry. Skills in formulation and rheology will be also apprecied.