Copolymérisation radicalaire réticulante contrôlée : élaboration et étude structurale de nanogels polymères fonctionnels – RAFT in GELS

Nous proposons une méthodologie nouvelle et simple de synthèse de nano-objets polymères ramifiés désignés « nanogels polymères fonctionnels » ou bien « copolymères hyperramifiés », de taille mésoscopique, de forme contrôlée et, capables de répondre sélectivement à un stimulus comme le pH ou la température. Le but principal de ce projet est de démontrer que ces structures et leurs propriétés physico-chimiques se distinguent de celles des nanogels polymères obtenus plus classiquement. Ces nanogels polymères seront élaborés par « copolymérisation radicalaire contrôlée réticulante », c'est-à-dire en présence d'un co-monomère réticulant multivinylique et d'un agent de transfert réversible permettant d'éviter la macrogélation. Nous envisageons de mettre principalement en œuvre des procédés de polymérisation en milieu aqueux : en solution, en émulsion et en dispersion (par précipitation). Les nano-objets ramifiés ainsi visés sont donc essentiellement à base d'unités monomères hydrophiles tels le poly(acide acrylique), le poly(styrène sulfonate), le polyacrylamide, le poly(N-isopropylacrylamide), le poly(alcool vinylique), etc. En outre, la présence de groupements ré-activables issus de l'agent de transfert sur chaque nanogel polymère de « première génération » permet une extension de chaînes, afin d'obtenir des « nanogels polymères de deuxième génération » présentant une structure étoilée de type cœur-écorce. Cette partie consacrée à la synthèse et à l'optimisation des procédés en milieu aqueux pour l'obtention de nano-objets de structure interne régulière / homogène nécessitera certainement le temps d'étude le plus important de ce projet. Elle sera développée au LCPO par le coordinateur (D. Taton), mais la contribution des physico-chimistes (J.-F. Le Meins et V. Ponsinet) pour une étude structurale des composés sera très souvent sollicitée pendant cette phase du projet. En effet, il s'agira de corréler les propriétés macroscopiques des nanogels polymères (gonflement/contraction en fonction du pH et/ou de la température, encapsulation au cœur,...) à leur structure interne (densité moyenne de réticulation, présence éventuelle de défauts structuraux, accessibilité et réactivité des groupes fonctionnels,...). Le comportement rhéologique sera étudié au LCPO par J.-F. Le Meins tandis que les études en solution diluée et en masse seront effectuées au CRPP par V. Ponsinet. Les propriétés de ces nouveaux nanogels polymères / copolymères hyperramifiés seront comparées à celles de composés analogues obtenus sans agent de transfert réversible ainsi qu'à celles d'homologues copolymères statistiques possédant le même type de fonctions chimiques, de manière à rendre compte de la signature du contrôle de la copolymérisation radicalaire réticulante. Enfin, nous tenterons de tirer avantage au plan applicatif de l'homogénéité et de la présence de groupements fonctionnels de ces nano-objets. En l'occurrence, nous proposons de les valoriser dans une application thérapeutique pour encapsuler et re-larguer des neuropeptides dans des systèmes biologiques in vitro et in vivo ; cette partie sera développée par E. Fattal (Paris Sud) Un tel projet regroupe toutes les compétences requises à la constitution d'une jeune équipe « sans murs » : synthèse et ingénierie macromoléculaire, physico-chimie des polymères aux différents régime de concentration et formulation de principes actifs. Ce programme de recherche s'inscrit sur le long terme et la demande (de 4 ans) devrait permettre à notre équipe de démontrer tout le potentiel des nouveaux nanogels polymères proposés.