Aller au contenu Aller au menu Aller à la recherche

accès rapides, services personnalisés
Rechercher
Labex MATISSE
MATériaux, InterfaceS, Surfaces, Environnement

Vers une meilleure description des interfaces entre biominéraux et milieux biologiques par une approche combinée théorique et expérimentale

Soutenance de Thèse d'Ivan Petit
Lundi 4 décembre à 14h
Bâtiment Esclangon - Amphi Durand
Campus de Jussieu - Paris 5

Co-tutelle

Résumé

On appelle biominéraux l’ensemble des minéraux fabriqués par le vivant. Ce sont des matériaux essentiels, présents dans la quasi-totalité des espèces vivantes. Néanmoins les caractéristiques structurales, chimiques ainsi que les mécanismes de formation, et l’évolution de ces matériaux sont encore fortement débattus. Cela s’explique notamment par les difficultés à étudier expérimentalement des espèces chimiques évoluant en milieux biologiques. Bien que tout aussi complexe, une approche théorique, à l’échelle moléculaire, peut aider à la caractérisation de ces matériaux biologiques et notamment la caractérisation de leurs interfaces formées avec les milieux biologiques environnants. Cela étant essentiel pour une meilleure compréhension de la formation et de l’évolution de ces minéraux.

Les oxalates de calcium constituent une famille de biominéraux très importante dans le monde du vivant. Ils représentent notamment les principales espèces cristallines rencontrées dans les calculs rénaux où ils peuvent exister sous trois phases possédant différents degrés d’hydratation. Au cours de cette thèse, nous avons effectué les simulations des propriétés spectroscopique IR et RMN des ces trois phases, ce qui permet d’obtenir une signature propre à chacune d’entre elle, aidant ainsi à l’identification de ces phases à partir des spectres obtenus expérimentalement.

Les phosphates de calcium font aussi partie des biominéraux. Ils composent la majeure partie du minéral osseux des mammifères. Ce minéral se trouve sous la forme de nanoparticules décrites comme possédant un coeur cristallin d’hydroxyapatite substituée entourée d’une couche hydratée et désordonnée en surface. Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à ces deux composantes. Concernant le coeur cristallin des particules, nous avons étudié en particulier le cas des substitutions par des carbonates car il s’agit de la substitution prédominante dans les apatites biologiques. En couplant ce travail à des expériences de RMN solide nous pouvons proposé une localisation précise de ces substituants au sein de la maille d’hydroxyapatite. La couche désordonnée de surface est encore très mal comprise à l’heure actuelle et de nombreux modèles structuraux sont proposés dans la littérature pour la décrire. Nous avons considéré un certain nombre d’entre eux pour lesquels nous avons modélisé les propriétés RMN, qui confrontées à celle issues de l’expérience nous ont permis d’identifier les points forts et faibles des différentes hypothèses. 3

Abstract

Biominerals are all the minerals produced by living organisms. They are essential materials, present in almost all living species. Nevertheless, the structural, chemical properties and, formation mechanisms and the evolution of these materials are still heavily debated. This is due in particular to the difficulties of experimentally studying chemical species evolving in biological environments. Although, equally complex, a theoretical approach at the molecular level can help in the characterization of these biological materials and in particular the characterization of their interfaces formed with the surrounding biological media. This is essential for a better understanding of the formation and evolution of these minerals.

Calcium oxalates are essential biominerals that are very common in the living world. They constitute the main crystalline species encountered in kidney stones where they can exist in three phases possessing different degrees of hydration. In this, thesis we carried out simulations to predict the IR and NMR spectroscopic properties of these three phases. This enabled us to obtain specific signature of each polyhydrate, and thus makes it possible to obtain a signature specific to each of them, thus helping the identification of these phases from the experimentally spectra obtained.

Calcium phosphates are part of the bio/biological minerals. They make up the major part of the bone mineral of mammals. This mineral is in the form of nanoparticles having a crystalline core of hydroxyapatite and a hydrated and disordered surface layer. During this thesis we were interested in these two components. Concerning the crystalline core of the particles, we studied in particular the case of carbonate substitutions because of its predominant substitution in biological apatites. By combining this work with solid state NMR experiments we can propose a precise localization of these substituents within the hydroxyapatite crystalline cell. The disordered surface layer is still very poorly understood and many structural models are proposed in the literature to describe it. We have considered a number of them for which we have modeled the NMR properties which were then confronted with experimental results. The comparaison made it possible to identify the strengths and weaknesses of the various hypotheses.

27/11/17

Traductions :

    Egalement dans la rubrique

      MATISSE en chiffres

      • 4 disciplines : Chimie, Physique, Sciences de la Terre, Patrimoine
      • 400 permanents

      Contact

      Direction

      Florence Babonneau

       

      Administration

      Laurence Bonnet-Lericque

      matisse @ upmc.fr

      Tél. 01 44 27 62 36

       

      Communication

      Emmanuel Sautjeau

      emmanuel.sautjeau @ upmc.fr