Nanogels thermosensibles et dégradables par polymérisation RAFT induisant un auto-assemblage

Thermosensitive and degradable nanogels by RAFT-mediated PITSA in aqueous dispersion

• Auteur / Autrice : Thi Nga Tran
• Direction : Sagrario Pascual, Sandie Piogé, Laurent Fontaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des polymères
• Date : Soutenance le 25/03/2021
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....) - Institut des Molécules et Matériaux du Mans / IMMM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sagrario Pascual, Sandie Piogé, Laurent Fontaine, Jean-Luc Six
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Lansalot, Vincent Lapinte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyaddition

Autoassemblage

Polymérisation

Polymères -- Propriétés thermiques

Polymères réticulés

Nanogels

Mots clés libres

Hydrogel nanostructuré

Nanogel thermosensible à LCST

Nanogel thermosensible à UCST

Nanogel pH-dégradable

Polymérisation RAFT thermo-activée

Polymérisation RAFT photo-activée

Polymérisation en dispersion aqueuse

Auto-assemblage induit par la polymérisation

Nanostructured hydrogel

LCST-type thermosensitive nanogel

UCST-type thermosensitive nanogel

PH-degradable nanogel

Thermally-activated RAFT polymerization

UV light-initiated RAFT polymerization

Polymerization in aqueous dispersion

RAFT-mediated PITSA

Résumé

Les nanogels sont des hydrogels tridimensionnels de taille nanométrique, formés par des réseaux de polymères réticulés avec une grande capacité à gonfler dans l'eau. Ils présentent des applications potentielles pour l’encapsulation et la libération de médicaments ou de matériel génétique, comme supports pour des sondes d'imagerie, comme procédés de séparation et pour l'élimination des métaux lourds. Les caractéristiques physico-chimiques, telles que la taille, la porosité, le taux de gonflement, la surface et la dégradabilité des nanogels constitués de polymères synthétiques peuvent être ajustées en choisissant finement une voie synthétique appropriée et polyvalente. L'auto-assemblage thermique induit par la polymérisation (PITSA) radicalaire contrôlée par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (RAFT) est un moyen efficace de cibler des nanogels à base de polymères synthétiques sensibles à des stimuli tels que la température, le pH, … Ceci est dû à la nature du processus radicalaire et à la formation de nano-objets en une seule étape en milieu aqueux dispersé. Ce travail de thèse étudie la synthèse et la caractérisation de nanogels de type cœur-couronne, thermosensibles, pH-sensibles et réticulés chimiquement par polymérisation RAFT-PITSA en dispersion aqueuse. La couronne des nanogels est constituée du poly(acrylate d’oligo (éthylène glycol)) dont la structure chimique y compris les extrémités de chaînes a été contrôlée grâce à la polymérisation RAFT utilisant un photoamorçage sous irradiation UV permettant de travailler dans des conditions douces. Cette couronne est utilisée à la fois comme stabilisant et comme agent de transfert macromoléculaire (macro-CTA) pour former le cœur des nanogels par photo-RAFT-PITSA en dispersion aqueuse. Le cœur des nanogels est constitué soit de poly(N-acryloyl glycinamide), polymère thermosensible présentant une température de solution critique supérieure (UCST) ou de poly(N-isopropylacrylamide), polymère thermosensible présentant une température de solution critique inférieure (LCST) combiné à un agent de réticulation dégradable en fonction du pH. La combinaison judicieuse du rapport molaire initial entre le monomère et le macro-CTA, de la quantité d'agent de réticulation et du taux de solide ont permis d’accéder à des nanogels de taille et taux de gonflement, de dégradabilité et de température de transition de phase variables.

Stimuli-sensitive nanogels are three-dimensional hydrogel materials in the nanoscale size range formed by crosslinked polymer networks with a high capacity to swell in water. They are of interest for drug delivery, carriers for imaging probes and genetic materials, for separation processes and for heavy metals removal. The characteristics, such as size, porosity, softness, swelling ratio, surface and degradability, of stimuli-sensitive nanogels based on synthetic polymers can be tuned by finely chosing an appropriate and a versatile synthetic pathway. The reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) mediated polymerization-induced thermal self-assembly (PITSA) is a powerful way to target thermosensitive nanogels thanks to the tolerance of the radical process and to the formation of self-assembled block copolymers in nano-objets in a one-pot process using aqueous dispersed medium. This work studies the synthesis and characterization of thermosensitive and pH-sensitive core-shell chemically crosslinked nanogels through RAFT-mediated PITSA in aqueous dispersion. The nanogels shell is based on a poly(oligo(ethylene glycol) acrylate) which chemical structure including chain-end has been monitored thanks to soft initiating modes (thermal and UV-light activations) for the RAFT polymerization. Dual-sensitive nanogels cores with a upper critical solution temperature (UCST) based on poly(N-acryloyl glycinamide) or a lower critical solution temperature (LCST) based on poly(N-isopropylacrylamide) combined to a pH-degradable ketal crosslinker were obtained through UV light RAFT-mediated PITSA in aqueous dispersion. By the judicious combination of monomer to RAFT precursor shell initial ratio, of the amount of crosslinker and of the solid content, the size, water content, swelling ratio, degradability and phase transition temperature of nanogels have been fine-tuned.