Le Pôle « Microscopie & physico-chimie » rassemble les compétences en physico-chimie, mise en œuvre de matériaux composites, préparation d’assemblages nanostructurés, microscopie, spectroscopie, modélisation, et traitement d’image de l’Unité. Les savoir-faire sont mobilisés pour les études des propriétés des lignocelluloses et des mécanismes de leur transformation. Ils servent également aux études sur la recherche de nouvelles propriétés fonctionnelles des matériaux et objets nano et macro-structurés conçus dans l’Unité. Les outils de modélisation du Pôle permettent le développement d’approches dynamiques à différentes échelles spatiales et temporelles des processus de transformation des lignocelluloses.

● Physicochimie des lignocelluloses, polymères et assemblages nanostructurés:

Le Pôle technique dispose des techniques de préparation et caractérisation des parois lignocellulosiques, de leurs fractions ou polymères, et des méthodes d’assemblages des fractions et polymères aux échelles nanométrique et micrométrique.

Préparation des lignocelluloses, polymères et assemblages nanostructurés
* Techniques de préparation des parois végétales et fractions lignocellulosiques ; prétraitements chimiques et thermiques (acide, chlorite, hydrothermique, liquide ionique)
* Extraction et purification de polymères lignocellulosiques (cellulose sous forme de nanocristaux ou de nanofibrilles, hémicelluloses, lignines)
* Synthèse de modèles de lignines (DHP G et G/S)
* Elaboration d’assemblages nanostructurés de polymères lignocellulosiques, bioinspirés de la paroi végétale et d’épaisseur contrôlée (monocouche à multicouches, films, gels) suivant différents procédés : Langmuir-Blodgett, spin-coating, casting (statique/dynamique), diagramme de phase.

Caractérisation chimique des lignocelluloses, polymères et assemblages nanostructurés
* Hydrolyse chimique, méthodes séparatives (HPLC, GC) et gravimétriques ;
* Spectroscopies (InfraRouge, ATR, fluorescence, UV/Visible, Résonance Magnétique Nucléaire RMN HSQC 1H, 13C, RMN 31P).

Caractérisation physicochimique des lignocelluloses, polymères et assemblages nanostructurés
* Analyse des polymères par chromatographie d’exclusion stérique, diffusion de la lumière (MALLS, QELS)
* Isotherme de sorption d’eau par microbalance de sorption (DVS) standard et haut débit
* Caractérisations de couches ou films minces :
       - Mesure des épaisseurs et indice de réfraction par ellipsométrie spectroscopique (UVISEL) et résonance plasmonique de surface (MP-SPR)
       - Mesure d’angle de contact (Goniomètre, Tracker)
       - Mesures de propriétés de surface de molécules ou polymères aux interfaces fluides (air/liquide, liquide/liquide, liquide/solide) : tensiomètre tracker, résonance plasmon de surface (MP-SPR), microscopie à l’angle de Brewster
       -Mesure des interactions moléculaires (constantes d’affinité, cinétique d’adsorption), de gonflement et de cycle voltamétrique sur des couches minces de polymères par résonance plasmonique de surface (MP-SPR).

Propriétés fonctionnelles des lignocelluloses, polymères et assemblages nanostructurés
* Mesure des propriétés (antioxydantes, antimicrobiennes, barrières au gaz) en solution et dans des assemblages nanostructurés.

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● Matériaux :

Les outils et techniques mises en œuvre permettent la conception, la formulation et la caractérisation de matériaux composites biosourcés, à partir des différents constituants des plantes (polymères et fibres végétales) :

Formulation :
* Extrusion : monovis et bivis
* Mélangeur interne (batch)
* Mini-presse à injecter
* Presse à plateaux

Caractérisation :
* Rhéologie
* Analyse thermique et thermomécanique par analyse thermogravimétrique (ATG) Caractérisation par analyse mécanique dynamique (DMA)
* Caractérisation et mesure des propriétés barrières à l’O2 par calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
* Propriétés mécaniques par traction, microtraction en environnement contrôlé
* Analyse morphologique, profilomètre
* Mesure des interactions avec la vapeur, mesures de la densité sous argon par analyse gravimétrique DVS standard ou haut-débit

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● Microscopie :

Les méthodes de microscopie mises en œuvre vont de la préparation des échantillons (fragments de bois, tiges de graminées, fibres) à leurs analyses, en utilisant les techniques de fluorescence, immunocytochimie et microspectrophotométrie pour l’étude de l’architecture des tissus et des polymères pariétaux.

Préparation des échantillons :
* Techniques de préparation des échantillons végétaux par inclusion en résine (acrylique, époxy) ou imprégnation (matrices hydrosolubles)
* Préparation de coupes fines et semi-fines par microtomie (épaisseurs ?)
* Marquage histochimique et immunocytochimique des parois végétales
* Préparation et caractérisation de sondes fluorescentes (protéines, dextranes, polyéthylèneglycols)

Imagerie et analyse :

* Imagerie en microscopie et macroscopie (visible et fluorescence)
* Analyse en microscopie de polarisation
* Imagerie et mesures des dynamiques (mobilités, accessibilités, interactions) par recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP), mesure de temps de vie de fluorescence (FLIM) et transfert d’énergie par résonance (FRET) de sondes fluorescentes en microscopie confocale de fluorescence
* Imagerie de fluorescence 4D (temps et espace) avec contrôle de température
* Quantification de l’intensité de fluorescence et de la morphologie des échantillons à l’échelle cellulaire
* BIOMODLAB : une plate-forme logicielle modulaire, conviviale et open source qui intègre à la fois des outils de traitement d'images pour analyser des données 4D (espace + temps) et des outils pour analyser et modéliser des processus biophysiques et biochimiques.