Synthèse de polymères biomimétiques de la gélatine dans le procédé d’encapsulation par coacervation complexe

Synthesis of gelatin biomimetic polymers used in the process of encapsulation by complex coacervation.

• Auteur / Autrice : Nicolas Esselin
• Direction : Jean-François Pilard, Frédérique Portolan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des polymères
• Date : Soutenance le 13/03/2014
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capsules médicamenteuses

Synthèse (chimie)

Gélatine

Polymères biomimétiques

Mots clés libres

Polymérisation

Coacervation complexe

Encapsulation

Polymerization

Complex coacervation

Encapsulation

Résumé

Le travail réalisé au cours de cette thèse est le fruit d’une collaboration étroite entre une équipe de l’Université du MAINE et la société ASHLAND qui est spécialisée dans la synthèse de polymères.Le sujet de cette thèse concerne la synthèse d’un polymère biomimétique de la gélatine afin de l’engager dans un procédé de coacervation complexe permettant l’encapsulation de principes actif ou de colorants.La micro-encapsulation est une méthode permettant d’envelopper de petites particules individuelles ou de gouttelettes dans une couche protectrice de polymères. Largement utilisée en pharmacie, agroalimentaire, cosmétique, les biotechnologies, le phénomène d’encapsulation nécessite la protection des matières et de contrôler la libération de l’actif.Parmi les nombreux procédés d’encapsulation existant, nous nous sommes particulièrement orientés vers une méthodologie de coacervation complexe.Cette dernière est basée sur la complexation entre deux polyélectrolytes de charges opposées. Ainsi, cette technique requiert un polymère anionique et un polymère cationique qui interagissent ensemble (interactions électrostatiques, liaisons hydrogène…) pour former des coacervats.Un des systèmes les plus utilisés de la coacervation complexe est le système gomme d’acacia avec la gélatine en raison de leur abondance et de leur biodégradabilité. Cependant, à cause de son origine animale, l’objectif du travail a consisté à remplacer la gélatine dans le processus d’encapsulation. Pour ce faire, nous avons synthétisé plusieurs polymères spécifiques à partir de différents monomères méthacryliques / méthacrylamides permettant la coacervation et ensuite la réticulation des coacervats formées. Dans un premier temps, nous avons créé une approche permettant de déterminer les conditions optimales de formation des coacervats (le pH d’encapsulation, le ratio de polymère, la force ionique) par potentiel zêta, mesure de la turbidité et par spectroscopie infra-rouge. Par la suite, des essais d’encapsulation avec plusieurs polymères anioniques ont permis de confirmer que la méthodologie établie précédemment était adéquate. Ensuite, un test de réticulation a été réalisé à l’aide d’agents de réticulation afin de rigidifier les parois des coacervats. Enfin, des analyses de force de rupture et de stabilité dans des détergents standards ont été réalisées afin de valider l’application de ces capsules en cosmétique.

The work realized during the last three years CIFRE PhD program consist in a collaborative research between a polymer team of the University of LE MANS and ASHLAND company which the first goal is the synthesis of polymers.The aim of this thesis is the synthesis of biomimetic polymers of the gelatin which were further engaged in the process of encapsulation by complex coacervation.Micro-encapsulation is an effective method of wrapping small individual particles or droplets in polymers protective coating widely used in the fields of food, pharmaceutics, cosmetics, pesticides, biotechnologies. The encapsulation phenomenon target is to protect functional materials and control its release. Among many existing processes, we particularly focused our attention on complex coacervation to produce microcapsules. Complex coacervation is a methodology based on the complexation between two oppositely charged polymers as polyelectrolyte. Thus, this technique requires one anionic and one cationic polymer which are capable to interact together (through electrostatic attractions, hydrogen bond) to form coacervats. One of the most used systems for complex coacervation is the gelatin / acacia gum system. These two natural polymers are widely used as wall material for the capsules due to their abundance and biodegradability. However, gelatin polymer needs to be replaced in the encapsulation process due to its animal origin. In order to substitute gelatin by synthetic polymers in the complex coacervation process, we synthesized several polymers from various monomers authorizing coacervation and further crosslinking. Firstly, we stetted up an approach allowing the evaluation of the optimal conditions of coacervation (pH, ratio, ionic strength) by zetâ potential, and infra-red analysis.Furthermore, encapsulation tests with several anionic polymers were performed which tended to confirm that the methodology was appropriate. Moreover, a test of crosslinking was successfully realized using crosslinkers in order to rigidify coacervats walls. Finally, break strength analysis and the stability in surfactants were conducted to validate the process for cosmetic applications.