Synthétiser des polymères grâce aux microalgues

Dans cet article, les partenaires du projet ALPO ("Nouveaux matériaux polymères issus de la biomasse de microalgues) nous présentent l'avancement de leurs recherches.

18 mars 2021

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En plus d'être utilisées comme source de compléments alimentaires, les microalgues ont montré des résultats prometteurs dans la production de monomères et de biomatériaux. La diversité des espèces de microalgues permet la production de divers monomères qui peuvent être utilisés dans la synthèse de polymères. Cependant, les avantages des microalgues ne se limitent pas à leurs produits, mais dépassent ceux de ces derniers en offrant un résultat de production plus élevé grâce à leur photosynthèse efficace, leur tolérance aux conditions extrêmes et leur nature non compétitive des ressources alimentaires (1).

Trouver les monomères adéquats est l'une des premières étapes de la production de polymères issus de la biomasse. Cependant, il est crucial de prendre en considération le processus de polymérisation lui-même et son impact sur l'environnement. Ainsi, certains solvants, catalyseurs, sous-produits et paramètres de réaction pourraient être modifiés pour réduire l'empreinte écologique des réactions de polymérisation et influencer les propriétés du polymère final.

Les enzymes ont été largement utilisées ces dernières années dans plusieurs réactions de polymérisation, principalement pour la polycondensation et la polymérisation par ouverture de cycle, et offrent de nombreux avantages par rapport aux méthodes classiques de polymérisation, principalement en raison de leur sélectivité, leur nature non toxique, leur recyclabilité et la basse température de réaction qu'elles nécessitent (2).

Dans le cadre des travaux des partenaires du projet (3), la Novozym 435, un biocatalyseur immobilisé de type Candida antarctica lipase B, a été utilisée pour catalyser la réaction de polycondensation du 1,6-hexanediol et de l'adipate de diéthyle en masse ou en solution dans l'éther diphénylique. En utilisant la méthodologie basée sur les plans d’expériences (Figure 1), c’est-à-dire une technique statistique qui étudie les relations entre les variables d'entrée et de sortie, des facteurs tels que la température, la charge enzymatique et la température ont été évalués. Les résultats ont montré comment ces facteurs influencent différemment la réaction de polymérisation et notamment le degré de polymérisation, et comment la polymérisation peut être modifiée dans différents milieux réactionnels (en masse vs. en solvant organique) où le vide appliqué apparait comme étant le facteur le plus influent sur la taille de polymère (i.e. le poids moléculaire moyen en nombre (Mn)) lorsque la réaction est réalisée dans le diphényl éther. En revanche, la charge catalytique, c’est-à-dire la quantité d’enzyme introduite, s'est avérée être le paramètre le plus influent dans les conditions de réaction en masse (i.e. sans solvant). En outre, les modèles statistiques développés dans ce travail ont permis de prédire le poids moléculaire des polyesters synthétisés en fonction du choix des niveaux de paramètres. Enfin, l'enzyme a été recyclée jusqu'à trois cycles consécutifs sans présenter de perte d'activité significative.

Références:

(1) Barkia, I.; Saari, N.; Manning, S. R. Microalgae for High-Value Products Towards Human Health and Nutrition. Mar Drugs 2019, 17 (5). https://doi.org/10.3390/md17050304.

(2) Douka, A.; Vouyiouka, S.; Papaspyridi, L.-M.; Papaspyrides, C. D. A Review on Enzymatic Polymerization to Produce Polycondensation Polymers: The Case of Aliphatic Polyesters, Polyamides and Polyesteramides. Progress in Polymer Science 2018, 79, 1–25. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2017.10.001.

(3) Nasr, K.; Meimoun, J.; Favrelle-Huret, A.; Winter, J. D.; Raquez, J.-M.; Zinck, P. Enzymatic Polycondensation of 1,6-Hexanediol and Diethyl Adipate: A Statistical Approach Predicting the Key-Parameters in Solution and in Bulk. Polymers 2020, 12 (9), 1907. https://doi.org/10.3390/polym12091907.