Nano- et micro-objets stimulables à base de copolymères à blocs cristaux liquides amphiphiles – NAMIS

Notre objectif est de produire des objets nano- et micro-métriques (plus précisément des vésicules et nanofibres polymères), constitués de copolymères amphiphiles à blocs cristal liquide. Les polymersomes sont des vésicules, dont la membrane, habituellement formée de lipides, est ici composée de copolymères à blocs amphiphiles. Les nanofibres polymères sont des structures fibrillaires polymères, de diamètres nanométrique. L'obtention de vésicules polymères se fait habituellement par auto-assemblage des copolymères à blocs amphiphiles dans un solvant sélectif (ex : eau). Les copolymères à blocs « coil-coil » ont été les plus étudiés jusqu'à présent. Seulement quelques rares études sur les copolymères « rod-coil » ou « rod-rod » ont été rapportées à ce jour. Nous proposons d'utiliser une nouvelle classe de copolymères à blocs amphiphiles « rod-coil » contenant un bloc cristal liquide (CL) pour générer des nano- et micro-objets ayant des propriétés nouvelles. La première originalité des copolymères à blocs CL est qu'ils offrent la possibilité unique d'étudier l'influence d'ordres supplémentaires dans le bloc rigide sur la formation d'assemblages supramoléculaires, puisque l'ordre CL peut être facilement commuté d'un état peu ordonné (nématique ou cholestérique) à un état plus ordonnée (smectique) ou d'une phase non-chirale à une phase chirale, en utilisant différents monomères CL ou en modifiant certains paramètres physiques. La seconde originalité des copolymères à blocs CL est reliée aux propriétés stimulables des mésogènes thermotropes en réponse à différents stimuli (température, lumière, champs magnétique et électrique). En conséquence, les deux objectifs du projet sont : (1) identifier et comprendre les facteurs chimiques structuraux (ordre CL, structure du squelette) qui gouvernent et affectent la formation par auto-assemblage des nano- et micro-objets, plus précisément des polymersomes et des nanofibres ; (2) produire une nouvelle classe de polymersomes et nanofibres stimulables en exploitant la réponse moléculaire des blocs CL à différents stimuli dans le but de contrôler les propriétés des membranes de polymersomes et des nanofibres à une échelle supramoléculaire. Dans le cadre du projet proposé, le point de départ consistera à synthétiser une gamme étendue de copolymères à blocs dont la partie hydrophobe sera constituée de différents polymères CL ( en peigne, en haltère, nématique, smectique ou cholestérique). Brièvement, différents monomères CL seront d'abord synthétisés, puis les copolymères à blocs seront synthétisés par polymérisation contrôlée ou vivante (ATRP, NMP, RAFT, ROMP). La caractérisation structurale des copolymères à blocs CL sera effectuée par la combinaison de 3 techniques complémentaires : la diffraction des rayons X, la calorimétrie différentielle à balayage et la microscopie optique polarisée. L'analyse morphologique et structurale des nano- et micro-objets sera réalisée par cryo-microscopie électronique (cryo-ME). Cette technique nous permettra de déterminer la forme d'équilibre des structures auto-assemblées, et leur caractère uni- ou multi-lamellaire, et de mesurer précisément l'épaisseur de la membrane polymère. Toutes ces informations, obtenues dans le cadre d'une solide collaboration entre des groupes de chimistes, physiciens et biologistes (spécialistes de cryo-ME), devraient nous conduire à une compréhension approfondie de l'influence de la structure chimique et de la nature de l'ordre thermotrope sur la formation et les propriétés physico-chimiques des nano- et micro-objets. En parallèle, le groupe du porteur du projet collaborera avec un groupe de biophysiciens pour fabriquer de manière systématique et rationalisée des polymersomes géants (diamètre>5 microns), directement visibles en microscopie optique. Trois méthodes pourront être envisagées : i) la technique habituelle utilisant un co-solvant organique, ii) la méthode d'électroformation, ii) la méthode de fabrication par émulsion invers