Lors de la synthèse d’un MIP, la polymérisation radicalaire va avoir lieu de la même façon que lors d’une synthèse de polymère classique mais le choix des réactifs va dépendre des interactions à développer avec les analytes ciblés. Il faut donc porter une attention très particulière aux réactifs employés.
(a) Choix des réactifs
Le choix des réactifs va conditionner totalement la structure et la nature chimique des sites d’interaction et la capacité de reconnaissance moléculaire. Tout d’abord, le template peut être soit la molécule cible, soit une molécule de structure proche pouvant former les mêmes interactions que la molécule cible avec le monomère. Il doit être stable chimiquement dans les conditions de polymérisation et être soluble dans le solvant de synthèse [168-169].
Concernant le choix du monomère, il doit être capable de former des interactions avec le template. En vue de l’utilisation des MIP en SPE, des interactions template- monomère non covalentes sont le plus souvent développées lors de la polymérisation comme les liaisons hydrogène, les interactions électrostatiques, les interactions de nature hydrophobe, les liaisons de type π−π ou les interactions métal-ligand. Ainsi, l’acide méthacrylique est le monomère le plus utilisé si la molécule empreinte présente des propriétés basiques. En effet, des interactions de type liaisons hydrogène et/ou électrostatiques pourront se développer suivant la nature du solvant. La vinylpyridine sera privilégiée si la molécule empreinte est acide. En revanche, dans le cas où la
73 molécule ne présente pas de sites acido-basiques marqués, il sera préférable de choisir le styrène capable de former des interactions de nature hydrophobe ou de type π−π [169]. La Figure II. 4 présente les trois monomères cités précédemment et qui sont couramment utilisés pour la synthèse des MIP. D’autres monomères utilisés dans des synthèses de MIP sont également présentés en annexe 2.
Figure II. 4. : Monomères fréquemment utilisés lors de la synthèse de MIP.
L’agent réticulant est choisi en fonction du monomère, tous deux doivent avoir une réactivité semblable pour que la copolymérisation s’effectue aléatoirement. De plus, il confère au polymère ses propriétés mécaniques et fige la structure des sites de reconnaissance moléculaire. Les agents réticulant les plus utilisés sont présentés en Figure II. 5 et une liste plus importante d’agents réticulant est également présenté en annexe 2.
Figure II. 5. : Agents réticulant fréquemment utilisés lors de la synthèse de MIP.
Le choix du type d’initiation dépend quant à lui entre autre du template et de la structure du matériau souhaitée. Si ce dernier n’est pas stable à la température, il faudra procéder à une initiation photochimique alors que, s’il est photodégradable, on préfèrera une initiation thermique. Cependant, le type d’initiation dépend également de la vitesse de polymérisation et de la résolution spatiale souhaitée. En effet, l’initiation par voie photochimique permet d’obtenir une meilleure résolution spatiale que l’initiation
O O O O O O O O O O Ethylèneglycol diméthacrylate (EDGMA) (TRIM) Triméthylolpropane triméthacrylate Divinylbenzène (DVB) COOH N
acide méthacrylique (MAA) 2-vinylpyridine (2-VP) Styrène (Sty)
74
thermique. L’AIBN est l’initiateur le plus couramment utilisé car il fonctionne aussi bien pour les deux types d’initiation.
Enfin, le solvant de synthèse, ou porogène, doit permettre la solubilisation de tous les réactifs. De celui-ci va aussi dépendre la nature et la force des interactions entre le template et le monomère car il doit permettre la stabilisation du complexe template- monomère. C’est pour cela que des solvants aprotiques et peu polaires tels que l’ACN ou le DCM sont généralement utilisés afin de favoriser le développement d’interactions polaires entre le template et le monomère telles que les liaisons hydrogène et/ou électrostatiques. A l’inverse, un solvant polaire sera utilisé pour le développement d’interactions de nature hydrophobe [169].
La proportion relative de l’ensemble des réactifs est également un facteur très important car il joue un rôle majeur dans la sélectivité. L’agent réticulant doit se trouver en excès molaire par rapport aux autres réactifs pour permettre l’obtention de cavités bien définies. Cependant, il ne faut pas que l’agent réticulant soit en trop large excès car dans ce cas la sélectivité peut être moins importante. Il faut donc que la quantité d’agent réticulant permette l’obtention d’une structure rigide avec des cavités régulières en forme et en taille. La proportion de monomères fonctionnels est quant à elle déterminée par rapport à la quantité de template. Pour favoriser les interactions, le monomère sera introduit en plus grande quantité par rapport au template.
Le ratio molaire utilisé le plus souvent lors de synthèse de MIP est 1/4/20 (template/monomère/agent réticulant ou T/M/AR) [169-170]. Cette proportion semble être la plus favorable pour la réalisation de la plupart des polymères en bloc. En effet, elle permet de pouvoir former plusieurs interactions monomère-template lorsque plusieurs groupements de même nature constituent la molécule empreinte pour avoir davantage de rétention. Il sera alors plus difficile de rompre ces interactions au sein de la cavité. Enfin, cette dernière sera alors mieux formée autour de la molécule empreinte et donc plus sélective.
(b) Polymérisation par voie radicalaire en bloc des MIP
La voie de synthèse la plus utilisée pour préparer des supports imprimés de SPE est la polymérisation en bloc par voie radicalaire que nous avons réalisée à plusieurs reprises dans le cadre de cette étude. Elle se déroule en plusieurs étapes qui peuvent prendre de 4 à 5 jours.
75 Lors de la première étape, tous les réactifs nécessaires à la synthèse sont introduits dans un flacon : le template, le monomère fonctionnel, l’agent réticulant, le solvant et l’initiateur. Les réactifs sont mélangés par agitation du flacon pour obtenir une solution limpide. Puis cette dernière est transvasée dans un tube à sceller plongé dans de la glace et dégazée sous un léger flux d’azote pendant 10 min environ. Ceci permet d’éliminer l’oxygène dissout, capable de produire des radicaux libres qui perturberaient la polymérisation. Le tube est ensuite bouché pour que l’air ne puisse plus pénétrer à l’intérieur. Enfin, il est placé au bain-marie pendant 24 heures, pour procéder à une initiation thermique, ou sous une lampe UV pour une initiation photochimique. L’étape suivante est le broyage et le tamisage du polymère obtenu alors sous forme de bloc (monolithe). Le but est d’obtenir des particules dont la granulométrie est généralement comprise entre 25 et 36 µm. Le broyage peut être effectué à la main dans un mortier ou à l’aide d’un broyeur automatique. De même, le tamisage peut être effectué manuellement ou automatiquement. La troisième étape est la sédimentation qui sert à éliminer les fines particules encore présentes après le tamisage. Pour cela, les particules sont introduites dans un mélange hydroorganique. L’étape est répétée plusieurs fois jusqu’à ce que le surnageant devienne limpide, les particules de grande taille ayant décanté au fond du flacon. Ces particules de polymère sont ensuite laissées à l’air libre pour être séchées. La dernière étape consiste à éliminer le template du MIP. Pour ce faire, une quantité donnée de polymère peut être introduite dans une cartouche d’extraction entre deux frittés afin de percoler une grande quantité de solvant, très éluant par rapport aux interactions privilégiées au cours de la synthèse, afin d’entraîner la molécule empreinte avec lui. Les différentes étapes de la synthèse sont récapitulées sur le schéma présenté sur la Figure II. 6. Il est important de noter que ce procédé a un rendement total souvent inférieur à 50 %, cela est notamment dû à la perte des particules très fines lors du tamisage et de la sédimentation.
Les MIP, ainsi synthétisés, présentent un grand potentiel et sont très développés à l’heure actuelle pour servir de support de SPE. Cependant, ce type de support peut être limitant pour une utilisation en milieu aqueux compte tenu de la nature des matériaux spécifiques développés qui privilégient souvent le développement d’interactions polaires difficiles à mettre en œuvre dans ce milieu. Un autre procédé de synthèse de support imprimé synthétisé par voie sol-gel peut être une alternative intéressante dans ces conditions puisque la synthèse est réalisée dans l’eau.
76
Figure II. 6. : Récapitulatif des différentes étapes de la synthèse d’un MIP, adapté de [170].