Silk bionanocomposites : design, characterization and potential applications
Bionanocomposites à base de soie : élaboration, caractérisation et applications potentielles
Résumé
Silk-based bionancompoistes have attracted a growing interest in numerous applications, particularly in the biomedical field, owing to their ability to combine the specific properties of silk fibroin (biodegradability, biocompatibility and interesting mechanical properties) and nanoparticles (NPs). This work aims to (i) develop a straightforward, yet efficient, methodology to design various silk bionanocomposite materials; (ii) provide an in-depth characterization regarding the silk/NPs interface and (iii) provide potential applications which are relevant for the use of these bionanocompoistes. To this end, gold (Au NPs), silver (Ag NPs) and iron oxide (IONPs) NPs are used as model nanomaterials due to their well-known properties. The successful design of silk bionancocomposite electrospun mats, hydrogels, cryogels, sponges and 3D printed structures is described. An in-depth characterization, including in situ (during hydrogel formation) and ex situ (once hydrogel is formed), of silk hydrogel bionanocomposites do not reveal any noticeable structural changes of silk hydrogels, while their biocompatibility is not impacted by the incorporation of NPs. Finally, a potential application for each bionanocomposite is presented. In a biomedical perspective, silk-Ag NPs hydrogels bionanocomposites show significant antibacterial activity. Silk-IONPs hydrogel bionanocomposites are implanted into rat’s brain allowing a good monitoring of the implant by magnetic resonance imaging and inducing a brain regeneration process up to 3 months. In depollution perspective, silk-Au NPs hydrogel bionanocomposites show remarkable ability to adsorb and catalyze the reduction of methylene blue dye by sodium borohydride.
Les « bionanocomposites » à base de soie sont des matériaux qui suscitent un intérêt croissant dans de nombreuses applications, et en particulier dans le domaine biomédical, de par leur capacité à combiner les propriétés de la fibroïne (biodégradabilité, biocompatibilité et propriétés mécaniques intéressantes) et celles des nanoparticules (NP). L’objectif de ce travail est de (i) développer une méthode efficace, et « facile » à mettre en oeuvre, permettant l’élaboration de plusieurs types de bionanocomposites de soie ; (ii) fournir une caractérisation approfondie pour une meilleure compréhension de l’interface soie/NP ; et (iii) présenter des applications pertinentes en relation avec les propriétés spécifiques de ces bionanocomposites. Pour ce faire, les NP, d’or (Au NP), d’argent (Ag NP) et d’oxyde de fer (IONP) ont été utilisées en raison de leurs propriétés bien connues. L’élaboration de bionanocomposites à base de soie, tels que les tissus électrofilées, hydrogels, aérogels, éponges et structures imprimés en 3D est décrite. Une caractérisation approfondie, y compris des mesures in situ (pendant la formation du gel) et des analyses ex situ (une fois le gel formé), des hydrogels de soie montre qu’aucune différence significative n’est observée dans la structure de l’hydrogel, alors que la biocompatibilité des matériaux est préservée. Enfin, une application potentielle pour chaque « bionanocomposite » est présentée. Dans une perspective biomédicale, les hydrogels soie-Ag NP montrent une activité antibactérienne significative. Les hydrogels soie-IONP, implantés dans le cerveau d’un rat et suivis par imagerie de résonance magnétique (IRM), montrent l’induction d’une procédure de régénération du cerveau pendant au moins 3 mois. Dans une perspective liée à la dépollution, les hydrogels soie-Au NP montrent des performances remarquables dans la catalyse de la réaction de réduction du bleu de méthylène par le borohydrure de sodium.
Origine : Version validée par le jury (STAR)