Flax fibres modification by cellulose nanocrystals and xyloglucan for the development of hierarchical biobased composites

Ce travail de thèse vise à développer un traitement de surface de fibres de lin pour l’amélioration des propriétés mécaniques de biocomposites à matrice polymère et renforts en lin. Cette modification de surface s’inspire des structures hiérarchiques présentes dans les systèmes biologiques (os, nacre ou bois), constitués de nano-objets permettant un meilleur transfert de charges dans ces matériaux. Cette présence d’objets de dimensions nanométriques permet notamment d’atteindre des valeurs de contrainte et ténacité élevées et de limiter la propagation de fissures. Dans ces travaux de recherche, des produits dérivés de la biomasse ligno-cellulosique, à savoir les nanocristaux de cellulose (CNC) et le xyloglucane (XG), ont été choisis pour leurs propriétés et leur affinité mutuelle afin de créer des fibres de lin hiérarchiques. Dans un premier temps, l’adsorption de XG et CNC sur les fibres de lin a pu être localisée et quantifiée grâce à des marqueurs fluorescents. De plus, des mesures de force d’adhésion en microscopie à force atomique ont révélé la création d’un réseau extensible XG/CNC sur la surface de la fibre. Par la suite, deux voies ont été proposées avec l’élaboration de biocomposites thermoplastiques (polypropylène/fibres de lin) et thermodurcissables (résine époxy/tissu de lin) utilisant ces fibres nanostructurées. Dans les deux cas, une augmentation du travail à la rupture a été mesurée en micro-tractions et/ou tractions uniaxiales, permettant une plus grande dissipation de l’énergie lors de la rupture. L’ensemble de ces travaux a permis d’évaluer le potentiel de différents renforts en lin hiérarchiques(tissu unidirectionnel ou fibres courtes)pour le développement de biocomposites structuraux avec un focus fait sur la zone d’interphase fibre / matrice.This thesis project aims at developing flax fibres surface treatment for the improvement of the mechanical properties of biocomposites with polymeric matrix and flax reinforcements. This surface modification is inspired by the hierarchical structures present in biological systems (bone, nacre or wood), composed of nano-objects which allow a better transfer of loads in these materials. This presence of nano-sized objects makes it possible to reach impressive strength and toughness values and to limit cracks propagation. In this project, products derived from lingo-cellulosic biomass, namely cellulose nanocrystals (CNC) and xyloglucan (XG), were chosen for their interesting properties and mutual affinity to create hierarchical flax fibres. In a first step, the adsorption of XG and CNC onflax fibres w as localized and quantified using fluorescent markers. In addition, atomic force microscopy measurements of adhesive force revealed the creation of an extensible XG/CNC netw ork on the fibre surface. Subsequently, two paths were proposed with the elaboration of thermoplastic (polypropylene/flax fibres) and thermoset (epoxy resin/flax fabric) biocomposites using these nanostructured fibres. In both cases, an increase of the work of rupture has been measured by micro-and/or uniaxial tensile tests, allowing dissipating more energy upon breakage. All this work has allowed evaluating the potential of different hierarchical natural reinforcements (unidirectional fabric or short flax fibers) for the development of structural biocomposites with a focus on the fiber/matrix interphase zon

Modification de fibres de lin par des nanocristaux de cellulose et du xyloglucane pour le développement de composites biosourcés hiérarchiques

This thesis project aims at developing flax fibres surface treatment for the improvement of the mechanical properties of biocomposites with polymeric matrix and flax reinforcements. This surface modification is inspired by the hierarchical structures present in biological systems (bone, nacre or wood), composed of nano-objects which allow a better transfer of loads in these materials. This presence of nano-sized objects makes it possible to reach impressive strength and toughness values and to limit cracks propagation. In this project, products derived from lingo-cellulosic biomass, namely cellulose nanocrystals (CNC) and xyloglucan (XG), were chosen for their interesting properties and mutual affinity to create hierarchical flax fibres. In a first step, the adsorption of XG and CNC onflax fibres w as localized and quantified using fluorescent markers. In addition, atomic force microscopy measurements of adhesive force revealed the creation of an extensible XG/CNC netw ork on the fibre surface. Subsequently, two paths were proposed with the elaboration of thermoplastic (polypropylene/flax fibres) and thermoset (epoxy resin/flax fabric) biocomposites using these nanostructured fibres. In both cases, an increase of the work of rupture has been measured by micro-and/or uniaxial tensile tests, allowing dissipating more energy upon breakage. All this work has allowed evaluating the potential of different hierarchical natural reinforcements (unidirectional fabric or short flax fibers) for the development of structural biocomposites with a focus on the fiber/matrix interphase zoneCe travail de thèse vise à développer un traitement de surface de fibres de lin pour l’amélioration des propriétés mécaniques de biocomposites à matrice polymère et renforts en lin. Cette modification de surface s’inspire des structures hiérarchiques présentes dans les systèmes biologiques (os, nacre ou bois), constitués de nano-objets permettant un meilleur transfert de charges dans ces matériaux. Cette présence d’objets de dimensions nanométriques permet notamment d’atteindre des valeurs de contrainte et ténacité élevées et de limiter la propagation de fissures. Dans ces travaux de recherche, des produits dérivés de la biomasse ligno-cellulosique, à savoir les nanocristaux de cellulose (CNC) et le xyloglucane (XG), ont été choisis pour leurs propriétés et leur affinité mutuelle afin de créer des fibres de lin hiérarchiques. Dans un premier temps, l’adsorption de XG et CNC sur les fibres de lin a pu être localisée et quantifiée grâce à des marqueurs fluorescents. De plus, des mesures de force d’adhésion en microscopie à force atomique ont révélé la création d’un réseau extensible XG/CNC sur la surface de la fibre. Par la suite, deux voies ont été proposées avec l’élaboration de biocomposites thermoplastiques (polypropylène/fibres de lin) et thermodurcissables (résine époxy/tissu de lin) utilisant ces fibres nanostructurées. Dans les deux cas, une augmentation du travail à la rupture a été mesurée en micro-tractions et/ou tractions uniaxiales, permettant une plus grande dissipation de l’énergie lors de la rupture. L’ensemble de ces travaux a permis d’évaluer le potentiel de différents renforts en lin hiérarchiques(tissu unidirectionnel ou fibres courtes)pour le développement de biocomposites structuraux avec un focus fait sur la zone d’interphase fibre / matrice

Développement de la technologie de microfluidique en gouttelettes pour le criblage phénotypique à haut débit à l'échelle de la cellule unique de répertoires de lymphocytes B

Le système immunitaire adaptatif joue un rôle de premier plan dans la défense contre les infections. La réponse humorale, impliquant la production d'anticorps, est un élément important de la réponse immunitaire adaptative. Au cours d'une infection, des cellules B spécifiques du système immunitaire prolifèrent et libèrent de grandes quantités d'anticorps qui se lient sélectivement à la protéine cible (antigène) trouvée sur le pathogène invasif, induisant la destruction du pathogène.Cependant, le système immunitaire ne répond pas toujours suffisamment efficacement pour détruire les agents pathogènes, et les mécanismes de tolérance empêchent la génération d'anticorps contre les protéines humaines - comme les marqueurs de surface cellulaire sur les cellules cancéreuses ou les cytokines impliquées dans des maladies inflammatoires et auto-immunes - qui pourraient être des cibles thérapeutiques importantes. Par conséquent, il existe un grand intérêt pour la recherche et le développement d'anticorps spécifiques qui peuvent être utilisés pour le traitement des patients par immunothérapie. En raison de leur grande affinité et de leur liaison sélective aux antigènes, les anticorps monoclonaux (mAbs) sont apparus comme des agents thérapeutiques puissants. Les anticorps monoclonaux dérivés de cellules B individuelles ont une séquence unique et présentent une affinité de liaison pour un antigène spécifique. Cependant, jusqu'à maintenant, la découverte des mAbs a été limitée par l'absence de méthodes à haut débit pour le criblage direct et à grande échelle de cellules B primaires non immortalisées pour découvrir les rares cellules B qui produisent des anticorps spécifiques d'intérêt clinique. Ceci est maintenant possible avec l'émergence et l'amélioration des méthodes de compartimentation in vitro pour l'encapsulation et le criblage de cellules uniques dans des gouttelettes picolitriques. Dans mon projet de doctorat, je décris le développement d'immunodosages et de dispositifs microfluidiques pour le criblage phénotypique direct de cellules individuelles à partir de populations de cellules B enrichies. Ce développement a permis une analyse détaillée de la réponse immunitaire humorale, avec une résolution à l’échelle de la cellule unique. C’est aussi un élément essentiel d'un pipeline de détection d'anticorps couplant le criblage phénotypique de cellules individuelles au séquençage d'anticorps sur cellules uniques. Il est maintenant possible, pour la première fois, de cribler des millions de cellules B individuelles en fonction de l'activité de liaison des anticorps sécrétés et de récupérer les séquences d'anticorpsThe adaptive immune system plays a leading role in defense against infection. The humoral response, involving the production of antibodies, is an important component of the adaptive immune response. During an infection, specific B cells of the immune system proliferate and release large amounts of antibodies which bind selectively to the target protein (antigen) found on the invading pathogen, inducing destruction of the pathogen. However, the immune system does not always respond efficiently enough to destroy pathogens, and tolerance mechanisms prevent the generation of antibodies against human protein - such as cell surface markers on cancer cells or cytokines involved in inflammatory and autoimmune disease - that could be important therapeutic targets. Hence, there is great interest in research and development of specific antibodies that can be used for immunotherapy of patients. Due to their high affinity and selective binding to antigens, monoclonal antibodies (mAbs) have emerged as powerful therapeutic agents. Monoclonal antibodies derived from single B cells have a unique sequence and display binding affinity for a specific antigen. However, until now, the discovery of mAbs has been limited by the lack of high-throughput methods for the direct and large-scale screening of non-immortalized primary B cells to uncover rare B cells which produce the specific antibodies of clinical interest. This is now becoming possible with the emergence and improvement of in vitro compartmentalization methods for single-cell encapsulation and screening in picoliter droplets. In my PhD project, I describe the development of binding immunoassays and microfluidic devices for the direct phenotypic screening of single-cells from enriched B cell populations. This development has enabled detailed analysis of the humoral immune response, with single-cell resolution and is an essential component of an antibody-discovery pipeline coupling single-cell phenotypic screening to single-cell antibody sequencing. It is now possible, for the first time, to screen millions of single B cells based on the binding activity of the secreted antibodies and to recover the antibody sequence

Physical-Chemical and Structural Stability of Poly(3HB-co-3HV)/(ligno-)cellulosic Fibre-Based Biocomposites over Successive Dishwashing Cycles

International audienceIn order to lengthen the life cycle of packaging materials, it is essential to study their potential for reuse. This has been never carried out for emerging bio-based and biodegradable materials such as PHBV/(ligno-)cellulosic fibre-based biocomposite materials. This work therefore highlights the impact of successive dishwashing cycles on the physical-chemical and structural stability of such materials. Several parameters were considered to assess this stability, such as the visual aspect and colour, the microstructure, the thermal and tensile properties, and the overall migration in food liquid simulants. The effect of fibre composition, morphology, and content was investigated by selecting three types of commercial (ligno-)cellulosic fibres and two filler contents (20 and 40 wt%). A great potential for reuse of PHBV films was highlighted by their high stability after up to at least 50 dishwashing cycles. However, the addition of (ligno-)cellulosic fillers negatively impacts the stability of PHBV-based materials, especially due to the hygroscopic behaviour of (ligno-)cellulosic fillers and the heterogenous microstructure of biocomposites, with at best up to 10 possible dishwashing cycles for ultra-pure cellulose. In conclusion, reuse including dishwashing steps can be considered for neat PHBV materials, while this should be prohibited for PHBV/(ligno-)cellulosic fibre-based biocomposite materials

Control of ZnO nanowires growth in flexible perovskite solar cells: A mini-review

Due to their excellent properties, Zinc oxide nanowires (ZnO NW) have been attractive and considered as a promising electron-transporting layer (ETL) in flexible Perovskite Solar Cells (FPSCs). Since the first report on ZnO NWs-based FPSCs giving 2.6 % power conversion efficiency (in 2013), great improvements have been made, allowing to reach up to∼15 % nowadays. However, some issues still need to be addressed, especially on flexible substrates, to achieve uniform and well-aligned ZnO NWs via low-cost chemical solution techniques. Several parameters, such as the growing method (time, temperature, precursors concentration), addition of seed layer (thickness, roughness, annealing temperature) and substrate (rigid or flexible), play a crucial role in ZnO NWs properties (i.e., length, diameter, density and aspect ratio). In this review, these parameters allowing to control the properties of ZnO NWs, like the growth techniques, utilization of seed layers and the growing method (time or precursors concentration) have been summarized. Then, a particular focus on the ZnO NW's role in FPSCs as well as the use of these results on the development of ZnO NWs-based FPSCs have been highlighted

Fonctionnalisation d’un tissu de lin industriel par adsorption de polysaccharides: effets sur les propriétés physiques des fibres de lin et des biocomposites lin/epoxy

International audienceDepuis les années 90, un important développement des polymères et renforts biosourcés et biodégradables a été observé. Par exemple, le secteur de l’automobile souhaite développer des structures plus légères et augmenter la fraction biosourcée dans ses composites. Les fibres végétales sont d’excellentes candidates avec des propriétés intrinsèques très intéressantes. Il est connu que les propriétés thermomécaniques des matériaux biocomposites dépendent fortement de l’interface fibre/matrice. En revanche, la plupart des matrices polymères sont hydrophobes et apolaires, ce qui implique une très faible adhésion interfaciale avec les fibres naturelles possédant des surfaces majoritairement hydrophiles [1]. L’enjeu de ce travail consiste à créer une interphase hiérarchique plus forte et cohésive dans les biocomposites en assemblant des nanocristaux de cellulose (CNC) avec du xyloglucane (XG) sur un tissu de lin industriel. Le but étant l’augmentation de la quantité de surface disponible des fibres et le renforcement de l’interphase grâce aux dimensions et aux propriétés mécaniques des CNC [2]. Le biopolymère XG est quant à lui utilisé comme agent interfacial entre les fibres de lin et les CNC. Il possède en effet une forte affinité avec la cellulose [3]. Dans cette étude, nous détaillons le comportement en adsorption du XG et des CNC sur un tissu de lin industriel par différentes techniques : microscopie confocale et isothermes d’adsorption (Figure 1). De plus, nous étudions l’effet de cette fonctionnalisation par la mouillabilité des fibres de lin (Tensiomètre K100SF) ainsi que la microstructure (MEB), la micromécanique (IFSS par déchaussement de fibres) et les propriétés mécaniques des biocomposites lin/epoxy (tests de traction longitudinal et transverse)

Fonctionnalisation d’un tissu de lin industriel par adsorption de polysaccharides: effets sur les propriétés physiques des fibres de lin et des biocomposites lin/epoxy

International audienceDepuis les années 90, un important développement des polymères et renforts biosourcés et biodégradables a été observé. Par exemple, le secteur de l’automobile souhaite développer des structures plus légères et augmenter la fraction biosourcée dans ses composites. Les fibres végétales sont d’excellentes candidates avec des propriétés intrinsèques très intéressantes. Il est connu que les propriétés thermomécaniques des matériaux biocomposites dépendent fortement de l’interface fibre/matrice. En revanche, la plupart des matrices polymères sont hydrophobes et apolaires, ce qui implique une très faible adhésion interfaciale avec les fibres naturelles possédant des surfaces majoritairement hydrophiles [1]. L’enjeu de ce travail consiste à créer une interphase hiérarchique plus forte et cohésive dans les biocomposites en assemblant des nanocristaux de cellulose (CNC) avec du xyloglucane (XG) sur un tissu de lin industriel. Le but étant l’augmentation de la quantité de surface disponible des fibres et le renforcement de l’interphase grâce aux dimensions et aux propriétés mécaniques des CNC [2]. Le biopolymère XG est quant à lui utilisé comme agent interfacial entre les fibres de lin et les CNC. Il possède en effet une forte affinité avec la cellulose [3]. Dans cette étude, nous détaillons le comportement en adsorption du XG et des CNC sur un tissu de lin industriel par différentes techniques : microscopie confocale et isothermes d’adsorption (Figure 1). De plus, nous étudions l’effet de cette fonctionnalisation par la mouillabilité des fibres de lin (Tensiomètre K100SF) ainsi que la microstructure (MEB), la micromécanique (IFSS par déchaussement de fibres) et les propriétés mécaniques des biocomposites lin/epoxy (tests de traction longitudinal et transverse)

Validation française de l’échelle de l’adhésion aux mythes modernes sur l’agression sexuelle (AMMSA) et attachement au partenaire auprès d’étudiants et d’auteurs de violence conjugale

International audienc