Développement d'un procédé intensifié pour la production en une étape de nanoparticules polymères isotropes et anisotropes

Development of an intensified process for the one-step production of isotropic and anisotropic polymeric nanoparticles

• Auteur / Autrice : Javid Abdurahim
• Direction : Christophe Alexandre Serra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 20/10/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Drouet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Madeline Vauthier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Drouet, Cécile Nouvel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technique de la production

Microfluidique

Émulsions

Applications industrielles

Nanoparticules

Mots clés libres

Production en une étape

Nanoparticule de polymère

Émulsification

Microfluidique

Flux élongationnel

Micromélangeur

Anisotropie

Polyélectrolyte

Complexe

Capillaire côte-à-côte

One-step production

Polymeric nanoparticle

Emulsification

Microfluidics

Elongational-flow

Micromixer

Anisotropy

Polyelectrolyte

Complex

Side-by-side capillary

Résumé

Les nanoparticules polymères (PNPs) peuvent être conçues pour une large gamme d'applications dans des domaines tels que la nanomédecine, les cosmétiques ou l'agriculture. Ces domaines se développent rapidement et nécessitent de nouvelles approches telles que des procédés rapides, continus, biocompatibles et respectueux de l'environnement pour améliorer la production de PNP. Cependant, certains processus en une étape sont entravés par le mauvais contrôle des propriétés des PNPs induites par le mécanisme de formation via des dispositifs conventionnels. La majorité de ces dispositifs utilisent des opérations par lots ou incluent des matériaux chimiquement réactifs et agressifs, qui doivent être fortement évités dans la plupart des applications. Au cours de ces travaux de recherche, des PNPs ont été fabriquées selon trois méthodes différentes à base d'émulsion et une nouvelle méthode sans émulsion. Dans toutes les méthodes, des polymères préformés et des matériaux hautement biocompatibles ont été utilisés. Ainsi, des nanoparticules uniques de poly(acide lactique-co-glycolique) dans une plage de diamètre allant de 60 nm à 100 nm ont été obtenues, puis des PNPs anisotropes composés de poly(méthyl-méthacrylate) et de poly(styrène-sulfonate) ont été développés et comparés pour l'administration de médicaments. De plus, un système microfluidique à capillaires côte-à-côte a été développé en tant que nouveau dispositif à flux continu en une seule étape qui a permis la production de différentes de nanoparticules complexées de polyélectrolytes dans une gamme de diamètres allant de 40 nm à 120 nm. Ce procédé a été optimisé pour permettre de contrôler la taille et la distribution de tailles des PNPs.

Polymeric nanoparticles (PNPs) can be designed for a wide range of applications in fields such as nanomedicine, cosmetics, or agriculture. These fields are rapidly growing, requesting novel approaches such as rapid, continuous, biocompatible and eco-friendly processes to improve PNPs’ production. However, some one-step processes are impeded by the poor control on PNPs’ properties induced by the mechanism of formation via conventional devices. Majority of these devices use batch operations, or include chemically reactive and aggressive materials, that are highly avoided in most PNP’s applications. In this research, PNPs were fabricated in three different emulsion-based methods, and one novel non-emulsion-based method. In all the methods, pre-formed polymers and highly biocompatible materials were used. Firstly, single poly(lactic-co-glycolic-acid) nanoparticles which diameters ranged from 60 nm to 100 nm were achieved, then blend and anisotropic PNPs with poly(methyl-methacrylate) and poly(styrene-sulfonate) were developed and assessed in drug delivery. Additionally, a side-by-side capillary setup was developed as a novel one-step continuous flow device that allowed the production of different polyelectrolyte complex nanoparticles with monomodal diameters ranging from 40 nm to 120 nm. This process was optimized to allow controlling PNP’s size and size distribution.