Assemblages en solution de polymères, d'ions et de nanoparticules d'or : mécanisme de formation, caractérisation et applications
Auteur / Autrice : | Marjorie Yon |
Direction : | Jean-Daniel Marty, Eliza-Diana Ciuculescu |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie - Biologie - Santé |
Date : | Soutenance le 09/12/2022 |
Etablissement(s) : | Toulouse 3 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Chimie des colloïdes, polymères & assemblages complexes (Toulouse ; 2023-....) |
Jury : | Président / Présidente : Fabien Delpech |
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Sanson | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Mona Tréguer-Delapierre, Nathalie Marcotte |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
L'étude des assemblages à l'échelle moléculaire connaît aujourd'hui un essor grandissant. Les mécanismes impliqués dans la formation de ces assemblages, grandement inspirés de phénomènes issus de la nature, ont permis d'ouvrir les portes de nombreuses applications en biologie telle que l'imagerie médicale, la délivrance de principes actifs ou encore le traitement du cancer. Pour ces applications, ces assemblages doivent à la fois présenter une grande stabilité en milieu biologique et des propriétés compatibles avec le domaine visé. Ce travail porte ainsi sur l'étude de différents assemblages mettant en jeu des copolymères à blocs, des ions trivalents (Y3+, Gd3+, Eu3+) et des nanoparticules d'or. Nous avons tout d'abord montré que le poly(acide acrylique)-bloc-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) (PAA-b-PVP) synthétisé par un procédé RAFT forme en présence d'ions trivalents tel que Y3+, Gd3+, Eu3+, des structures nanométriques. Ces assemblages possèdent une bonne stabilité colloïdale en solution aqueuse et une faible toxicité cellulaire in vitro. Les colloïdes à base de gadolinium ont en outre démontré de très bonnes performances en tant qu'agent de contraste pour l'imagerie IRM. Nous avons enfin montré que le PVP est un substitut du PEG à considérer pour la création d'assemblages à visée biologique. Dans un second temps, l'étude d'assemblages à base de nanoparticules d'or et d'ions a été engagée. Les interactions générées modifient les propriétés optiques des particules d'or, ce qui a conduit à la mise en œuvre facile et rapide d'un test colorimétrique. Ce test a permis la détection et quantification d'ions Gd3+ jusqu'à des concentrations de l'ordre du mM. Un contrôle systématique des échantillons dédiés à l'imagerie par IRM a pu ainsi être réalisée sans avoir recours à des techniques chronophages et très coûteuses. Enfin, les derniers travaux portent sur des assemblages supracolloïdaux dont la formation provient du caractère pH-sensible du PAA-b-PVP en solution. L'abaissement du pH d'une solution aqueuse de ce copolymère conduit à la formation d'objets sphériques par la mise en place de liaisons hydrogène entre les groupements "acide acrylique" (AA) et "vinyle pyrrolidone" (VP). La taille de ces objets dépend à la fois des caractéristiques propres au polymère (configuration, masse moléculaire) et de sa concentration en solution. En dépit de sa simplicité, ce type d'assemblage réversible présente la particularité de pouvoir piéger en son sein, là aussi de façon réversible, des NPs d'or initialement mises en présence du polymère. L'interaction forte entre la surface des NPs d'or et les fonctions VP du polymère sont ici la force motrice, induisant l'intégration des NPs d'or au sein des assemblages. Des tests préliminaires portant sur différents assemblages hybrides à base de copolymère PAA-b-PVP, d'ions de Gd3+ et de NPs d'or ont été initiés ouvrant ainsi des perspectives vers la construction des matériaux à propriétés originales.