II.1 Objectifs
La chimie de l’acide alginique permet d’envisager la formation de gels chimiques par réaction sur les fonctions carboxyliques du polymère. Cette modification chimique a pour but de modifier les propriétés structurales de l’alginate et de tester leur effet éventuel sur le partage. Les variations structurales attendues sont une rigidité variable des chaînes d’alginate dans le gel mais le risque de telles modifications est de générer des variations d’affinité entre soluté et matrice gel. Ces différents paramètres seront approchés par des essais en rhéologie et la mesure de coefficients de partage dans les gels chimiques.
Par ailleurs, la mesure du paramètre de maille des réseaux repose sur un certain nombre d’hypothèses qui font que les gels chimiques sont mieux adaptés à l’utilisation de modèles développés dans la littérature. C’est également à ce titre qu’il était attrayant d’envisager la synthèse de gels chimiques d’alginate. Cependant, les difficultés de quantification du taux de réticulation chimique, requis dans les modèles, nous ont conduit à abandonner cet objectif et à nous contenter de mesures de partition.
Un autre objectif était, par la formation d’un réseau chimique, de s’offrir la possibilité de travailler avec des solvants différents permettant de moduler au maximum le taux de gonflement du réseau et donc la taille des mailles de la matrice gel. Ceci a pu être initié dans les essais de partition grâce à la synthèse de gels chimiques. Comme nous l’avons précisé, ces gels ont été peu caractérisés (pas de dosage du taux de réticulation) et par conséquent, les résultats obtenus sont qualitatifs et constituent la base de perspectives à ce travail.
Lee et al. ont réticulé un alginate polyG (poly L-guluronique) avec de l’acide adipique dihydrazine. Ces auteurs ont montré que les propriétés rhéologiques ainsi que le taux de gonflement de ces gels chimiques pouvaient être contrôlés par le biais de la longueur des
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chaînes polymères et du degré de réticulation du réseau. Ces observations pouvant être reliées à une modification de la structure du gel correspondent donc parfaitement à nos objectifs de travail, ce qui nous a conduit à envisager cette voie de synthèse.
II.2 Protocole de synthèse : réticulation chimique de l’alginate par l’acide adipique diydrazine
II.2.a Préparation des solutions
Le tampon MES/NaCl 0,1mol.L-1 pH 6 (Morpholine Ethane Sulfonic Acid, Sigma) est préparé en pesant les poudres et en les dissolvant sous agitation dans un volume d’eau distillée. La solution est ajustée à pH 6 en ajoutant de la soude à 1 mol.L-1. Le volume de la solution finale est ajusté de façon à obtenir un tampon contenant 0,1 mol.L-1 de NaCl.
L’alginate est mis en solution dans le tampon MES de façon à obtenir une solution à 25 g.L-1. L’agitation est maintenue pendant 24 heures puis la solution est stockée une nuit au réfrigérateur au repos afin d’éliminer les bulles d’air.
L’agent de couplage (EDC : 1-[3-(dimethylethylamino)propyl]-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (Aldrich) ) permettant d’initier la réaction est mis en solution dans le tampon MES.
De la même façon, les solutions de NHS (N-hydroxysuccinimide (Sigma)) et de AAD (Adipic Acid Dihydrate (Sigma)) sont préparées par dissolution des poudres dans le tampon MES. II.2.b Protocole de synthèse
Figure 36 : Schéma réactionnel du greffage chimique d’un gel d’alginate.
A une masse connue de la solution d’alginate à 25 g.L-1 sont ajoutés des volumes connus de la solution de NHS puis d’EDC selon la stoechiométrie une mole de NHS pour 2 moles de COO- et une mole d’EDC par mole de COO-. Ce mélange est agité pendant 30 minutes. Un volume exactement connu de la solution d’AAD est ajouté selon le taux de réticulation visé (théorique car le dosage du taux de réticulation n’a pas pu être mis au point) et le mélange est complété avec du tampon MES de sorte à obtenir une concentration finale en
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alginate de 17 g.L-1. La durée de réaction est de 48 heures pour les films et de 72 heures pour les cylindres.
Les gels obtenus sont rincés au tampon MES (4 fois en 48 heures).
Pour le cas particulier où une géométrie sous forme de billes est visée, les billes seront préalablement formées par réticulation physique dans une solution calcique. La réticulation chimique sera donc conduite sur des billes déjà formées et conduira à la formation de gels mixtes. Un lavage final par une solution de citrate permettra, ensuite, d’éliminer au besoin les jonctions physiques permettant ainsi l’obtention de billes de gels chimiques.
Dans les autres mises en formes, à l’issue de la réticulation chimique, le gel chimique est mis en contact, pendant au moins 48 heures avec une solution calcique (NaCl 0,1 mol.L-1, CaCl2 0,1 mol.L-1).
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B/ Caractérisation du système
La caractérisation du système expérimental est une étape clé de ce travail étant donné qu’un de nos objectifs est l’établissement de relations entre propriétés diffusionnelles et de partage et paramètres structuraux du système alginate de calcium/pullulane.
Dans cette optique, nous avons accordé une importance toute particulière à la caractérisation de notre système dans le but, notamment, d’estimer la taille de la maille du réseau de gel (ξ). Les différentes méthodes d’accès ont été recensées, mais aucune n’a pu fournir de résultats entièrement satisfaisants, nous contraignant, comme l’ensemble des auteurs de la littérature travaillant sur ces systèmes, à utiliser des paramètres accessibles tels que la fraction volumique en polymère et à formuler des hypothèses quant à la structure supposée du gel. Dans cette partie, les efforts de caractérisation du soluté et du gel mis en œuvre seront présentés. Les limites des méthodes à disposition seront soulignées, notamment en ce qui concerne le gel.