Préparation des coacervats

Les coacervats sont préparés à partir d’un mélange de polyélectrolytes de charges opposées en solution aqueuse.

130 Réactifs utilisés

Le poly(acrylate de sodium) (PANa) de masse molaire 2100 g.mol^-1 (masse molaire du polyacrylate : 1590 g.mol^-1) fourni par Sigma Aldrich a été choisi en tant qu’homopolyélectrolyte représentant le bloc ionisable du DHBC POE₅₀₀₀-b-PAA₁₅₈₀. La néomycine (NM) fournie par Sigma-Aldrich, ainsi que les oligochitosans 2,5k et 5k (OC 2,5k et OC 5k) fournis par Creative PEG Works ont été utilisés comme polyélectrolytes de charges opposées. Les caractéristiques des oligoamines sont décrites dans le chapitre 2 et celles du PANa sont décrites ci-dessous.

Les contre-ions ayant une grande importance dans la préparation et la caractérisation des coacervats, nous spécifierons les compositions des différentes oligoamines faisant intervenir les contre-ions : NM(SO₄)₃, OC 2,5k (lactate ; chlorure) et OC 5k (acétate), dès lors que cela sera essentiel à la compréhension. De même, l’oligoamine avec ses contre-ions sera notée OA-X. Le terme « polyions » désignera les chaînes polymériques chargées sans leurs contre-ions, tandis que le terme « polyélectrolytes » s’appliquera aux polyions avec leurs contre-ions.

Caractéristiques du PANa:

Le titrage pH-métrique du PANa a permis d’évaluer son pKa moyen à 5,3 (celui du POE₅₀₀₀-b-PAA₁₅₈₀ est de 6,3) et le nombre de fonctions acrylate par masse de PANa à 9,1 meq.g^-1. Des analyses RMN du ¹H à une dimension et des spectres RMN 2D Dosy (non présentés ici) ont montré que le PANa possède des groupes non ioniques en plus des fonctions acrylates, il semblerait que ce soient des groupes isopropyl représentant 10% des fonctions du polymère. En effet, le PANa peut être obtenu par hydrolyse d’un polymère précurseur à base de fonctions esters du type isopropylacrylate. Dans le cas du PANa utilisé, il semble que cette hydrolyse soit partielle.

Variables de composition des coacervats

Lors de la préparation des coacervats, la composition de l’échantillon est définie à partir de deux paramètres :

· Le rapport R, défini comme le nombre de moles d’azote de l’oligoamine sur le nombre de moles de fonctions carboxyliques/carboxylates du PANa, selon:

131 z = dO6{VU"TU"6O.UW"T|,}O^U

dO6{VU"TU"6O.UW"TU"/OLN^XOLW"~••^f"U^"~••€ = d

bb Équation 53

Tous les échantillons ont été préparés dans des conditions initiales stœchiométriques où R=N/AA=1.

On peut également définir la fraction de charges positives /^• comme :

/^•= z

z 9 1 Équation 54

· La fraction massique en polyélectrolytes (PE) dans la solution, notée ϕ exprimée en pourcentage, représente la somme des fractions massiques de PANa et d’oligoamine avec ses contre-ions (OA-X). Afin de bien rendre compte de l’importance de l’eau dans ces système nous exprimerons ϕ = 100-%w avec w la quantité d’eau dans les échantillons. De même, afin de faciliter la comparaison entre les coacervats et les matériaux, nous pourrons mentionner la concentration de nos coacervats en %m PAA (sans les contre-ions Na⁺), une concentration commune aux coacervats et aux matériaux.

M6"@bb =" 6788

678eg9"6:8fÊ9"6-g‡" Équation 55

Protocole de préparation des coacervats

On prépare une solution mère de deux polyélectrolytes dans un rapport de charges R=N/AA=1 à concentration élevée, de manière à ce qu’il n’y ait pas de séparation de phase.

Pour les différents systèmes de polyélectrolytes préparés, une fraction de 35 %m PE (ce qui correspond à 7,5 ou 9 %m PAA selon qu’on utilise la NM ou l’OC 2,5k respectivement) assure la préparation d’une phase homogène. On prépare le mélange de polyélectrolytes en poudre puis on ajoute l’eau (grade MilliQ) et on agite au vortex : le mélange est trouble, on le laisse reposer jusqu’à obtenir une solution limpide (1h environ). On prélève ensuite une quantité précise de solution mère, à l’aide d’une micropipette, afin de préparer des solutions plus diluées pour obtenir les différentes concentrations visées, dans des tubes eppendorf de 15 ou 50 mL selon la concentration. Avec cette façon de préparer, chaque échantillon possède exactement le même rapport R=N/AA. Quand on dilue suffisamment la solution mère, le mélange devient trouble, ce qui indique que le domaine biphasique a été atteint. On accélère

132 la cinétique de séparation du coacervat et du surnageant à l’aide d’une roue agitatrice pendant quelques minutes. Des gouttelettes de coacervat visqueuses se déposent alors sur les parois des tubes eppendorf.

A partir de là, deux voies de préparation différentes ont été suivies : la première sans ajustement du pH des échantillons, et la seconde avec ajustement de pH afin de reproduire les conditions d’utilisation des micelles PIC en tant qu’agents structurants des matériaux mésoporeux (ajout de HNO3 puis NaOH). L’ajustement du pH se fait en deux étapes qui sont imposées par son influence sur les cinétiques d’hydrolyse et de condensation du TEOS : le pH est d’abord abaissé à 2 puis remonté à la valeur visée. Son ajustement est donc toujours associé à une addition nette de sel NaNO3, ce qui modifie la force ionique du milieu de synthèse.

Voie 1 : Les échantillons sont centrifugés pendant 20 minutes à 11000 tpm (12100 g) afin de séparer nettement le coacervat du surnageant. On laisse reposer les échantillons pendant 72 heures dans un bain d’eau à une température de 25°C pour laisser le temps à l’échantillon d’atteindre l’équilibre entre coacervat et surnageant. Ensuite on prélève les surnageants, et on place les tubes contenant le coacervat humide dans une étuve à 40°C pendant quelques jours jusqu’à ce qu’ils soient secs et que leur masse n’évolue plus.

Voie 2 : On abaisse le pH des mélanges jusqu’à pH=2 grâce à une solution d’acide nitrique à 2M ce qui entraîne la dissociation du complexe de polyions formé dans le coacervat et on obtient à nouveau un échantillon monophasé. Ensuite on remonte le pH à une valeur comprise entre 4,5 et 7,5 avec une solution de soude à 2M, le mélange se trouble à nouveau ce qui indique que le complexe de polyions se reforme et que le mélange est biphasique. On mélange à l’aide d’une roue agitatrice pendant quelques minutes. On centrifuge ensuite les échantillons pendant 20 minutes à 11000 tpm (12100 g) afin de faire retomber le coacervat collé à la paroi du tube. On laisse reposer les échantillons pendant 72 heures dans un bain d’eau à une température de 25°C pour laisser le temps à l’échantillon d’atteindre l’équilibre entre coacervat et surnageant. Ensuite on prélève les surnageants, et on place les tubes contenant le coacervat humide dans une étuve à 40°C pendant quelques jours jusqu’à ce qu’ils soient secs et que leur masse n’évolue plus.

On note que pour des gammes d’échantillons préparés à différentes concentrations, tous les échantillons sont préparés individuellement à partir d’une même solution mère, et ne sont pas issus de la dilution des échantillons plus concentrés ; en effet il est nécessaire

133 d’observer une étape de repos de 72h pour tous les échantillons afin que l’équilibre entre les phases coacervat et surnageant soit atteint.

Protocole de préparation des diagrammes de stabilité

On établit un diagramme de stabilité des systèmes en déterminant les limites du domaine biphasique de mélanges de polyélectrolytes à différents rapports R=N/AA. Pour cela, on prépare des mélanges de polyélectrolytes à différents rapports R=N/AA (Tableau 11) et on ajoute de l’eau (grade MilliQ) de manière à obtenir des solutions homogènes monophasées (35 %m PE) puis on agite au vortex : les mélanges sont troubles, on les laisse reposer jusqu’à obtenir des solutions limpides (1h environ). On ajoute ensuite progressivement de l’eau à la micropipette jusqu’à apparition d’un trouble persistant dans la solution, ce qui indique l’apparition d’une seconde phase et définit donc la limite de stabilité du mélange. On note la fraction massique à laquelle le trouble est apparu.

Tableau 11: Choix des compositions initiales pour le mappage du diagramme de stabilité : Fractions de charges positives et rapports R=N/AA correspondants des mélanges de polyélectrolytes.

/^{9 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95}

R= N/AA 0,052 0,111 0,25 0,42 0,667 1 1,5 2,33 4 9 19