Formation des micelles réticulées

Dans l’optique de mise en place de ces différences il nous a fallu créer en premier lieu des objets pouvant être réticulés ou polymérisés entre eux. Nous avons choisi de nous fonder sur l’étude de Kataoka [114] autant pour la simplicité de sa réaction que pour l’objet final qui n’ajoutait que peu de toxicité et ne perturbait pas les intérêts de la polycaprolactone. Nous avons donc greffé un groupement acrylate à différentes chaines PEO-PCL par réaction d’estérification entre le groupement hydroxyl terminal du bloc PCL et le chlorure d’acryloyle (Figure III-1). Trois tailles de chaines ont été utilisées :

- Les PEO-PCL 2000-2800 et PEO-PCL 5000-4000 qui forment des micelles d’une vingtaine de nanomètres de diamètre.

- PEO-PCL 2000-7000 formant des objets allongés ou worm-like.

O O ^H MeO O n _m O Cl _O O MeO O O n _m + ^NEt3 CH₂Cl₂ r.t. 18 h PEO-PCL

Figure III-1 : Accrochage du groupe acrylate

Figure III-2 : Spectre RMN ¹H du PEO-PCL après greffage de l’acrylate dans du CDCl₃

Le taux d’acrylation (Tableau III-1) est déterminé par RMN ¹H dont un exemple est présenté en Figure III-2 grâce au signal du proton à 6ppm .

O

O

MeO

O

O

n _m

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PEO2000-PCL7000 PEO5000-PCL4000 PEO2000-PCL2800

Fonctionnalisation en acrylate 90% 60% 90%

Tableau III-1 : Taux d’acrylation des différents polymères

On obtient des taux d’acrylation de 90% pour les PEO-PCL 2000-7000 et 2000-2800. Pour le PEO-PCL 5000-4000, le taux de fonctionnalisation est plus faible à 60%. Cette gamme de fonctionnalisation est comparable à ce qui est décrit dans la littérature, avec des taux aussi bas que 20% dans certains cas [276]. Dans le cas où la réaction est effectuée comme ici dans un bon solvant pour les deux blocs, un taux de fonctionnalisation plus faible peut provenir d’un défaut de fonction hydroxyle de la chaine polymère de départ. Une étude par spectrométrie de masse MALDI aurait permis de confirmer ce point.

Les différents objets sont ensuite assemblés puis la fonction acrylate est polymérisée en présence ou en absence d’un agent réticulant, l’éthylène glycol diméthacrylate (EGDMA).

En son absence, les chaînes de PEO-PCL sont simplement polymérisées entre elles dans le but d’atteindre un objet qui pourrait s’ouvrir sous la forme d’un polymère peigne, et a ainsi un degré de résistance de l’objet moindre. Nous les appellerons ici Chain-end Polymerized ou polymérisé en bout de chaine.

En présence d’EGDMA, une réelle réticulation (au sens premier du terme) aura pour effet de joindre les différentes fonctions acrylates et méthacrylates en formant un réseau polymère à l’intérieur de la micelle et empêchant théoriquement l’ouverture ou l’explosion de l’objet. Ces derniers seront appelés Crosslinked.

Figure III-3 : Différence entre polymérisation et réticulation

Acrylate-functionalized Self-assembly

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Les différents objets ont ainsi été soumis à différents amorceurs dans les mêmes conditions pour pouvoir différencier leur effet. Deux amorceurs thermiques ont été utilisés, ainsi qu’un couple redox et un amorçage à la lumière possible grâce au groupement acrylate. Les taux de conversion ont été déterminés par RMN ¹H avec la disparition du signal des protons à 6 ppm (Figure III-4). Les différents résultats sont présentés dans le Tableau III-2.

Amorceur taux de conversion obtenu par RMN ¹H

Na2S2O8 (50°C) 27%

Na2S2O8/ Na2S2O3 (Tamb) 14%

AIBN (50°C) 23%

chauffage (50°C) 37%

Tableau III-2 : Conversion du PEO-PCL 2000-2800-acrylate avec différents amorceurs

Une différence notable entre les amorceurs a été observée. Il est de fait que la réticulation à température ambiante semble ineffective, et que la réticulation la plus efficace est celle d’un objet simplement chauffé sans amorceur. Le faible taux de polymérisation obtenu en présence d’amorceurs peut être expliqué par la partition entre la phase aqueuse et l’intérieur de la micelle de ceux-ci. Dans la littérature [277, 278] pour limiter cet effet, des mélanges de solvants sont souvent utilisés pour la polymérisation des micelles mais ces mélanges, en plus d’induire une toxicité difficilement contrôlable nécessitant de nombreuses étapes de purification ou de dialyse, peuvent changer la morphologie des micelles. Une autre explication possible suggérée par Kissel et al. pour l'obtention de meilleurs résultats en l'absence d’amorceurs est reliée à la semi-cristallinité du bloc polycaprolactone [278], ce qui conduit à un accès et une mobilité limités des molécules réactives à l'intérieur des micelles. Une alternative a été donnée par Kataoka et al. qui a utilisé un amorceur plus hydrophobe que l’AIBN, à savoir l'azobis diméthylvaléronitrile [277]. Visant une application biologique, nous avons décidé qu’il était préférable d’éviter l'ajout d'un nouveau composé chimique éventuellement toxique. Par conséquent, nous avons choisi le protocole le plus simple de chauffage sans amorceur chimique, bien que le rendement puisse ne pas être optimal.

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Figure III-4 : RMN ¹H d’un auto-assemblage de PEO-PCl avant et après réticulation

Le protocole de simple chauffage à 50 ° C a donc été choisi pour induire la réaction de l'acrylate de tous les systèmes auto-assemblés.

Comme indiqué au Tableau III-3, la meilleure conversion a été obtenue en présence d'EGDMA ajouté en deux séquences, ce qui conduit à des conversions de 60 à 75%. Il est à noter que, pour PEO-PCL 2000-7000, une conversion partielle d'acrylate était déjà présente lors de la préparation de l'auto-assemblage, en raison du processus de formation des objets impliquant le chauffage à 65 ° C pendant quelques heures.

Conversion des fonctions acrylates % PEO2000-PCL7000 PEO5000-PCL4000 PEO2000-PCL2800

Après auto-assemblage 20% 0% 0%

Réaction sans EGDMA 60% 40% 40%

Réaction avec 15µL EGDMA 60% 30% 60%

Réaction avec 15µL+15µL EGDMA 75% 60% 70%

Tableau III-3 : Taux de réticulation obtenu par RMN ¹H

Comme précédemment, ces rendements peuvent être expliqués par le fait que les acrylates sont greffés en bout de chaine polymère et ont donc une mobilité réduite et ce même à 50°C, d’autant plus que le bloc polycaprolactone est semi-cristallin.

D’autres températures et d’autres temps de réticulations ont été testés dans le but d’optimiser la conversion et de pouvoir atteindre un meilleur éventail de nano-objets mais la plupart d’entre eux, transformant et déformant les micelles n’ont pu être choisis pour la suite des études et ne seront donc pas présentés.

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Nous avons donc mis au point une méthode qui nous permet d’avoir divers degrés de réticulations sur nos objets, cependant leur morphologie se devait encore d’être vérifiée.